运用宏程序在数控车床上实现环面蜗杆的车削

图1
直廓环面蜗杆成形图 图 2
数控切槽刀在蜗杆螺旋面Baidu Nhomakorabea的位置
（ 一） 直廓环面蜗杆的环面成形原理 。 直廓环面蜗杆基 本形成原理如图 1 示， 具有直线刃口的切削刀具绕轴 z0 以角 速度 ω0 回转， 与此同时， 蜗杆毛坯绕其自身轴线 z1 ， 以角速 于是就切出直廓环面蜗杆的螺旋面 。 如果以上 度 ω1 旋转， 述蜗杆螺旋面为基本蜗杆做一把滚刀， 加工出置于切刀位置 的蜗轮齿面， 这样形成的环面蜗杆齿面和蜗轮齿面就构成了 一对共轭齿面。 从而形成了直廓环面蜗杆传动 （ TA － worm gear） 。 （ 二） 数控加工用刀具。 由于数控车床的刀具在加工过
程中通常是固定不动的， 不能实现像图 1 所示刀具做回转运 动， 自然也就不能用成形刀具来加工环面蜗杆的齿面了， 为 了让刀具能加工出不同角度的齿面， 在这里笔者采用了机夹 通过改变刀具在车削时每次切削的起刀 切槽刀来加工齿面， 点来形成蜗杆齿面， 如图 2 示。 （ 三） 车削圆弧螺纹在数控机床上的实现 。 众所周知， 在 车削蜗杆时， 必须保证主轴回转与刀具运动的同步控制， 在 数控加工中必须采用螺纹加工的方式才能保证这种同步关 系， 但是， 我们的数控系统中， 通常只支持直线螺纹的加工 （ 不管是等螺距还是变螺距） ， 但环面蜗杆的刀具运动是在与 主轴回转同步的情况下做 XZ 平面内的圆弧运动， 这是数控 如何解决这一问题， 笔者想到了宏程序 系统所不能提供的， 加工椭圆中用短直线拟合圆弧的方法， 在这里， 用短螺纹段 来拟合圆弧螺纹段， 以实现环面蜗杆的刀具运动要求， 另外， 连续螺纹也是常见数控系统所支持的 。 （ 四） 环面蜗杆的齿形获得。 在加工之前， 我们首先分 析， 如果只考虑环面蜗杆上的螺旋线的话， 只要让刀具在车 床 XZ 面内按车螺纹的方法走圆弧就可以了， 具体方法就是 用连续直线螺纹来拟合圆弧螺纹 。但是环面蜗杆的齿形是 α = 20° 牙型角， 这要求切槽刀在起刀点处随着切深的变化沿 着环面蜗杆的齿形变化， 这样才能加工出我们想要的蜗杆齿 形， 根据图 3 所示， 刀具在牙型面上的任何位置处刀位点与 切深的关系为： x’= 2m* tgα* cosψ z’= m* tgα* sinψ
运用宏程序在数控车床上实现环面蜗杆的车削
□李 松
【摘
要】 本文对直廓环面蜗杆的加工方法提出了新的思路和新的方法 ， 就数控车床车削环面蜗杆的关键问题进行了较为全面 并采用宏程序成功实现直廓环面蜗杆在数控车床上的车削加工 。 的分析，
【关键词】 用户宏程序； 数控车床； 直廓环面蜗杆； 车削加工 【作者简介】 李松（ 1972 ～ ） ， 男， 江苏省江阴中等专业学校教师 ； 研究方向： 数控实训教学和数控设备的维修改造
那么， 蜗杆齿面上任意一点的工件坐标就可表示为： X = 2* a0 － 2* （ R + m） * sinψ + x’ Z = （ z0 + （ R + m） * cosψ） + z’ R 为与蜗杆相啮合的假想蜗轮的分度圆直径， m 为相对 分度圆的切入深度。 为了加工出蜗杆螺旋面， 我们只要将螺纹切削起点按上 式给定后， 按一定的螺距车削连续螺纹就可实现环面蜗杆的 加工， 但是， 这个螺距应该是多少呢？ 根据图示， 我们可推断出切削加工中的螺距也是随切深 的变化而变化的， 并可用下式表达： F = P* sinψ * （ R + m） / R 故而， 在车削螺旋线时， 螺旋线的螺距也是不断变化的 。
一、 引言 环面蜗杆传动因其接触齿数多， 承载能力大， 磨损小， 效 率高等优点， 在目前的重载传动中应用越来越广泛， 市场使 用率呈不断上升趋势。 但是传统的环面蜗杆螺旋齿面加工 一般要求有专门的设备和工艺装备才能加 工艺比较复杂， 工， 迄今为止， 能完全满足环面蜗杆传动要求的专用机床数 量相当少， 造价也很高， 目前主要的加工手段仍是用加以改 装的立式滚齿机来加工， 这样就使环面蜗杆的加工成本居高 极大的制约了环面蜗杆的推广 。 不下， 如今， 随着数控技术的不断发展， 数控机床加工能力的 不断增强， 原来一些需要专用设备加工的零件可以在数控 通过试验， 笔者也实现了用数控车 机床上轻易的加工出来， 并能轻易的实现直廓环 床车削直廓环面蜗杆的加工方法， “全修型 ” 。下 面 向 大 家 做 一 简 单 面蜗杆的 与“综 合 修 型 ” 介绍 。 二、 直廓环面蜗杆加工问题分析
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在实际加工中， 我们不需时时控制刀具刀位点的位置， 主要只要控制每次螺旋线切削时的起点位置， 之后的刀具位 置有机床螺纹切削的同步功能自动实现 。ψ 的变化范围通常 在 70° ～ 110° 之间， 在螺纹加工起始点可取 ψ = 70° ， 螺旋线结 束点处取 ψ = 110° 即可。
两种， 全修型在普通设备上更难以实现 。 合修型” 采用数控车床加工直廓环面蜗杆后， 使得“全修型 ” 和 “综合修型” “全修型” ， 都能方便的实现。对于 其修型原理是 当蜗杆毛坯匀速转动时， 带动刀具转动的工作台要作变速运 这种变速在普通机床上是非常难以实现的， 但在数控车 动， 床上， 只要使不同 ψ 位置处的螺距 F 作适当变化就可以了， “综合修型 ” ， 这在宏程序中是可以实现的 。对于 其修型原理 并在加工 是将蜗杆传动中的中心距和传动比都作相应改变， 时要求蜗杆作一定的轴向偏移， 这在普通加工中也较难实 z0 等就可实 现， 但在数控车削中， 只需适当改变编程参数 a0 、 现了。 三、编程 （ 一） 程序流程图。根据在数控车床上加工直廓环面蜗 首先编制了如图 4 的流程图， 在此流程图中 杆的动作要求， 没有反应粗精加工， 在实际编程中可另行加入 。 （ 二） 部 分 程 序。 根 据 以 上 分 析 与 设 计， 选 择 SIEMENS802D 系统数控车床编写了以下程序 。 WGJG01． MPF G71G90G95G64 M3S200 M08 T4D1 G0X150Z － 40 R1 = 70 ； 环面蜗杆切削起始角度 R2 = 110 ； 环面蜗杆切削终止角度 R4 = 4 ； 刀具宽度 R14 = － 4． 4 ； 径向切削起始深度 R18 = 4． 8 ； 径向切削终止深度 R15 = － 99 ； 蜗杆喉部中心在 Z 方向上的坐标 MA1 ： R14 = R14 + 0． 1 IF R14 ＞ 0 GOTOF MA3 R11 = R1 R12 = R2 R10 = R14 + 0． 3 G9G0X = 2* R13 － 2* （ R16 + R10 ） * SIN（ R11 ） Z = R15