黎秋坚

摘要：蜗杆在很多传动机构当中应用到，在机械传动机构中十分常见，同时蜗杆在大多数的减速机构中应用得非常广泛，是一个非常重要的零部件，是最常见的一个传动单元。本文对数控车床加工蜗杆进行相关研究与探讨，就蜗杆加工中出现的技术难题进行分析，使操作者在数控车床上的加工蜗杆方面有一定深度的认识，使其能够掌握更优化加工方法，提高生产效率更高，推进其相关技术的应用。

关键词：蜗杆、数控车床、加工

随着当今制造业飞速的发展，很多减速及传动机构械对于蜗杆的需求量越来越来大，对蜗杆的加工工艺及产品质量也要求越来越高。本文就蜗杆的参数计算、刀具使用、加工方法、实例编程精度检测等方面进行分析整理，为企业在生产试制过程中出现的技术问题提供可借鉴的经验，并能得到推广使用。

一、蜗杆的概述

蜗杆是指具有一个或者几个螺旋齿，并且与蜗轮啮合而组成交错轴齿轮副的齿轮，其分度曲线可以是圆柱面，圆锥面，圆环面，以圆柱面为最常见。根据不同的的齿廓曲线，普通圆柱蜗杆可分为阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）、渐开线蜗杆（ZI蜗杆）、法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）、锥面圆柱蜗杆（ZK蜗杆）等四种。

二、蜗杆的主要参数计算公式

（一）蜗杆主要参数

蜗杆的主要参数有模数（m）、蜗杆分度圆直径（d1）、导程角（r）、中心距（a）、蜗杆线数（z1）等。

1.模数（m），为了方便生产和统一设计标准，常规定以蜗杆轴项目数mx和蜗轮的端面模数mt为标注模数，两者模数相等，即m=mx=mt。

2.蜗杆分度圆直径（d1），为了便于加工和制造，在规定标准模数的同时，对蜗杆分度圆直径也进行了标准化，与模数有一定的匹配，蜗杆分度圆直径与模数mx之称为蜗杆直径系数，即d1=mq。

3.导程角（r），当蜗杆的直径系数q和z1确定后，在蜗杆圆柱上的导程角可以被确定，即tanr=z1/q。

4.中心距（a），中心距a，蜗杆与蜗轮两轴中心距a与模数m、蜗杆直径系数q及蜗轮齿数z2间的关系，即a=（d1+d2）/2=m/q（q+z2）。

（二）蜗杆参数计算公式

三、蜗杆的加工

数控车床加工蜗杆根据刀具材质性能，有高速切削和低速切削两种形式，硬质合金涂层刀具合适用于高速切削，高速钢成形刀具适用于低速切削。论加工效率而言前者优于后者，论加工表面粗糙度及加工精度而言后者由于前者，本文着重对蜗杆低速切削加工进行分析。

（一）蜗杆刀具材质的选择

首先就是加工刀具材质的选用。通常情况下，蜗杆加工刀具材质一般为高速钢、硬质合金两种材质，每种材质有各自的优缺点，例如高速钢材质熔点较低，当温度达到或者高于500摄氏度时，易导致材质碳化，因此高速钢材质刀具适合低速车削加工，同时加工的效率也低。但是高速钢也具备一些优点，刀具切削刃很锋利，切削加工过程中有很好的稳定性，可以得到很好的表面粗糙度值。在数控车床上加工多线蜗杆时，普遍采用的就是高速钢材质的成形车刀。其次是硬质合金材质车刀，缺点是刀具切削刃不锋利，很难得到较好的表面粗糙度值。其优点是能够实现高速车削螺旋槽，加工效率高，同时硬质合金材质熔点高，耐磨性好。本文重点讲述使用高速钢车刀加工蜗杆。

（二）蜗杆刀具的刃磨

1.蜗杆粗车刀刃磨。刃磨切削刃时，两侧切削刃之间的夹角应略小于两倍齿形角，一般为39º30′，为便于左右借刀加工刀刀头宽度应小于齿根槽宽0.2～0.3mm，车刀应磨出径向前角，车刀进给分析后角（3º～5º）+γ，车刀进给反方向一侧后角（3º～5º）-γ，径向后角一般为6º～8º，两侧刀倒棱，如图1-1所示。

2.蜗杆精车刀刃磨。刃磨切削刃时，两侧切削刃之间的夹角应等于两篇齿形角40º，车刀切削刃要平直、光洁而且两侧切削刃对称，刀头不能歪斜，为了保证蜗杆的齿形正确，车刀前角应为0º，为保证两侧切削刃切削顺利，两切削刃都磨有比较大的前角（γ0=15º～20º）断屑槽，当然这种精车刀两侧面智能加工两齿轮侧面，车刀前端切削刃不可用来车削蜗杆齿形槽底，如图1-2所示。

（二）蜗杆车刀的安装

1.水平装刀法。车轴向直廓蜗杆时，用水平装刀法。在装夹车刀时一般用样板找正装夹。装夹模数较大的蜗杆车刀，容易把车刀装歪。可采用万能量角器来找正车刀刀尖角位置（如图1-3）。

2.垂直装刀法。车削法向直廓蜗杆时，必须把车刀两侧切削刃组成的平面装得与蜗杆齿侧垂直。由于蜗杆的导程角比较大，为了改善切削条件和达到垂直装刀要求，可采用可回转刀杆（如图1-4）。

（三）蜗杆的加工方法

数控车床蜗杆的车削方法和车削梯形螺纹相似，最常用的是左右分层切削法，由于蜗杆的齿距大，齿型深，切削面积大，车削时比梯形螺纹困难些。一般粗车后留精车余量0.2～0.4mm，在精车时，采用均匀的单面车削。切削深度不宜过深，否则会发生“啃刀”现象。所以在车削过程中，必须注意观察切削情况，控制切削用量，防止“扎刀”。最后再用刀尖角略小于齿型角的车刀，精车蜗杆底径，把齿型修整清晰，以便保证蜗杆齿面的表面粗糙度和精度要求。

四、蜗杆编程实例

蜗杆常见用的方法有左右分层车削法三种，本文通过图1-5零件图重点阐左右分层车削法。

（一）零件图分析

零件图蜗杆模数m=3，蜗杆的直径系数q=12，蜗杆分度圆直径d1=mq= 36，齿顶圆直径da1=d1+2ha1=d1+2m=42mm，齿根圆直径df1=d1-2hf1= d1-2.4m=28.8mm，轴向齿距Px=πm=9.42。

（二）蜗杆加工程序编写

五、蜗杆的测量方法

蜗杆的主要测量参数有齿距、齿顶圆直径、分度圆直径、法向齿厚。其中齿顶圆直径可用千分尺测量，齿距由机床传动链保证。分度圆直径的测量用三针或單针测量，方法与测量梯形螺纹相同。法向齿厚使用齿轮游标卡尺测量（如图1-6所示）。适用于精度要求不高的蜗杆。因图样上一般注明的是轴向齿厚，所以先要把轴向齿厚换算成法向齿厚。

六、蜗杆的加工注意事项及解决方法

（一）刀具使用

在蜗杆加工过程中，因为导程大，刀具相应的运动速度也快，刀具受力面积大，颤振会非常的明显，刀具使用不当，会导致出现断裂。同时刀具与工件之间接触面积大，刀具磨损速度快，难以保证加工精度和表面粗糙度。因此在加工过程中必须合理选择切削参数（主轴转速、进刀量）保证刀具的稳定性。使用切削液进冷却和润滑，延长刀具使用寿命，保证加工表面粗糙度。

（二）加工方法

数控车床加工蜗杆的通常采用斜进法，即刀具沿着的倾斜角度进刀，以减小刀具受力面积。但随着加工时间变长，加工面一侧的刀刃磨损速度相对与另一侧快，会出现蜗杆齿面一侧光滑、另一侧比较粗糙的情况。因此在加工过程中可采用两侧交替斜进方式，避免单侧刀刃磨损过多，保证加工精度和表面粗糙度。

（三）大模数蜗杆

对于模数比较大的蜗杆的加工，切削加工时要应先验证螺距（齿距），车削时应夹紧工件，保证工件不移位和损坏。精车时必须保证蜗杆的精度和较小表面粗糙度。车削过程中应注意减少积屑瘤的影响。

结语

本文对于蜗杆的参数计算，加工刀具材质选择、加工方法、测量方法等方面进行分析和整理，并对于加工过程中常见问题提供了化解方法。希望通过整理归纳，在实际工作中运用，为企业生产和操作者提供有用的借鉴经验。

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