1、 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（ ）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（ 20）和英制蜗杆（14.5）两种。按齿形分又可分为轴向直廓蜗和法向直廓蜗
2、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。2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 3mmmx头数 z 1 2分度圆直径 50mmd齿形角 =20轴向齿距 = =3x3.14mm=9.425mmpxxx导程 =z1=2x9.425mm=18.85mm zz导程角 tan = =7.641zd p齿顶高 = =3mmhaamx3齿根高 =1.2 =1.2x3mm=3.6mmhffmx全齿高 h h=2.2 =2.2
3、x3mm=6.6mm齿顶圆直径 = +2 =50+ 2x3mm=56mmda1x轴向齿厚 = 2 xP=4.7125mmsx法向齿厚 = =4.713Xcos7.64=4.67mmnnxrcos齿根圆直径 = -2.4 =50-2.4x3mm=35.2mmff1mx轴向齿顶宽 =0.843 =0.843x3mm=2.529mmsaa轴向齿根槽宽 =0.697 =0.697x3mm=2.091mmef x2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
4、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
5、四爪单动卡盘与尾座顶尖装夹，使之装夹牢mx4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
6、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 =1015 ； =68 ；左后角 =(35)+ ；右后ppL f角 =(3 5)- ；R f5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 =1520的卷屑槽；0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
7、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。6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x mx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
8、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
9、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，所以当车好第一7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
10、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 mx mx3mm 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 0.20.4mm的精车余量
11、；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： ABABC一一一一一一8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
12、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
13、高切削ap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vc、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apvc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ap率许可的条件下选择一个合理的切削速度 。vc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 0.10.8mm;ap9进给量 f=0.16mm/r;切削速度 =510m/min,主轴转速 n=60r/min;vc2.半精车，精车时切
14、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 0.10.8mm;ap进给量 f=0.12mm/r;切削速度 =510m/min,主轴转速 n=40r/min;vc（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
15、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。d1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：10M= +3.924
16、-4.316 （1-6）d1Dmx其中量针直径 的最佳取值 =1.672 =1.672X3mm=5.016mmdDx依据公式（1-6）计算出 M= +3.924 -4.3161=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= mmd118.02518.027356图 1-7 公法线千分尺测量蜗杆中径示意图如图 17 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
17、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sx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sn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sn sn算公式如下：= =4.713Xcos7.64=4.67mm (1-8)snxrco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
