双头阿基米德蜗杆的车削工艺

多头阿基米德蜗杆的车削工艺 摘要 本文通过对双头阿基米德(ZA)蜗杆的加工难点的分析、制定出其车削工艺、精度的检测方法、质量分析等相关内容的介绍，蜗杆的车削属于车削加工中比较困难的问题，主要由于其切深大，切削抗力较大，导程大使得车削中加工精度及表面质量不易控制，本文试进行上述问题的具体分析。 关键词： 双头蜗杆 加工 质量分析 检测 正文： 蜗杆、蜗轮组成的蜗杆副，常用于减速传动机构中，以传递两轴在空间成90°交错的运动，蜗杆的齿形角（α）是在通过蜗杆轴线的平面内，轴线垂直面与齿侧之间的夹角。蜗杆一般可分为米制蜗杆（α＝20°）和英制蜗杆（α＝14.5°）两种。按齿形分又可分为轴向直廓蜗和法向直廓蜗杆。通常轴向直廓蜗杆应用较多，即阿基米德蜗杆。 如图1-1所示为双头阿基米德（ZA）蜗杆。 图1-1 双头阿基米德蜗杆 一、双头阿基米德（ZA）蜗杆的图纸分析及加工难点 （一）双头阿基米德(ZA)蜗杆基本要素及尺寸计算 1.图1-1基本要素尺寸的计算如下 轴向模数     3mm 头数z 1          2 分度圆直径     50mm 齿形角       =20° 轴向齿距     =π =3x3.14mm=9.425mm 导程       =z =2x9.425mm=18.85mm 导程角             tan = =7.64° 齿顶高       = =3mm 齿根高     =1.2 =1.2x3mm=3.6mm 全齿高h      h=2.2 =2.2x3mm=6.6mm 齿顶圆直径   = +2 =50+ 2x3mm=56mm 轴向齿厚     = =4.7125mm 法向齿厚     = =4.713Xcos7.64°=4.67mm n=Sxcosr =4.67mm 齿根圆直径     = -2.4 =50-2.4x3mm=35.2mm 轴向齿顶宽     =0.843 =0.843x3mm=2.529mm 轴向齿根槽宽 =0.697 =0.697x3mm=2.091mm 2．车削加工中存在的技术难点如下 | 径向切削力大，导致蜗杆易发生变形 由于车削中振动较大，导致加工表面质量不易控制 ZA蜗杆较梯形螺纹模数和导程都大，导程角增大，车刀刚性降低，刃磨难度加大 总切削深度大比较大，吃刀深，走刀快，切削余量大，切削抗力更大。这就导致了ZA蜗杆的车削难度加大。 分线精度的控制。由于多线蜗杆分线精度要求较高，加工中很容易导致齿厚超差 二、双头阿基米德ZA蜗杆的车削加工 针对加工中存在的技术难点，车削时应从下面几方面进行着手解决，从而巧妙地处理了工艺难点，使得车削顺利进行。即装夹方式的选择、刀具几何参数结构的选择及装刀方法，来保证车削中的加工刚性，减少切削力及振动对车削的影响；而加工阶段的划分、分线及分层（左右赶刀法）的应用，和车削加工中应注意的问题，使车削时的精度得到有效保证。 （一）装夹方式的选择 车削模数 >5mm的较大蜗杆时，应采用四爪单动卡盘与尾座顶尖装夹，使之装夹牢固可靠。工件轴向应采用限位台阶或限位支撑定位，以防蜗杆在车削中发生轴向蹿动； 图1-1双头ZA蜗杆在车削时，因切削抗力较大，车削刚性不足，应采用一夹一顶方式装夹。 （二）刀具几何参数、结构及装刀方法的选用 1. 刀具结构的选择及材料的选择 蜗杆车刀与梯形螺纹车刀相似，但蜗杆车刀两侧切削刃之间的夹角应磨成两倍齿形角。蜗杆车刀一般选用高速钢材料车刀，在刃磨时，其纵进给方向一侧的后角必须相应加上导程角。由于蜗杆的导程角较大，车削时会产生一定的困难，为此常采用可按导程调节的刀柄(图1-2)进行车削、由于具有弹性，不易产生扎刀现象。 图1-2可调节刀柄 2 .蜗杆粗精车刀的几何参数如图所示  蜗杆粗车刀(见图1-3)    为给精车留有加工余量，刀头宽度w应小于齿根槽宽；车刀左右两侧切削刃之间的夹角要小于两倍齿形角；纵向前角 =10°～15°； =6°～8°；左后角 =(3°～5°)+ ；右后角 =(3°～5°)- ； 图1-3 蜗杆粗车刀 蜗杆精车刀  (见图1-4) 精车刀的要求是：切削刃直线度好，刀面光洁。车刀左右两侧切削刃之间的夹角要等于两倍齿形角。磨较大前角 =15°～20°的卷屑槽； 图1-4 蜗杆精车刀 3.装刀方法的选用 蜗杆的齿形分轴向直廓和法向直廓两种，在装夹蜗杆车刀时，必须根据不同的齿形采用不同的装刀方法。 垂直装刀法。在粗车双头(ZA)蜗杆时，为使切削顺利，常采用垂直装刀法，刀头应倾斜装夹，装刀时，必须使车刀两侧面刀刃组成的平面与蜗杆齿面垂直；水平装刀法。 精车双头(ZA)蜗杆时，为了保持牙形正确，装刀时，将车刀的两侧刀刃组成平面放在水平位置上，并且与蜗杆轴线在同一水平面内； 车削模数m <5mm的蜗杆，蜗杆车刀可用对刀样板找正装夹；车模数 >5mm的蜗杆时，蜗杆车刀通常万能角度尺来找正装夹，方法如下 找正装夹蜗杆车刀的方法是:将万能角度尺的一边靠住工件外圆，观察万能角度尺另一边与车刀刃口的间隙，如有偏差，可松开压紧螺钉，重新调整刀尖角的位置，使车刀装正，以保证齿形的正确。 由于现有生产条件的限制，蜗杆在车削时粗精车过程中都采用水平装刀法，进行刀具的安装，同时安装过程中应使用对刀样板进行找正，从而保证加工中齿形角的正确。 （三）图1-1双头阿基米德(ZA)蜗杆车削方法的应用与具体的车削步骤 1. 保证加工精度的工艺措施 如何提高蜗杆车削的表面质量，避免扎刀现象的产生——划分加工阶段及分线、分层车削过程 由于双头阿基米德(ZA)蜗杆在车削中振动较大，切削抗力大，导致车削的表面质量差，为了达到齿面Ra1.6的精度要求，车削过程中必须划分粗车、半精车、精车三个加工阶段，从而满足蜗杆的表面质量要求。 为了避免扎刀现象的产生应使用分层（左右赶刀法）进行切削，以此来减小下刀深度使车削顺利进行。 依据各条螺旋线在轴向等距或圆周上等角度分布的特点一般的分线方法有轴向分线法和圆周分线法两种；轴向分线法是按螺纹导程车好一条螺旋槽后，把车刀沿螺纹轴线方向移动一个螺距，再车第二条螺旋槽。用这种方法只要精确控制车刀沿轴向移动的距离，就可以达到分线的目的。具体控制的方法有用小滑板刻度分线 、用百分表分线、用百分表和量块分线；圆周分线法是多线螺纹的螺旋线在圆周上是等角度分布的，所以当车好第一条螺旋槽后，应脱开工件与丝杠之间的传动链。并把工件转过一个角度，再连接工件与丝杠之间的传动链，车削另一条螺旋槽； 图1-1双头ZA蜗杆的轴向齿距有较高的公差要求，这就要求车削时对分线精度的控制比较严格，稍有误差就会导致其尺寸超差，我们在车削时采用轴向分线法中最常使用的用小滑板分线法，进行分线车削。具体在分线车削时与分层车削同步交叉进行。 2.车削双头ZA蜗杆时具体的操作技巧 蜗杆的车削方法与梯形螺纹基本相同，由于蜗杆的导程不是整数，车削时不能使用提开合螺母法，只能使用倒顺车法车削。车削前，先根据蜗杆的导程在车床进给箱铭牌上找到相应的手柄位置参数，并对各手柄位置进行调整。 粗车时，蜗杆轴向模数 3mm时，可采用左、右切削法车削；蜗杆的轴向模数 >3mm时，一般先采用切槽法粗车，然后再用左、右车削法半精车；如果轴向模数很大， 5mm时，则采用切阶梯槽(分层车削)法粗车，再用左右切削法半精车，单边留0.2~0.4mm的精车余量； 精车时，用两侧带有断屑槽的蜗杆精车刀，分左、右单边切削成形，最后用刀尖角略小于两倍齿形角的精车刀精车蜗杆齿根圆直径，把齿形修整清晰。图1-1的双头阿基米德(ZA)蜗杆采用左右车削法进行精车保证尺寸并及时测量，图1-5所示。步骤如下：                                            图1-5左右赶刀法车削与精车牙侧顺序 粗车第一条螺旋槽时，应记住中小滑板刻度值。 根据图1-1精度要求，可选择用小滑板刻度分线。应注意的是粗车第二条螺旋槽，必须是中小滑板的刻度值（即切削深度）与第一条螺旋槽时相同。必要时采用百分表和量块来保证分线精度。 采用左右车削法车削每条螺旋槽时车刀的左、右赶刀量必须是相等，以保证双头蜗杆的轴向齿距精度。 精车第一条螺旋槽的a面，记住向左赶刀量。    分线精车第二条螺旋槽的b面，向左赶刀量与粗车a面时相等。 车刀向右赶刀精车c面，控制第二条螺旋槽的中径尺寸，使之符合图纸尺寸要求。 分线精车第一条螺旋槽的d面，控制中径尺寸，使两条螺旋槽的中径尺寸相等，避免两条螺旋槽中径尺寸不同，影响了传动精度减少不必要的磨损。 粗车的方法也采用左右赶刀法进刀，与精车的步骤类似。应注意的是，直进法进给到1/4深度左右时，应及时采用左右赶刀法进行下刀车削，避免扎刀现象的发生。 （四） 切削用量的选择 1.粗车时主要考虑提高生产率，同时兼顾刀具寿命。加大背吃刀量 、进给量f、提高切削速度 都能提高生产率。但是他们都对刀具寿命产生不利的影响，其中影响最小的就是 、其次是f、最大的是 。因此粗车时，首先考虑应选择一个尽可能大的背吃刀量ap，其次选择一个较大的进给量f，最后根据选定的 和f，在工艺系统刚度，刀具寿命和机床功率许可的条件下选择一个合理的切削速度 。 针对双头阿基米德(ZA)蜗杆的加工其粗车时主要是尽快的去除较大的切削余量，同时使车削能够顺利进行。切削用量的选择查表修正如下： 背吃刀量 =选取0.1~0.8mm; 进给量f=0.16mm/r; 切削速度 =5~10m/min,主轴转速n=60r/min; 2.半精车，精车时切削用量的选择原则。这时欧宪要考虑的是保证加工质量，并兼顾生产率和刀具寿命。针对图6-1蜗杆的精车时，主要是考虑蜗杆的加工精度和表面质量要求。切削用量的选择查表修正如下： 背吃刀量 =选取0.1~0.8mm; 进给量f=0.12mm/r; 切削速度 =5~10m/min,主轴转速n=40r/min; （五） 加工中应注意的问题 1．车削蜗杆时，车第一刀后，应先检查蜗杆的轴向齿距是否正确。 2．由于蜗杆的导程角较大，蜗杆车刀的两侧后角应适当增减。 3．粗车蜗杆时，应尽量提高工件的装夹刚性。减小机床床鞍与导轨之间的间隙，以减小蹿动量。 4．精车蜗杆时，采用低速车削，并充分加注切削液，为了提高蜗杆齿面的表面质量，可采用点动(刚开车立即就停车)利用主轴惯性进行慢速切削。 5．粗车蜗杆时，每次切入深度要适当，并经常检测齿厚，以控制精车余量。 三、 双头阿基米德ZA蜗杆的检测及质量分析 （一）双头阿基米德ZA蜗杆尺寸精度，表面质量的检测 在蜗杆的测量参数中，齿顶圆直径、齿距（导程）、齿形角和螺纹大径、螺距（导程）、牙形角的测量方法基本相同。下面重点介绍蜗杆分度圆直径d1和法向齿厚的测量方法。1. 蜗杆分度圆直径 的检测也可以用公法线千分尺（三针测量法）进行测量。 公法线千分尺测量即三针测量法是测量外螺纹中径的一种比较精密的方法。三针测量米制蜗杆的计算公式为： M= +3.924 -4.316                       （1-6） 其中量针直径 的最佳取值 =1.672 =1.672X3mm=5.016mm 依据公式（1-6）计算出M= +3.924 -4.316 =50mm+3.924X5.016mm-4.316X3mm =50mm+19.683mm-12.948mm =56.73mm 依据查表得出中径偏差为： = mm 则M= mm 图1-7公法线千分尺测量蜗杆中径示意图 如图1—7所示，测量时，在螺纹凹槽内放置具有相同直径do的三根量针，然后用千分尺测量尺寸M的大小，以验证所加工螺纹的中径是否正确。 2．齿厚游标卡尺在测量蜗杆法向齿厚时的应用 蜗杆的图纸一般只标注轴向齿厚 ,在齿形角正确的情况下，分度圆直径处的轴向齿厚与齿槽宽度应相等。但轴向齿厚无法直接测量，常通过对法向齿厚 的测量，来判定轴向齿厚是否正确。 图1-1中双头阿基米德(ZA)蜗杆的法向齿厚 是一个很重要的参数，法向齿厚 的换算公式如下： = =4.713Xcos7.64°=4.67mm        (1-8) 法向齿厚度可以用齿厚游标卡尺进行测量，如图1-9所示，齿厚游标卡尺由互相垂直的齿高卡尺和齿厚卡尺组成。测量时卡脚得人测量面必须与齿侧平行，也就是把刻度所在的卡尺平面与蜗杆轴线相交的一个蜗杆导程角。测量时应把齿高卡尺的读数调整到齿顶高ha=3mm(必须注意齿顶圆直径尺寸的误差对齿顶高的影响)，齿厚卡尺所测的读数就是法向齿厚的实际尺寸。这种方法所测量的精度比三针测量的差。 蜗杆图纸中一般只标注轴向齿厚Sn,在齿形角正确的情况下，分度圆直径处得轴向齿厚与齿槽宽度应相等，但轴向齿厚无法直接测量，常通过对法向齿厚Sn的测量，来判断轴向齿厚是否正确。蜗杆的法向齿厚是一个很重要的参数，法向齿厚Sn的换算公式如下： Sn=Sxcosr=лMxcosr/2=4.67mm 图6-1中的法向齿厚就可以直接用齿厚游标卡尺进行测量，如图6-10所示。斥候游标卡尺由垂直的齿高卡尺和齿厚卡尺组成。测量时卡脚的测量面与齿侧平行，也就是把刻度所在的卡尺平面与蜗杆轴线相交一个蜗杆导程角。 测量时应把齿高卡尺读数调整到齿顶高hs的尺寸(必须注意齿顶圆径尺寸的误差对齿顶高的影响)，齿厚卡尺所测得得读数就是法向齿厚的实际尺寸。这种方法的测量精度比三针测量差。 图1-9 齿厚游标卡尺测量蜗杆示意图 3．蜗杆导程、齿形角、表面质量的测量 蜗杆齿顶圆齿根圆的测量。用游标卡尺、千分尺直接测量即可；导程的测量，分线时车出螺旋线时就直接用游标卡尺进行测量；齿形角的测量，在车削完成时用万能角度尺测量即可。 （二）蜗杆车削完成后的质量分析                    废品种类                  产生原因 分度圆直径不正确      车刀切入深度不正确      刻度盘得使用不当 轴向齿距不正确        主轴箱、进给箱有关手柄扳错 分线时出错 齿形角不正确          车刀刃磨不正确 车刀装夹不正确 车刀磨损严重 产生积屑瘤 表面粗糙度大        刀柄刚性不好，切削中产生振动 车刀背前角太大，中滑板丝杠螺母间隙过大产生扎刀工件刚性差，而切削用量不合适。 四、 结束语 蜗杆的车削属于车削加工中比较困难的问题，主要由于其切深大，切削抗力较大，导程大使得车削中加工精度及表面质量不易控制。但我们通过从合理的选择刀具、选择切削用量、确定正确的车削方法等方面对它的车削工艺进行充分的分析准备，那在蜗杆的车削加工过程中会做到胸中有数，稳操胜券。 参考文献 [1]王公安.车工工艺学 [M].北京：中国劳动社会保障出版社.2005 [2]陈海魁.车工技能训练 [M].北京：中国劳动社会保障出版社.2005 [3]金属切削用量的选择.金属切削 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 [J].机械工业出版社2006