本發(fā)明涉及車削方法，具體涉及一種數(shù)控車床加工環(huán)面蝸桿螺旋面的方法。

背景技術：

傳統(tǒng)的環(huán)面蝸桿螺旋面的加工是在滾齒機或車床改造的專用機床上進行的，然后磨削，此方法屬于成型刀加工環(huán)面蝸桿齒形的方法，但是在加工不同規(guī)格的蝸桿時都要配置相應的刀盤和車刀，此方法加工周期長，制造成本高，而且機床調整復雜繁瑣，刀具刃磨專業(yè)要求高，對工人技術要求高，特別是單件小批量生產時非常費事，在現(xiàn)有《產業(yè)與科技論壇》2011年第10卷第24期李松《運用宏程序在數(shù)控車床上實現(xiàn)環(huán)面蝸桿的車削》提供了一種技術方法，屬于模擬齒廓曲線用連續(xù)直線錐螺紋來擬合圓弧螺紋來加工環(huán)面蝸桿齒形的方法，現(xiàn)有方法采用數(shù)控車床加工環(huán)面蝸桿齒形時，車削蝸桿齒槽，必須保證主軸回轉與刀具運動的同步控制(C軸X軸Z軸)，在數(shù)控加工中只能采用螺紋加工的方式才能保證這種同步關系，普通數(shù)控系統(tǒng)只支持直線螺紋的加工，而環(huán)面蝸桿的刀具運動是在與主軸回轉同步的情況下做XZ平面內的圓弧運動，這是數(shù)控系統(tǒng)所不能提供的，在加工過程中，現(xiàn)有加工方法用連續(xù)圓錐螺紋來擬合圓弧螺紋，在每一小段圓錐螺紋都需尋找本段起始點才開始加工到該段螺線終點，多次分段致使加工時需要多次確認加工起始點，從而導致機床系統(tǒng)狀態(tài)切換頻繁，加工出的蝸桿齒距積累誤差加大，尤其在大模數(shù)大導程時更為明顯，加工過程中機床爬行現(xiàn)象嚴重。特別是該方法加工出的蝸桿面是多段連續(xù)錐螺紋線擬合出來的圓弧螺紋齒形，不是準確的圓弧螺紋齒面。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)控車床加工環(huán)面蝸桿螺旋面的方法，采用先引導將刀具調整到需要的X坐標Z坐標位置，同時使蝸桿正好轉到需要的角度，然后按照勻速轉動蝸桿軸截面齒槽上點的運動方式利用數(shù)控圓弧插補命令來控制車刀，能夠直接按照圓弧螺紋方式精確加工出環(huán)面蝸桿齒槽，穩(wěn)妥克服了現(xiàn)有技術的不足。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種數(shù)控車床加工環(huán)面蝸桿螺旋面的方法，將待加工蝸桿裝夾在數(shù)控車床上，其所在平面為S，待加工蝸桿在平面S內齒根圓弧半徑為Rf1、蝸桿齒頂圓弧半徑為Ra1、分度圓半徑為R，切斷刀主切削刃寬度為L，n、n1分別為軸截面延伸段齒槽側面上的一個點在環(huán)面蝸桿轉動時齒槽變動所對應的兩個瞬時位置；設置蝸桿轉速恒為s，移動切斷刀相應面刀尖至n點，執(zhí)行引導程序使相應刀尖至n1點，再從n1點以R+m為切削半徑進行插補運動，加工出一個側面的圓弧螺旋線，退刀至初始n點，同理切削另一側面圓弧螺旋線，完成蝸桿螺旋面的切削。

進一步的，在車削螺旋面的過程中主軸恒轉速。

進一步的，每次圓弧插補切削螺旋面走刀時角速度相同。

進一步的，螺紋引導段程序中導程由引導起始點和終止點的工作角、蝸輪分度圓半徑、相對切深值、蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)共同確定。

進一步的，在螺紋引導程序中通過調整起始角度數(shù)進行蝸桿的分頭。

進一步的，其中m為相對切深，即為蝸桿螺旋面上某點相對蝸輪分度圓半徑R的差值；引導程序中，即蝸桿旋轉運動后軸截面齒形上點n轉到了點n1的同時，刀具也從點n到點n1，這時候蝸桿齒形上點n1的C軸旋轉角度位置和X坐標Z坐標正好是刀具需要在的位置。

進一步的，其中刀位點坐標確定公式為：

X＝ao-(R+m)·sinψ±m(xù)·tgα·cosψ

Z＝Zo+(R+m)·cosψ±m(xù)·tgα·sinψ

式中：ao是蝸輪蝸桿中心距，Zo是蝸輪中心的軸向坐標值；R為與蝸桿相嚙合的蝸輪的分度圓半徑，m為相對分度圓的切入深度，ψ為工作角，α為分度圓齒形角。

進一步的，引導程序具體公式為：

導程F＝引導段軸向移動量/引導段螺紋轉數(shù)；

從點n到點n1，螺紋軸向移動量為(cosψn-cosψn1)·(R+m)；

從點n到點n1，對應的蝸輪轉數(shù)為(ψn1-ψn)/360°，

則對應的蝸桿轉數(shù)為(ψn1-ψn)/360°·Z2/Z1；

故導程F＝[(cosψn-cosψn1)·(R+m)]/[(ψn1-ψn)/360°·Z2/Z1]即F＝[360°/(ψn1-ψn)]·[Z1/Z2]·(cosψn-cosψn1)·(R+m)

其中Z1為蝸桿線數(shù)，Z2為蝸輪齒數(shù)。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益的技術效果：

本發(fā)明一種數(shù)控車床加工環(huán)面蝸桿螺旋面的方法，通過在軸截面延伸段齒槽側面上任意取一個環(huán)面蝸桿轉動時齒槽變動所對應的兩個瞬時位置點，通過執(zhí)行引導程序確定需要的加工起始點，控制刀具占據(jù)加工起始點位置，然后用圓弧插補的方法完成蝸桿圓弧螺紋切削,從而精確加工出蝸桿的圓弧螺旋齒面，能夠每次切削中一次性找到加工點，避免多次找點的累積誤差，簡化了機床控制方式，數(shù)控系統(tǒng)更加穩(wěn)定，齒面精度得到保障。該方法擺脫了對專用蝸桿機床的依賴，降低了操作工人的技術要求，降低了制造成本，大幅提高了加工效率。

進一步的，引導程序具體公式為：

導程F＝引導段軸向移動量/引導段螺紋轉數(shù)；

從點n到點n1，螺紋軸向移動量為(cosψn-cosψn1)·(R+m)；

從點n到點n1，對應的蝸輪轉數(shù)為(ψn1-ψn)/360°，

則對應的蝸桿轉數(shù)為(ψn1-ψn)/360°·Z2/Z1；

故導程F＝[(cosψn-cosψn1)·(R+m)]/[(ψn1-ψn)/360°·Z2/Z1]即F＝[360°/(ψn1-ψn)]·[Z1/Z2]·(cosψn-cosψn1)·(R+m)

其中Z1為蝸桿線數(shù)，Z2為蝸輪齒數(shù)，使蝸桿勻速旋轉運動后軸截面齒形上點n轉到了點n1的同時，刀具也從點n到點n1，這時候蝸桿齒形上點n1的C軸旋轉角度位置和X坐標Z坐標正好是刀具需要在的位置，就是說刀具準確地捕獲到點n1了；然后刀具就能從點n1到點n2采用圓弧插補來模擬蝸桿勻速轉動時軸截面齒形上點的運動來精確加工齒面。

附圖說明

圖1為本發(fā)明切削原理圖。

圖2為本發(fā)明實施例圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：

如圖1、圖2所示，一種數(shù)控車床加工環(huán)面蝸桿螺旋面的方法，將待加工蝸桿裝夾在數(shù)控車床上，其所在平面為S，待加工蝸桿在平面S內齒根圓弧半徑為Rf1、蝸桿齒頂圓弧半徑為Ra1、分度圓半徑為R，切斷刀主切削刃寬度為L，n、n1分別為軸截面延伸段齒槽側面上的一個點在環(huán)面蝸桿轉動時齒槽變動所對應的兩個瞬時位置；設置蝸桿轉速恒為s，移動切斷刀相應面刀尖至n點，執(zhí)行引導程序使相應刀尖至n1點，再從n1點以R+m為切削半徑進行插補運動，加工出一個側面的圓弧螺旋線，退刀至初始n點，同理切削另一側面圓弧螺旋線，完成蝸桿螺旋面的切削。其中m為相對切深，即為蝸桿螺旋面上某點相對蝸輪分度圓半徑R的差值；引導程序中，即蝸桿勻速旋轉運動后軸截面齒形上點n轉到了點n1的同時，刀具也從點n到點n1，這時候蝸桿齒形上點n1的C軸旋轉角度位置和X坐標Z坐標正好是刀具需要在的位置，就是說刀具準確地捕獲到點n1了；然后刀具就能從點n1到點n2采用圓弧插補來模擬蝸桿勻速轉動時軸截面齒形上點的運動來精確加工齒面。

其中刀位點坐標確定公式為：

X＝ao-(R+m)·sinψ±m(xù)·tgα·cosψ

Z＝Zo+(R+m)·cosψ±m(xù)·tgα·sinψ

式中：加工左側面時取+，加工右側面是取-；ao是蝸輪蝸桿中心距，Zo是蝸輪中心的軸向坐標值；R為與蝸桿相嚙合的蝸輪的分度圓半徑，m為相對分度圓的切入深度，ψ為工作角，α為分度圓齒形角；

引導程序具體公式為：

導程F＝引導段軸向移動量/引導段螺紋轉數(shù)；

從點n到點n1，螺紋軸向移動量為(cosψn-cosψn1)·(R+m)；

從點n到點n1，對應的蝸輪轉數(shù)為(ψn1-ψn)/360°，

則對應的蝸桿轉數(shù)為(ψn1-ψn)/360°·Z2/Z1；

故導程F＝[(cosψn-cosψn1)·(R+m)]/[(ψn1-ψn)/360°·Z2/Z1]即F＝[360°/(ψn1-ψn)]·[Z1/Z2]·(cosψn-cosψn1)·(R+m)

其中Z1為蝸桿線數(shù)，Z2為蝸輪齒數(shù)。

在車削螺旋面的過程中主軸恒轉速；每次圓弧插補切削螺旋面走刀時角速度相同；螺紋引導段程序中導程由引導起始點和終止點的工作角、蝸輪分度圓半徑、相對切深值、蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)共同確定。在螺紋引導段程序中通過調整起始角度數(shù)進行蝸桿的分頭。

下面結合附圖對本發(fā)明的結構原理和使用步驟作進一步說明：

實施例1：蝸桿為標準中心距250、中心距加大量10.5，蝸桿頭數(shù)2、蝸桿齒根圓弧半徑Rf1＝219.8、蝸桿齒頂圓弧半徑Ra1＝208.6、蝸桿工作部分長度112、配對標準蝸輪齒數(shù)58、蝸輪分度圓半徑203、基圓半徑80、蝸桿分度圓軸向齒厚10.38，加工磨削余量為0.3的右旋平面二次包絡環(huán)面蝸桿為例。

準備工作：

[1]通過CAD繪圖測量，齒槽底最小寬度5.90，齒槽最大深度11.50。選用主切刃寬度為5，最大切深22的硬質合金切斷刀。

[2]選取刀體裝夾面改型角度為平均導程角7.866°。

[3]切刀加工時相對切深開始值為m＝Ra1-R-10.5＝-4.9，相對切深終止值為m＝Rf1-R-10.5＝6.3。

依據(jù)CAD繪圖測量結果，安排相對切深m在-4.9～1.0范圍時，分左、中、右切三刀切出齒槽寬度；相對切深m在1.0～6.3范圍時，分左、右切兩刀切出齒槽寬度。

[4]依據(jù)CAD繪圖測量結果，初切削螺旋面時為避免崩刃，將起始相對切深m＝-4.9調整為-5.5，

即起始切削半徑減到R+m＝R-5.5＝208。

[5]加工前除蝸桿螺旋面外其它尺寸先切削到位。

[6]設定主軸為恒轉速60，每次下切量0.08。

開始左切，對齒槽左側面切削。所選數(shù)控機床為FANUC系統(tǒng)，程序段如下：

X#8 Z#9；移動切刀左刀尖到點n，參數(shù)#8 #9為坐標值，每一切削深要計算新坐標值。

G32X#11 Z#12 F#13 Q#1

；該段程序為螺紋引導段，從點n到點n1捕捉到蝸桿螺旋起始點n1。

；其中參數(shù)#11、#12為點n1的坐標，每次下切變化計算值。

；其中導程值參數(shù)#13取決于計算點n到點n1的相對坐標差及蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)(傳動比)。

；其中參數(shù)#1決定蝸桿分頭。

G02 X#15 Z#16 F#17 R[#18+#2]

；該段程序為圓弧插補，從點n1到點n2按環(huán)面蝸桿傳動規(guī)律勻速圓周切削。

；其中參數(shù)#15、#16為點3的坐標，每次下切重新計算坐標值。

；參數(shù)#17、#18包含了傳動比和加大中心距數(shù)值，每次切削變化計算值，進行相應的磨量均化。

程序執(zhí)行完后退刀到點n3，返回到點n4。執(zhí)行下列程序：

開始中切，對齒槽中間部進行去余量切削。程序段如下：

X#8 Z#9；再移動切刀刃中點到齒槽中間點，新的計算點n。

G32 X#11 Z#12 F#13 Q#1；螺紋引導，從點n到點n1捕捉到蝸桿螺旋新起始點n1。

G02 X#15 Z#16 F#17 R[#18+#2]；圓弧插補，從新點n1到新點n2勻速圓周切削。

程序執(zhí)行完后退刀到計算點n3，返回到計算點n4。

開始右切，對齒槽右側面切削。程序段如下：

X#8 Z#9

G32 X#11 Z#12 F#13 Q#1

G02 X#15 Z#16 F#17 R[#18+#2]

程序執(zhí)行完后退刀到計算點n3，返回到計算點n4。

以上為一次下切量0.08時，對蝸桿第一頭螺旋線進行左、中、右三刀切出齒槽寬度。

完成后調整參數(shù)#1值分頭，切蝸桿下一頭螺旋線。不斷調整參數(shù)#1直到切完所有頭數(shù)。

然后調整#2值，增大切削半徑，再次下切0.08，依次車蝸桿各頭螺旋線，左、中、右三刀切出齒槽。

如此循環(huán)，不斷計算新坐標點和導程，控制分頭進行切削。

當切深到達#18+1＝223.5時，兩刀可切出齒槽寬度，即省略中切僅左右兩刀切出齒槽。

隨著切削半徑的不斷深入到#18+6.3＝219.8，上面程序共執(zhí)行377次切削即可完成蝸桿整個螺旋面的加工。