大模数阿基米德双导程蜗杆的数控加工

刘振超

（柳州铁道职业技术学院，广西柳州 545007）

蜗杆是减速机构蜗轮副中非常重要的零件，与普通的蜗杆不同，双导程蜗杆齿的左、右两侧面具有不同的导程，而同一侧的导程则是相等的;双导程蜗杆的齿厚从蜗杆的一端向另一端均匀地逐渐增厚或减薄，所以双导程蜗杆又称变齿厚蜗杆。双导程蜗轮副的啮合原理与普通蜗轮副啮合原理相同，蜗杆的轴向截面相当于基本齿条，蜗轮则相当于与其啮合的齿轮。但因双导程蜗杆齿的左、右侧面具有不同的齿距，而与之啮合的蜗轮齿厚却相等。这样，当蜗杆沿轴向移动时，它们之间的啮合侧隙也随之改变。当蜗轮副因磨损而造成齿面啮合侧隙加大时，可通过蜗杆的轴向位移来调整间隙，侧隙可调整至0.01～0.015 mm，而普通蜗轮副一般只能达到0.03～0.08 mm，因而双导程蜗杆可提高分度精度或传动精度，常用于具有分度运动的数控机床中。

1 双导程蜗杆零件图及基本参数

双导程蜗杆如图1所示，其参数见表1。

表1 蜗杆基本参数表

2 工艺分析

双导程蜗杆的轴向齿形为直线，与梯形螺纹相似，但齿距大、齿槽深、切削面积大，车削比较困难。如果切削进刀方式选择不当，则会使刀具受力大，产生振动甚至折断，从而影响齿面加工精度。经多次分析和实验，摸索出解决蜗杆加工难点的主要措施有:

（1）小切深分层切削;即把要加工的齿槽分成若干层，先加工完第一层，再加工第二层，每层的切削深度阶梯减小，这样既降低了切削难度又保证了齿槽的加工表面精度;

（2）粗车按公称导程采取中—左—右切削法，尽快去除齿槽余量;除中间一刀外，左右两边切削都是单刃切削，减小了切削力，只要中间一刀不“啃刀”，左右两边就不会啃刀。实质上，粗车是分层切削法与左右切削法的综合应用。精车采取左—右两边分开按不同导程车削齿槽的两侧面。切削方法见图2所示。

在粗车时在齿槽两侧面分别留下0.2～0.4 mm左右的精车余量，粗车时选择刀尖角略小于齿形角的车刀，如选39.5°的粗车刀具;精车则选择刀尖角等于齿形角40°的精车刀具。

3 程序编写

3．1 编程思路

数控车床中应用分层切削法和左右切削法加工蜗杆螺旋线，有几个特点:

（1）每一层的切削余量不同;切削余量的变化规律如图3所示，与每一层的切削进深值有关。即随着每进一层切削，走刀的次数会逐步减少;

（2）为保证齿槽两侧面的加工质量，切削进深即背吃刀量应逐步减小，为编程方便，可采用阶梯减小的方法进行处理;

（3）每一层的中—左—右切削中，螺纹切削的起点并不相同。切削余量大，走刀次数就多，切削起点一直是个变化的位置，这是中左右切削编程的难点。

综合分析以上3个特点以及走刀路线，适合选择G32或G92指令编程。如果选择单一螺纹切削指令G32，则不但程序段会非常多，而且计算切削起点的坐标位置也会是非常大的工作量，而且容易出错;如果选用单一固定循环指令G92编程，则每一次走刀的循环起点都不相同，但却有规律可循，在编程时可利用这点恰当设置变量进行编程。

（4）编程处理:使用宏程序的循环指令及循环嵌套，把每一层车削作为一个内循环，在这个循环里车至少3条螺旋线:中线—左线—右线，粗车均按公称导程加工;精车只走三刀中—左—右，分别按公称导程、左侧导程、右侧导程加工。把车削直径由大到小作为一个外循环。通过循环嵌套配合螺纹加工指令G92完成整个齿槽的加工。

3．2 宏程序

3．2．1 相关尺寸及计算

从图1和表1知:轴向模数mx=8 mm;线数z=1

蜗杆齿顶径da=104 mm

齿槽底径df=67 mm

齿顶槽宽:ea=25．133－0．843，mx=18．389 mm

齿底槽宽ef=0．697，mx=5．576 mm

齿形角α=20°

公称导程pz=25．133 mm

左侧导程p左=24．862 mm

右侧导程p右=25．404 mm

3．2．2 宏程序

4 结语

对这种双导程、大模数的蜗杆，通过综合使用分层切削和中左右切削法，合理地安排走刀路线，有效地降低了蜗杆的切削难度，避免了通常蜗杆加工会出现“啃刀”的现象，但数控编程却变得更加复杂。通过恰当设置变量，利用宏程序的循环指令与循环嵌套功能，配合螺纹切削固定循环指令，巧妙解决了编程难题，这种工艺与编程处理方式适用于任何大模数的螺旋槽加工。

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