三头蜗杆车削技术

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利用普通车床加工多头蜗杆，有其一定的技术难度，现以三头蜗杆的车削加工为例，说明车削加工技术特点。三头蜗杆的零件图如图1所示，轴向模数为3mm，材料为45钢。在车削时，由于齿形深、切削面大、导程角大、车刀走刀速度快，增加了切削难度。

一、三头蜗杆结构分析

1.分线精度高

图1所示的三头蜗杆，在车削时要对蜗杆进行分线，如果分线出现误差，使车的蜗杆周节不相等，则会直接影响蜗杆与涡轮的啮合精度，增加不必要的磨损，降低使用寿命。

2.齿槽深

由于全齿高h=2.2mm，m=2.2×3=6.6mm，所以车削时要求车刀反复单边多次插入6.6mm，容易在车削中“扎刀”，因此，对刀具的刚性和强度、韧性有较高的要求。

3.导程大、刀具强度低

由tanγ=L/πdA=（3.14×3×3）/（3.14×4×36），可得γ=14°。因此刀具顺走刀方向的后角=14°+3°=17°，导致刀具强度急剧降低。

4.刀具速度快

图1所示的蜗杆导程L=Zmπ=28.275mm，蜗杆长度仅为60mm，刀具走刀速度快，极易造成车刀与卡盘和尾座相撞。

5.切屑排出困难

由于导程大、齿槽深，在加工时又受导程角的影响，螺纹的待加工表面旋转时挡住了切屑，使切屑排出困难。

二、刀具材料和刀具角度选取原则

1.刀具材料选取原则

车削导程L=28.275mm的蜗杆，转速可采用10～15(r/min)，切削速度在15～20m/min，所以不宜采用硬质合金，高速钢W18Cr4V由于含钒量较少，磨削性能好，其刃口容易磨得锋利平直，抵抗塑性变形能力强，宜选用W18Cr4V。

2.刀具角度选取原则

为了提高蜗杆的加工质量，车削时应采用粗车和精车两阶段，采用4把刀加工，即蜗杆粗车刀、齿根槽精车刀、左及右两侧面精车刀各一把。

（1）蜗杆粗车刀（右旋），如图2所示。

因此，按下列原则选择蜗杆粗车刀：①车刀左右切削刃之间的夹角要大于齿形角，主要是为了控制精车余量，因车削此蜗杆的齿形角为40º，所以车刀左右切削刃之间的夹角可选择40º30′。

②切削钢件时，应磨有10º～15º的径向前角。③径向后角应为6º～8º。④进给方向的后角为（3º～5º）+γ，背着进给方向后角为（3º～5º）-γ，因为此蜗杆的导程角为14°，所以进给方向的后角可取17°～19°，背着进给方向的后角可取-12°～-9°。⑤为了便于左右切削，并留有精加工余量，刀头宽度应小于齿根槽宽。⑥刀尖适当倒圆。

（2）齿根槽精车刀，如图3所示。

按下列原则选择齿根槽精车刀：①车刀的刀头宽度与齿根槽宽度必须相等。②为了避免刀具刮伤已车好的表面，左右切削刃之间的夹角要小于40°,可取39°左右。

（3）左右两侧刃分别精车刀（右侧刃），如图4所示。

按下列原则选择精车刀（右侧刃）：①车刀左侧刃与刀柄中心线夹角等于齿形半角，车刀的右侧刃不参与切削，又为了避免刀刃与齿面接触，车刀右侧刃与刀柄中心线夹角可小于齿形半角。切削刃的直线度要好，表面粗糙度值要小。②为了保证齿形角的正确，一般径向前角取0º～4º。③为了保证切削顺利，都应磨有较大纵向前角（γ0=15º～20º）。

左侧刃精车刀的刀具角度与右侧刃相似。特别指出的是：这种车刀的前端刀刃不能进行切削，只能依靠两侧刀刃精车两侧齿面。

三、切削液的选取

在车蜗杆的过程中采用的切削液是用纯碱与皂粉的比为3∶1（约1.5kg）加水30kg混合稀释而成，该切削液主要特点是可以使切屑顺利排出，散热效果明显，加工表面光洁，切削时没有油烟影响等优点。

四、三头蜗杆实际加工过程

三头蜗杆的轴向模数为m=3mm，齿形角为20º，螺旋线方向为右旋，导程角为14°，工件材料为45钢，毛坯为热轧圆钢，尺寸为Φ50×190mm。在机械加工前，安排调质处理T235。

工序安排应将粗车、精车分开，工件装夹要牢固。

1.粗车各外圆

（1）用三爪自定心卡盘装夹毛坯外圆，伸长约110mm，车平端面，粗车蜗杆外圆Φ44×106mm。Φ28mm的外圆至Φ30×41.5mm。Φ25的外圆至Φ27×17.5mm。

（2）掉头夹工件Φ44的外圆，校正后夹紧悬伸长度约70mm，车端面，保证总长187mm。

（3）粗车Φ20的外圆至Φ22×29.5mm，粗车Φ25的外圆至Φ27×21.5mm。车Φ28的外圆至Φ30×23mm。

2.热处理，调质T235（略）

3.半精车外圆

（1）用三爪自定心卡盘装夹Φ44外圆并校正。车两端面钻中心孔（A3/6）。中心孔表面粗糙度值要小且圆整。保证总长达尺寸要求。

（2）采用一夹一顶的装夹方式，半精车外圆。①车左端台阶。外圆各留精车余量1mm，长度至尺寸要求。②工件调头，车右端台阶。外圆各留精车余量1mm，长度至尺寸要求。

4.半精车蜗杆外圆，粗车蜗杆

（1）调整车床。准备刀具。

（2）按模数×头数（3×3）。调整车床挂轮和各手柄位置。

（3）采用一夹一顶装夹方式。夹右端Φ20mm外圆使台阶紧贴卡爪。百分表校正蜗杆外圆调动量控制在0.02mm以内并夹紧。顶尖顶一端。半精车蜗杆外圆至Φ42.5mm及两端倒角20°。

（4）粗车蜗杆。蜗杆有关参数值见表1。

①为了提高加工速度和质量，笔者采用开倒、顺车的切削方法，先用切槽刀在工件表面先车三条螺旋槽，切槽刀的宽度a≈P-（fx+0.5）=0.843mx+0.5=6.4mm。槽深0.1mm。在装刀时，要保证主切削刃与工件轴线平行。

②蜗杆刀的装夹。粗车蜗杆时使用如图2所示的刀具。在装夹蜗杆刀时比较困难，容易把车刀装歪。在装刀时可以用样板对刀，也可以用万能角度尺对刀。笔者用百分表进行对刀，如图5所示。

使百分表触头与刀柄侧面接触，然后摇动中拖板，如果表的指针都处于同一位置，说明刀的角度已装好。用此种方法对刀，要求在磨刀时采用的样板如图6所示。

此样板要求B面与C面平行，A面与B面、C面垂直。

③分线方法。笔者采用的是轴向分线法，先调整好小拖板与机床导轨平行度后，利用小滑板刻度确定直线移动分线，在车好一条螺旋槽后，利用小滑板刻度配合百分表使车刀移动一个螺距，再车相邻的另一条螺旋槽，从而达到分线的目的。

④车削方法。采用开倒、顺车方法切削。并使蜗杆的粗车刀在刚车好的槽的范围内进行左右切削。车好第一螺旋槽以后，再车第二条、第三条、螺旋槽，由于刚才切槽刀宽度已经控制蜗杆槽粗车的宽度，所以能控制好每单边都留0.2mm的精车余量，如图7所示。

5.精车蜗杆

（1）用两顶尖装夹。先精车蜗杆外圆至Φ42mm，表面粗糙度Ra3.2μm，去除蜗杆表面和两端毛刺。

（2）采用图4所示左、右两侧刃精车刀。用百分表校正左侧（背走刀方向）精车刀并对刀，低速精车第一条螺旋槽右侧面至车刀主刀刃与齿根圆相触及，表面粗糙度达规定要求，记录中滑板进刀刻度值为0。若表面粗糙度不够理想则可使用小拖板赶刀、修光，但须保证齿厚单边余量不得小于0.1mm。

然后以百分表和小拖板刻度配合作轴向分线，使小拖板移动一个齿距，用直进法精车第二条螺旋槽同方向侧面，直至到记录中拖板进刀刻度处，表面粗糙度达要求。用同样方法车好第三条螺旋槽。

精车牙面的加工顺序：1槽牙侧a面2槽牙侧c面3槽牙侧e面3槽牙侧f面2槽牙侧d面1槽牙侧b面，如图8所示。

（3）换刀，用百分表校正右侧精车刀并对刀，按（2）所述方法低速精车齿槽左侧面，并用齿厚卡尺测量，保证法向齿厚尺寸为4.57mm，记录中拖板刻度值。

完成后，用相同方法作轴向分线，车削第二、第三条螺旋槽左侧齿面，使其齿厚与前者相等，表面粗糙度达Ra1.6μm。

精车除了要细心之外，还应熟练掌握“多次循环分线，依次逐面车削”原则。为保证加工质量，精车时应采取以下措施：

①切削厚度：精车齿槽两侧面切削深度要小（尤其是最后两刀），ap=0.01～0.02mm，使车下的切屑如铝箔一样薄而发亮，每走一刀都要仔细观察和分析排屑情况，判断车刀是否保持锋利。

②切削速度：精车蜗杆时主轴转速要放慢。转速过高，齿面表面粗糙度难以保证，一般n以10r/min为宜。

③要充分浇注切削液。

④勤测量：由于分线误差、车刀磨损、让刀等诸多因素，易造成多头蜗杆齿距误差，精车时应勤用单针测量法控制蜗杆分度圆直径，力求各头一致，还要用齿厚卡尺测量蜗杆各头齿厚并作记录。最后利用小拖板赶刀进行修正，使各头齿厚相等，使齿距得到保证。

最后用图3所示的齿根槽精刀精车第一、二、三线齿根圆直径至尺寸Φ28.8mm。

6.精车各台阶外圆至规定尺寸

表面粗糙度达要求；倒角1×45°。

加工三头蜗杆的过程表明，合理选用刀具和加工工艺，即使对难度大的零件，也可顺利完成并能在加工技术上有所突破，操作技能可以迅速提高。

（作者单位：广州市公用事业技师学院）