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中文核心期刊机械传动2012年12月第12期1双导程蜗轮滚刀加工及分析赵云（内江职业技术学院,四川内江641000）摘要本文就双导程蜗轮滚刀的特点进行了说明，设计制定出符合图样要求的双导程蜗轮滚刀加工工艺流程，对保证双导程蜗轮滚刀加工精度的主要工序进行深入细致的分析和认真的总结。如今，双导程蜗轮结构应用越来越多，尤其在具有分度运动和旋转运动的数控机床上广泛应用。双导程蜗轮滚刀的加工及分析对实际加工有一定的借鉴意义。关键词滚刀特点工艺设计工序分析中图分类号:TH162文献标识码：DoubleguideprocesswormgearhobprocessingandanalysisZhaoyun（Neijiangvocationalandtechnicalcollege,sichuanneijiang641000）AbstractThispaperwilldoubleguideprocesscharacteristicsofwormgearhobisexplained,Thedesignthatmeetstherequirementsofthepatternfordoubleguideprocesswormgearhobprocessflow，Doubleguideprocesstoensurethemachiningaccuracyofwormgearhobmainprocessin-depthanalysisandserioussummary。Today,thetwinguideprocesswormgearstructuremoreandmoreapplication,especiallyinadividingmovementandtherotarymotionofthewidelyusedonnumericalcontrolmachine,doubleguideprocesswormgearhobprocessingandanalysisofactualprocessinghaveacertainsignificance。KeywordsHobcharacteristicsProcessdesignProcessanalysis引言因蜗杆蜗轮副具有传动平稳，传动比大，反向自锁性好等特点，使蜗杆蜗轮传动广泛应用于各种机械中，其中的双导程蜗杆蜗轮副更是具有啮合间隙可调整得很小，采用轴向移动来调整啮合侧隙，无需改变中心距等优点。因此，双导程蜗杆蜗轮传动尤其在具有分度运动和旋转运动的数控机床上广泛应用。双导程蜗杆蜗轮副中的蜗杆由于齿厚从蜗杆一端向另一端均匀地逐渐增厚或减薄，又称为变齿厚蜗杆[1]，双导程蜗轮滚刀就相当于同参数基本蜗杆。下面就设计的某一双导程蜗轮滚刀进行特点分析，设计制定它的加工工艺流程。1双导程蜗轮滚刀特点加工的双导程蜗轮滚刀如图1所示，主要技术要求：①材料W18Cr4V，②热处理HRC62～65,③滚刀为4线，模数m=8，右旋，④容屑槽为左旋，螺旋角14°28′13″，导程1510±30。中文核心期刊机械传动2012年12月第12期2图1双导程蜗轮滚刀由图可知滚刀还有如下特点：1、滚刀有三个导程（三个模数），即右侧螺旋面导程T右=102.039（模数M右=8.12），左侧螺旋面导程T左=99.023（模数M左=7.88）和理论导程T中=100.53（模数M中=8）及一个标准齿厚S′标=10.916±0.04（法向方向齿厚），且标准齿厚位置固定；2、齿厚由一端到另一端逐渐增加，齿槽则由一端到另一端逐渐减少；3、滚刀具有三个螺旋角，即β中=14°28′13″，β右=14°40′41″，β左=14°15′44″，设计和制造按照理论螺旋升角（β中）进行，容屑槽螺旋角也按理论导程计算出来，制造时按此容屑槽制造；4、切削部分长度是由滚刀加工蜗轮时啮合长度加上一个附加长度组成。2加工工艺流程设计蜗轮滚刀与齿轮滚刀不同，齿轮滚刀是一种通用刀具，一把渐开线齿轮滚刀可以加工同模数、同压力角的任意齿数的直齿轮或螺旋齿轮，而蜗轮滚刀属于一种专用刀具[2]，只能根据被加工蜗轮副的有关参数进行专门的设计与制造。加工生产属单件、小批量生产。故设计制定如下表1所示的加工工艺流程。表1双导程蜗轮滚刀加工工艺流程序号工序名称工序内容序号工序名称工序内容1备料12钳钳工修去小于1/3齿厚的不完全齿2锻坯13铲齿车床铲齿3热处理退火14钳修毛剌、打标记4车车内孔为φ39.6+0.05，车内孔φ42，车两端面15热处理淬火HRC62～65，喷砂5车上心轴车外元为φ144.90-0.20及凸台为φ88.3-0.1516内圆磨磨内孔φ39.97+0.0256划划插加工线17研磨研孔φ40+0.0157插插键槽10.1+0.218外圆磨磨两端面、外元及凸肩8钳钳工修键槽处倒角及去毛剌19工具磨精磨前刃面9车车齿形20铲齿车床铲磨齿形10铣铣前刀面容屑槽21检验清洗入库11工具磨粗磨前刃面以上加工工艺遵循的加工顺序是：加工精基准→粗加工主要面→精加工主要面→光整加工主要面，次要表面的加工穿插在各阶段之间进行。3主要工序分析下面对保证双导程蜗轮滚刀加工精度有重要影响的工序：车齿形、铣前刀面容屑槽、磨前刃面、铲磨齿形进行深入的分析。3.1车齿形1、由于双导程蜗轮滚刀右侧螺旋面导程与左侧螺旋面导程不等，因此车削时应分别按左侧或右侧螺旋面导程选中文核心期刊机械传动2012年12月第12期3配挂轮车削，例如先车削好右侧螺旋面后再选配另一组挂轮车削左侧螺旋面，车左侧螺旋时不能再车到右侧螺旋面，否则报废。2、由于车削齿形是分二次车削来完成，第一次车削完成时此滚刀齿厚无变化，像普通滚刀一样，第二次车削另一侧螺旋面时才形成齿厚逐渐增加的双导程蜗轮滚刀，这就提出二个问题需要解决：①第一次车削时齿厚应为多少才能使第二次车削有余量；②由于齿槽也是在变化的，那么第一次车削时齿槽底宽应为多少以便刃磨车刀宽度。这两个问题归纳起来实质是在车削前预先计算出双导程蜗轮滚刀最大齿厚和最小齿槽宽。在标准齿轴向剖面内最大齿厚及最小齿槽底宽计算方法：理论导程T中=100.53，理论螺距t中=T中∕4=100.53∕4=25.1325左导程T左=99.023，左螺距t左=T左∕4=99.023∕4=24.7558右导程T右=102.039，右螺距t右=T右∕4=102.039∕4=25.5098标准齿法向齿厚S′标=10.916标准齿轴向齿厚S标=S′标∕cos14°28′13″=10.916∕0.96829=11.2735完成以上计算后作图，先作标准齿厚，然后向标准齿厚左边作左螺距，标准齿厚右边作右螺距，如图2所示。图2左右螺距由图作下列计算：X1=t左－S标=24.7558－11.273=13.4828X2=t右－X1=25.5098－13.4828=12.027X3=t左－X2=24.7558－12.027=12.7288X4=t右－X3=25.5098－12.7288=12.7810X5=t左－X4=24.7558－12.7810=11.9748X6=（20.4－10）∕tg200=10.4×0.36397=3.785288X7=X5－2X6=11.9748－7.59=4.4048从图和计算知道在标准齿同一轴向剖面内最大齿厚为X4=12.7810，最小齿槽底宽为X7=4.4048。由上作图和计算可以看出在标准齿轴向剖面内齿厚和齿槽是有规律地变化，它们的变化规律为递增或递减数列，故得出下列计算式：标准齿左：Sn=S标＋n（T右∕Z－T左∕Z）=S标＋n（t右-t左）S″n=T左∕Z－Sn=t左－Snn—表示齿数以标准齿为0算起计数，Sn—表示以标准齿为0计算起第n齿的齿厚，S″n—表示以标准齿为0计算起第n齿槽宽。标准齿右：Sn=S标－n（T右∕Z－T左∕Z）=S标－n（t右-t左）S″n=T右∕Z－Sn=t右－Sn中文核心期刊机械传动2012年12月第12期4两式合并则：Sn=S标±n（T右∕Z－T左∕Z）=S标±n（t右-t左）齿厚增加用“＋”，齿厚减小用“－”。求最大齿厚是第n齿可以用n=（L－L1）∕t中―1取整数L—滚刀齿全长，L1——标准齿位置长度。例：n=（L－L1）∕t中―1=78∕25.1325－1=2，最大齿厚：X4=S标+n（t右―t左）=11.2735＋2（25.5098―24.7558）=12.781最小齿槽宽：X5=t右―S2=24.7558―12.781=11.9748上面的计算是简略计算，实际上滚刀的最大齿厚和最小齿槽底宽并不一定在与标准齿同一轴向剖面内，由于车齿形工序是粗加工，还需在齿厚上留0.6～0.8mm的余量，因此，在第一次车齿形一个侧面时这样的计算精度能够满足需要，且计算简单便于实际加工运用。3、车齿形的具体方法：①按任意一侧螺旋面导程选配好一组挂轮，安装上工件，用尖刀在标准齿位置处车一圆周线，此刻线是在距离端面57mm处车一圆周线深0.3～0.5mm，再按计算的最小齿槽底宽小0.5～0.7mm刃磨车刀，然后按车普通蜗轮滚刀的方法一样车齿形。齿厚测量是按计算出的最大齿厚放余0.7～0.9mm。②按另一侧螺旋面导程选配挂轮车螺旋面，由于前面已车好一侧齿形，在车另一侧螺旋面时应认准现在应车那个面，同时因为两导程不等，吃刀后刀具轴向前进，前进到一定距离刀具就会离开螺旋面，操作者必须马上退刀（千万不能碰到已车好一侧，否则报废），重又加刀进行车削，重复数次，这样前面的齿逐渐变尖，后面的齿也逐渐车到，最后全部齿侧均能车到，此时滚刀齿形就形成了逐渐增大。③滚刀齿面在全长都车到后就可进行齿厚的测量，测量是在标准齿位置测量，只测量标准齿，其余齿不测量，具体方法是选择对称于圆周刻线（前面已刻线）处某一齿形，涂一点红漆，每一次均在此红漆处测量标准齿厚。最后车好时也可以在标准齿位置轴向方向再刻一根线，这样标准齿就在圆周刻线和轴向刻线交叉处。3.2铣前刀面容屑槽双导程蜗轮滚刀前刀面容屑槽是按理论螺旋线导程来铣削的，可通过选配挂轮及工作台转角来确定，调整刀具与工件的相对位置等计算可见铣工技术，铣工计算手册等书籍，这里就不累述，补充一点是铣削时必须注意单角铣刀的切削刃必须通过上工序所作的红色标记位置或圆周刻线与轴向刻线交叉处，此时滚刀的前面正在标记处，标准齿厚的余量是正确的，否则超前位置余量少了，迟后位置余量多了，如图3所示。为达到铣刀切削刃通过红色标记处（即标准齿圆周刻线及轴向刻线交叉处）在滚刀各种调整程序搞好后，摇动工作台使铣刀的中心通过标记处刻线（即把滚刀圆周刻线对准铣刀中心）然后拨出分度头插销摇分度头，使红色标记（轴向刻线）处于铣刀切削刃位置，插入插销，摇动工作台使铣刀退出滚刀，开始前刀面容屑槽铣削加工。图3超前迟后3.3磨前刃面滚刀前刃面的磨削方法一般常用靠模刃磨，夹具刃磨和专用设备刃磨，其中利用正弦规原理的夹具刃磨较多。中文核心期刊机械传动2012年12月第12期5滚刀刃磨前刃面时要注意三项误差：①圆周节距累计误差；②容屑槽的导程误差；③滚刀前刃面的径向性误差。产生圆周节距误差时，和理论位置相比，有些刀齿向前伸出，而另一些刀齿又向后缩，这样切削时有些刀齿多切，有些刀齿少切，甚至不切，齿面包络不够，齿面好像由很多块状面形成，造成齿形误差，产生原因是分度板不准确或定位机构不正确。产生容屑槽导程误差时，使滚刀的齿顶及齿形对轴线产生锥度，形成螺距误差，最后也使切出的齿形不正确，造成原因是正弦规垫块高度不正确，应适当修正。滚刀前刃面的径向性误差是因为容屑槽被砂轮磨削干涉的结果造成，螺旋角越大（导程越小）干涉越大，由于干涉滚刀前刃面造成凸面或凹面而影响齿形的正确性，如图4所示。图4滚刀前刃面a图表示正确滚刀前面，其齿是对称的，切出的齿形是正确的；b图表示滚刀前面磨成凹形，则齿形两边不对称，而其每边齿形角和理论啮合角不等，用它切出的蜗轮也有不对称的齿形，啮合角发出变化；c图表示刃磨滚刀前面凸在轴线之前，滚刀齿形也不对称，其情况正好与上述b图相反，每边的齿形角各不相等，而且都大