蜗轮、蜗杆的加工方法(一)

阿基米德蜗杆的车削（ZA蜗杆）
阿基米德蜗杆是在普通车床上采用直线刃廓车刀车削而成。加工时，车刀的直线刃廓置于蜗杆轴面内，车刀刃廓夹角为蜗杆齿形角a的两倍。车削成型原理如图11-30a所示。车刀形状如图11-30b所示。加工齿距较小，导程较小的蜗杆时，可同时加工齿槽两侧；加工导程角较大蜗杆时，则必须增大左右切削刃刀具角β₁和β₂的差值。

法向直廓蜗杆的车削（ZN蜗杆）
法向直廓蜗杆是在普通车床上采用直线刃廓车刀车削而成。车削时，车刀的直线刃廓应置于蜗杆的法向截面的，若延长切削刃的直线，一般不与蜗杆轴线相交，而与以蜗杆轴线为中心的小圆柱（准圆柱）面相切。
蜗杆法面齿形角a_n小于车刀刃廓夹角a₀，因此，要获得法面齿形角a_n=20时，应该通过理论计算对刀具角度加以修正。铣削或磨削加工时也要同样进行修正。
由于刀具的安装位置不同，可以切出ZN₁、ZN₂、ZM₃三种不同的蜗杆齿形（图11-31）。

渐开线蜗杆的车削（ZI蜗杆）
渐开线蜗杆是在普通车床上用两把直线刃车刀车削而成（图11-32）。两车刀的直线刃必须置在切于基圆柱面的两相互平行的平面上，与螺旋面的直线形成线相吻合。随着蜗杆基圆直径的增大，相应地刀具安装位置离开蜗杆中心线越远，造成加工困难。为此可用成形车刀来加工，刀具的廓形应是理论计算的曲线，将其刀刃置于蜗杆轴截面内，同于阿基米德蜗杆车削。由于刀具设计和制造麻烦，故单件或小批量生产时的磨前加工，可将车刀作成直线刃，置于蜗杆轴截面内进行车削。这种加工方法简单，但磨削余量不均匀，影响磨削精度。

圆柱蜗杆的铣削
对于阿基米德蜗杆、法向直廓蜗杆、渐开线蜗杆、K型蜗杆的铣削，可在普通万能铣床、蜗杆铣床及旋风铣床上进行。采用圆盘形铣刀或锥形指状铣刀，其切削刃必须是理论上所求的特定曲线。加工时，将铣刀轴线对蜗杆轴线倾斜一个导程角，即可铣切齿面。作为磨前加工的铣齿，均可采用直线刃廓刀具，以简化刀具设计与制作。
铣削蜗杆的优点是生产率高，适于批量生产。

盘形锥面砂轮磨削圆柱蜗杆
对于阿基米德蜗杆、法向直廓蜗杆、渐开线蜗杆、K型蜗杆，可在HSS350型或SNC35型蜗杆磨床上磨削，依照包络原理成形。在磨床上借助于特殊的砂轮修正器，使金钢钻作出符合于被磨蜗杆螺旋面的空间运动，即可将砂轮两侧面修整到理论计算的砂轮形状曲率。磨削时，调整砂轮轴线，相对于蜗杆轴倾斜一个导程角，即可进行磨削。在上述型号的机床上，可实现双向磨削，生产率高。条件不具备时，也可在S7732型蜗杆磨床上加工，借助于砂轮校整器和磨样板装置，用反仿型法获得所需要的砂轮型面。此机床不具备螺距补偿装置，只能单向磨削，故磨削效率较低。
另外K型齿的磨削，可在普通螺纹磨床上进行，如S7520型螺纹磨床，修砂轮型面为直线廓形，修型简单，应用普遍。见图11-33。

图 11-33

ZK型蜗杆切齿
ZK蜗杆切齿法是将轴截面为梯形的锥面铣刀或砂轮安装在万能铣床、螺纹加工机床、蜗杆磨床上，刀具轴线相对于蜗杆轴线倾斜一个蜗杆导程角，切削蜗杆齿槽。这种由圆锥面包络形成的曲面，在蜗杆轴平面、法平面和端平面上的齿廓均为凸形。按照不同的刀具可包络出以下三种ZK蜗杆（图11-34）。
（1）ZK₁蜗杆是用盘状锥面铣刀或盘状锥面砂轮加工的圆柱蜗杆。
（2）ZK₂蜗杆是用指状锥面刀具加工的圆柱蜗杆。
（3）ZK₃蜗杆是用碟形端锥面刀具包络成形的圆柱蜗杆。

平面砂轮磨削渐开线蜗杆
该磨杆工艺可在英国霍尔罗伊德（Holrogd)公司出产的蜗杆磨床上，采用碟形或碗形砂轮的端平面磨削（图11-35）。磨削时，一定要使砂轮平面切削刃相切于蜗杆直母线、工件一次安装只磨削一个侧齿面。
这种磨齿法，可得到很高的制造精度。在设备条件不具备的情况下，可在C8955或C8950型铲齿车床上进行磨削。

圆弧齿圆柱蜗杆的车削
圆弧齿圆柱蜗杆（ZC蜗杆）包括ZC₁蜗杆、ZC₂蜗杆、ZC₃蜗杆。它们的齿形分别为齿形C₁、齿形C₂、齿形C₃。三种齿形的车削，可在普通车床上，采用与ZC₁、ZC₂、ZC₃蜗杆法截面凸形曲线相近的凸形圆弧刃刀具加工而成。加工时，将车刀的切削刃平面置于蜗杆的法向（或轴向）平面内，围绕蜗杆轴线作相对的螺旋运动，即可加工出近似的三种齿形。图11-36示出了ZC₃轴向齿形。

ZC₁蜗杆的磨削
是用具有圆环面的盘状砂轮进行的磨削。蜗杆齿面为一圆环面的包络曲面（图11-37）。磨削时，砂轮轴线相对于蜗杆轴线偏转一个蜗杆导程角γ，砂轮的轴截面齿形角a₀与蜗杆的法面齿形角a_1n相同，砂轮与蜗杆齿面的瞬时接触线为一条空间曲线。因此，磨削过程中蜗杆齿面的形状还取决于砂轮的直径d₀、圆环面的半径ρ和圆心o_b的位置。

ZC₂蜗杆的磨削
ZC₂蜗杆螺旋面的成型方法与ZC₁蜗杆一样，刀具仍然是一个具有圆环面的砂轮，但砂轮与蜗杆齿面的瞬时接触线不是一条空间曲线，而是一条平面曲线，蜗杆截面中有一截面与砂轮母线重合，即为一段圆弧。因此，砂轮经过修磨后，直径的减小并不影响蜗杆齿面形状的变化，但对砂轮的安装位置要求严格，安装参数要经过特殊计算。
砂轮轴线I-I安装与蜗杆轴线相错角为γ₀，并且γ₀≠γ₁，应保证砂轮轴向轮廓圆弧中心0_b在砂轮磨削时的啮合轴线Ⅱ—Ⅱ上，Ⅱ—Ⅱ轴与蜗杆轴线的距离为A，相错角为σ（图11-38）。两轴公垂线必须通过砂轮轴向轮廓圆弧中心o_b。
目前磨削ZC₁、ZC₂蜗杆，均采用大连重型机器厂设计的砂轮修整器，可以按一定的几何关系安装在铲齿车床、螺纹磨床及蜗杆磨床上。其优点是修形可靠简单，可提高齿形精度和生产效率。

ZC₃蜗杆的磨削
ZC₃蜗杆螺旋面的成形，可采用圆盘砂轮进行磨削，砂轮轴截面廓形应是理论上所求的特定曲线，该曲线难以修整，该齿面不能用包络法加工。目前国内生产仍采用轴截面为圆弧的砂轮，磨削时，砂轮轴线相对于蜗杆轴线倾斜一个蜗杆导程角，即可进行磨削。磨削过程中按照蜗杆轴向圆弧齿形样板反复测量被磨削蜗杆齿形，依照齿形误差来修整砂轮，直到蜗杆齿面与齿形样板相吻合为止。这种磨齿法可在C8950或C8955型铲齿车床及C620或C630型普通车床上装上磨头部件，即可进行磨削加工。
这种靠手工修整成型，齿形精度较低，为消除加工误差，一般还要经过电解跑合加工。

往复磨削蜗杆
用蜗杆磨床磨削蜗杆时，除了砂轮旋转方向和工件的旋转方向以外，还有工作台的移动方向。工作台拖板在往复行程的移动中都进行磨削操作，没有空行程，这种磨削方式称为往复磨削。其优点是磨削效率高，但是机床必须具备双向间隙消除装置，同时由于砂轮磨削作用面的不同，对砂轮左右两面的成型误差必须限制在一定范围之内，才能达到预定的齿形误差。见图11-39。

单程磨削蜗杆
蜗杆磨床磨削蜗杆时，工作台拖板向左移动，磨削蜗杆左侧齿面，磨削成形后再由工作台拖板向右移动，磨削蜗杆右侧齿面。在磨削每一齿面时，都有空返行程消耗，所以磨削效率低。这种磨削方式对于砂轮左右两面的成形误差，必须限制在一定范围之内，才能得到所要求的齿形精度。

车削多头蜗杆移动小刀架分头法
车削多头蜗杆时，当车完一条螺旋线后车床主轴不转，移动小刀架，使车刀相对工件轴向移动px的距离（px=πm)，即可加工出另一条螺旋线。这种分头法，操作简单，但分头精度较低。

车削多头蜗杆脱开挂轮分头法
车削多头蜗杆时，当车完一条螺旋线后，刀具不移动，使工件相对于刀具转动，工件转过，即可加工出另一条螺旋线。操作方法是将车床挂轮脱开，使主轴转动，转过的角度以挂轮转过的齿数计算。此种分头法精度高，但挂轮齿数必须能被分头数整除。