魏濤祥
(廣東省高新技術(shù)高級技工學校,廣東廣州 510080)
蝸桿產(chǎn)量不多時,選擇普通車床加工效率低且需要操作者具備豐富的操作經(jīng)驗技能和技巧,因此優(yōu)先考慮用數(shù)控車床替代。但數(shù)控車床加工蝸桿也存在一些難點,因蝸桿螺旋槽加工切削量大造成切削力大,容易出現(xiàn)崩刀刃及扎刀,因此必須解決切削時蝸桿進刀方法、蝸桿車刀幾何角度參數(shù)等問題。
圖1 蝸桿零件加工
已知參數(shù):傳動類型(ZA GB10087),精度等級(蝸桿7-Dc,蝸桿頭數(shù)(Z1=5),蝸桿螺旋線方向(右旋),軸面模數(shù)(Mx=3.5),蝸桿特性系數(shù)(Q=10),蝸桿螺旋線導程角(r=26°33′),法向齒寬(4.87),軸向剖面內(nèi)齒形角(Ax=20°),中心距(a=66±0.2)。
由于加工蝸桿螺旋槽較深,單一的斜進法及直進切削法都會造成切削抗力大,易造成崩刀刃、扎刀等現(xiàn)象。
左右分層切削進刀法特點:蝸桿車刀將沿蝸桿的螺旋槽牙型角方向相互交錯間隙進給切削,并將槽分成等量若干層較淺的梯形槽進行切削至蝸桿牙深,這樣才能保證只有一個切削刃進行切削,可有效控制切除余量,也可避免加工中出現(xiàn)3 個刀刃同時參加切削而導致切削力增大、排屑不暢、“崩刀”和“扎刀”等現(xiàn)象,因此可利用數(shù)控宏程序編程,采用左右分層進刀法加工蝸桿,避免“打刀”和“扎刀”現(xiàn)象的發(fā)生。
已知軸向模數(shù)mx=3.5,分度圓直徑d1=35 mm,頭數(shù)=5,齒形角a=20°,計算各主要參數(shù):軸向齒距P=πmx=10.996 mm,蝸桿導程=5×10.996=54.98 mm,齒頂高ha=mx=3.5 mm,齒根高hf=1.28mx=4.2,齒頂圓直徑da=d1+2mx=42 mm,齒根圓直徑df=d1-2.4mx=26.6 mm,導程角=26°33′,齒頂Sa=0.843mx=2.95 mm,齒根槽寬ef=0.697mx=2.44 mm,軸向齒寬Sx=P/2=5.499 mm,法向齒寬=4.87 mm。
如果將蝸桿刀具角度磨成蝸桿的牙形角時,加工時必然導致兩側(cè)刀刃與蝸桿螺旋面發(fā)生摩擦,造成3 個刃同時切削,會產(chǎn)生較大的切削力以致?lián)p壞蝸桿車刀。因此必須選擇小于蝸桿的牙形角,以避免3 個刀刃同時參加切削,為此,加工該零件選用35°蝸桿車刀,寬1.8 mm,蝸桿車刀左刃后角選擇32°(3~5°+蝸桿螺旋線導程角r),右刃后角可選擇-21°(3~5°-蝸桿螺旋線導程角r),左右刀尖適當?shù)箞A角。
用外圓刀半精蝸桿外徑并留0.5 mm,防止強力切削時工件發(fā)生徑向位移、工件晃動,在精加工保證蝸桿外徑公差、運用宏程序計算,進行左右分層切削加工蝸桿螺旋槽、蝸桿加工通過粗車、精車蝸桿螺旋面,先粗車蝸桿將齒根螺旋槽加工至2.14 mm,并半精車蝸桿的外徑至Φ42.1 mm,精車,最后精車蝸桿螺旋槽面及蝸桿齒根圓將蝸桿齒根槽寬加工至2.44 mm、并保證蝸桿的外徑公差。
蝸桿螺旋升角產(chǎn)生以蝸桿中經(jīng)圓柱上螺旋線的切線與垂直螺紋軸線的平面之間的夾角,螺旋升角計算公式:螺旋角tgB=(模屬數(shù)×頭數(shù))÷蝸桿節(jié)徑=(3.5×5)÷35≈26.3°。如此大的螺旋角導致刀具正交平面與基面形成了夾角,為此設(shè)計簡易夾具,夾具夾持工件的基面與正交平面形成26.3°夾角,蝸桿夾具優(yōu)先考慮選用45 鋼,蝸桿車刀選用高速鋼,并制作粗、精蝸桿車刀、夾具兩套
通過線切割加工35°角樣板用于手磨刃粗、精蝸桿車刀;裝夾粗、精蝸桿車刀也可用角度樣板,裝夾車刀時刀口務必水平于工件外圓表面并垂直裝刀,確保蝸桿車刀角度不向一邊傾斜,因為無論粗、精蝸桿車刀偏向一方都會干涉另一方牙型角。
粗車蝸桿刀(T02),精車蝸桿刀(T03)。
百分表打表對刀法:①分別在X 軸垂直向固定安裝百分表,分別用百分表觸頭觸碰粗、精蝸桿車刀X 軸;②粗、精蝸桿車刀觸碰百分表觸頭時要確保百分表刻度值一致,用精車蝸桿刀→將X 軸移至X32.00,觸碰到整圓即可→程序錄入輸G50 Z0.0。
粗車蝸桿可能會造成強力切削,因此螺旋面兩側(cè)及蝸桿外徑需留余量,精加工車、粗加工蝸桿采用一夾一頂方式加工、粗加工蝸桿后,半精加工蝸桿外徑。
O0007 (蝸桿程序)
T0202 M3 S50 G99 (蝸桿粗車車刀、因蝸桿導程大,故主軸轉(zhuǎn)速不宜選擇太高)
G0 X200 Z20 (在采用一夾一頂要注意安全換刀位)
#1=7.9 (當前蝸桿外徑42.5-蝸桿齒根圓直徑26.7/2,精加工改為7.8)
#2=2.14 (粗車齒根螺旋槽寬兩側(cè)預留0.15 mm待精車,精加工改為2.44)
#3=1.8 (刀頭寬度)
WHILE[#1GE0]DO1
#4=#1*2+26.7 (計算X 軸尺寸。齒根圓為26.6 mm,預留0.1 mm 待精車加工)
#5=#1*TAN[20]*2+#2 (計算Z 軸尺寸)
WHILE[#5GE#3]DO2 (精加工時將此行刪除)
G00 X47 Z20 (刀具循環(huán)起點)
#6=20+[#5-#3]/2 (Z 軸向右邊移動)
#7=20-[#5-#3]/2 (Z 軸向左邊移動)
Z#6 (向右邊移動切削)
G92 X#4 Z-80 F54.98 L5 (開始加工,該蝸桿導程為54.98 mm,頭數(shù)為5)
G00 Z#7 (向左移動切削)
G92 X#4 Z-80 F54.98 L5 (開始加工,該蝸桿導程為54.98 mm,頭數(shù)為5)
#5=#5-#3 (每次循環(huán)的切削寬度賦值,精加工時將此行刪除)
END2 (精加工時,將此行刪除)
#1=#1-0.1 (每次循環(huán)的切削半徑深度0.1 mm)
END1
G00 X200 Z2 M9 (在采用一夾一頂要注意安全換刀位)
M05
M00 (用三針測量蝸桿中經(jīng)及蝸桿齒高深和用齒厚游標卡尺測量法向齒厚)
M3 S1000 T0101 G99 (開始半精蝸桿外徑,換第一把外圓尖刀)
G0 X45 Z-25 M08 (快速定位在蝸桿外徑附近)
G90 X42.1 Z-99 F0.08 (蝸桿外徑精車至Φ42.1 mm,預留蝸桿外徑0.1 mm 精車)
G0 X200 Z20 M9 (注意安全換刀位))
M30 (粗車蝸桿第一步結(jié)束)
在加工蝸桿時,切削液建議優(yōu)先選用皂粉與純堿加水混合稀釋,該切削液特點:能使切屑順利排出、散熱效果明顯、加工表面光潔、切削時沒有油煙影響等。
必須檢查工件裝夾是否牢靠,頂尖是否有松動,檢查完畢后開始粗加工(圖2)。
圖2 粗車多頭蝸桿
(1)該蝸桿同軸度要求高,必須采用二頂尖裝夾方式。而粗車蝸桿切削力大,不宜采用二頂尖方式加工。
(2)粗車蝸桿前已經(jīng)對好粗、精兩把蝸桿車刀,且粗車蝸桿后齒面兩側(cè)留有精余量(粗車后齒面單側(cè)余量0.15 mm)。
(3)二頂尖裝夾方式加工需用直柄雞心夾(圖3),裝雞心夾時直柄背靠三爪中的任意一爪夾緊工件,并且標識卸下該零件的精確方向位置。
精車時修改粗車的宏程序:①將程序段#1=7.9改為#1=7.8,將#2=2.14 改為#2=2.44,將 程 序 的WHILE[#5GE#3]DO2、#5=#5-#3、END2 段落刪除;②修改后,為保證同軸度要求,將一夾一頂裝夾加工改為二頂尖裝夾方式加工
圖3 直柄雞芯夾
數(shù)控車床加工蝸桿具有以下特點:①比普通車床加工蝸桿效率和加工精度高,利用了數(shù)控車床加工精度高、重復定位精度高的性能;②減少對操作者技能和技巧的依賴;③打破了傳統(tǒng)蝸桿車刀對幾何角度的選用,選用小于蝸桿的牙形角車刀及運用數(shù)控車床宏程序?qū)⑽仐U螺旋槽分成若干層等份進行左右切削加工,避免3 個刀刃同時參與切削。