工业技术
2014 NO.02Science and Technology Innovation Herald科技创新导报数控车床上宏程序加工蜗杆的编程技巧
刘艺群
(1.湖南有色金属工业技工学校;2.湖南有色金属职业技术学院)
摘 要：数控车床上利用宏程序加工蜗杆的灵活性、通用性很好，在加工不同模数的蜗杆时，只要改变几个变量（参数）就能加工相似的蜗杆，提高了生产效率，拓展了数控车床的加工范围。关键词：宏程序 加工蜗杆 数控车床中图分类号:TG519.1 文献标识码：A
文章编号：1674-098X(2014)01(b)-0079-02
蜗杆传动装置主要应用在减速机构中，在很多机械设备上要应用，如车、铣、刨、磨等设备上都要应用。蜗杆因螺距大、螺旋槽深，在普通车床上加工比较耗时，且劳动强度较大，并对工人技术要求较高，而在数控车床上采用宏程序加工蜗杆，只需通过变量参数设置就能完成蜗杆加工时的分层、分头、借刀等动作，减轻了劳动强度，提高了生产效率。
全齿高：h=2.2mx=2.2*4=8.8 mm轴向齿顶宽：sa=0.843m
x=0.843*4=3.372 mm
轴向齿根槽宽：ef=0.697m
x=0.697*4=2.788 mm
=60-分度圆直径：d=d-2m
1x8=52 mm
齿根圆直径：17.6=42.4 mm
df=d-4.4m
x=60-
1 蜗杆相关尺寸分析
根据蜗杆齿廓形状的不同，常用蜗杆的齿形分轴向直廓蜗杆和法向直廓蜗杆两种。轴向直廓蜗杆的轴向齿廓为直线，在垂直于轴线的截面内，齿形是阿基米德螺旋线，又称阿基米德蜗杆。法向直廓蜗杆是法向齿廓为直线，在垂直于轴线的截面内，齿形是延长渐开线，又称延长渐开线蜗杆。在加工法向直廓蜗杆、轴向直廓蜗杆时，法向直廓蜗杆的制造比较困难，一般轴向直廓蜗杆在机械设备中应用的最多，下面根据轴向直廓蜗杆计算相关尺寸。
(1)根据图1计算轴向直廓蜗杆部分理论几何尺寸
螺距：P=πmx=3.14*4=12.56 mm
尺寸
轴向齿厚：sx=p/2=12.56/2=6.28 mm
(2)根据图1尺寸公差要求计算蜗杆几何
根据轴向齿厚尺寸公差取中间公差值得到的尺寸6.205 mm，在分度圆直径、全齿高不变的情况下齿根槽宽和齿顶宽的尺寸发生了变化。齿根槽宽增加了0.075 mm，尺寸为2.863 mm，蜗杆车刀刀头刃宽为2.5 mm，齿顶宽减少了0.075 mm，尺寸为3.297 mm。
2 蜗杆编程工艺分析
(1)加工方法选择 在车床上加工蜗杆一般采用直进法、斜进法、左右借刀法三种加工方法，在数控车床上加工大模数蜗杆我采用左右借刀法加工。
图2（a）直进法，其特点：加工蜗杆时三条刃参与切削，切削阻力大，容易发生扎刀现象。不能加工较大螺距的螺纹或蜗杆（p≦3mm），且尺寸精度较低。
图2（b）斜进法，其特点：加工蜗杆时，属于二刃切削，切削阻力减少，相对直进法不易发生扎刀现象。加工螺距范围（1mm≦p≦12mm），且尺寸精度较高。适应于蜗杆粗、半精加工。
图2（c）左右借刀法，其特点：加工蜗杆时，属于单刃切削，切削阻力减少，进向力比斜进法减少很多，不易发生扎刀现象。加工螺距范围（在机床条件允许前提下的螺纹和蜗杆），且尺寸精度较高。适应于蜗杆粗、半精、精加工。
(2)走刀路线及刀具选择 由于蜗杆的螺旋槽较深，才用左右借刀法加工时，为了避免打刀，在车削过程中采用分层切削法，根据螺旋槽的深度不同可对每层切削深度进给量进行调整，我用了两种切削深度，分别为0.3 mm、0.2 mm，左右借刀量为2.5（小于刀头刃宽）。刀具材料选择钨系高速钢W18Cr4V，为了保证刀具的几何形状，建议在线切割上切割成型。
3）蜗杆变量参数设定（见图3）
#1=__.全齿高; #2=__.齿根槽宽; #3=__.刀头刃宽; #4=__.齿根圆直径变化值; #5=__.齿顶槽宽; #8=__.全齿高递减量
3 零件蜗杆部分编程
蜗杆分粗、精两个过程加工O0001
G99
M03S100 主轴转速100r/min
T0101 换蜗杆车刀G00X62.Z8. 快速定位（Z轴定位值要大于螺距的一半）
#1=8.8 蜗杆全齿高2.2倍模数
#2=2.7 蜗杆齿根槽宽实际宽为2.863 mm，为精加工预留0.163 mm余量
#3=2.5 实际刀头刃宽
#8=0.3 全齿高递减量
N10#1=#1-#8
图3
（下转81页)
图1
图2
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工业技术
设备机体分开，有利于油箱散热，并方便布置。整体式油箱利用无轨设备的整体结构件机架的可封闭的腔体作为油箱，结构紧凑，降低成本但维修不方便[2]。
2014 NO.02Science and Technology Innovation Herald科技创新导报4 地下无轨设备液压油箱典型液压元件
和液压油箱配套的液压辅件一般必须有：吸油过滤器、回油过滤器、空气滤清器、油温液位计等。除了合理选用附件外，其合理布置还有以下特点。以下图为例，下面分别介绍它们的作用和选型原则。
(1)吸油接头，(2)吸油过滤器，(3)箱体，(4)橡胶垫片,(5)盖板，(6)空气滤清器，(7)回油过滤器，(8)直接回油口，(9)油标，(10)隔板，(11)放油口。
吸油接头：和泵相连，可根据泵吸油口的数量，确定油箱有多少吸油接头。
吸油过滤器。为了防止意外落入油箱中杂物进入液压系统，在每个吸油口设置了吸油过滤器。由于这种过滤器必须浸入油箱的深处，导致过滤器堵塞后不便于清理，但又要求其通油能力大，所以吸油过滤器一般都采用粗过滤器。过滤器的选型原则：主要考虑过滤器通油能力、过滤精度和承载能力。其中过滤器的通油能力应一般为液压泵流量的2倍以上。过滤器的过滤精度，主要取决于液压系统所用元件的类型。
箱体。在选用合适容量的大小和安装方式后。最重要的是对油箱内部清理打磨并予以防锈，以满足提供一个洁净的容器储油。对油箱内表面的防腐处理常用的方法有：磷化、喷丸除尘后直接涂防锈油、喷砂后热喷涂氧化铝。条件允许时直接采用不锈钢制油箱。
另外对大型的油箱体设计时可根据是否便于清理杂质情况，结构上可在侧面设置清洗孔。小一点的油箱有盖板就能满足清洗了。
橡胶垫片。它起衔接盖板和箱体的作用。防止油液晃动后从夹缝泄漏。
盖板。用来安装液压元件。维护时可以打开，以便于清理油箱内侧表面和更换过滤器。
空气滤清器。油箱上部的通气孔上必须配置空气滤清器。兼作注油口用。液压油一般不能直接注入油箱，而是经过过滤车从注油口注入，这样可以保证注入油箱中油液具有一定的清洁度。空气滤清器的容量至少应为液压泵额定流量的2倍[3]。
回油过滤器。回油过滤器一般采用精过滤器，滤除液压系统中元件磨损产生的金属颗粒以及密封件的橡胶杂质污染物，使得流回油箱的油保持清洁。其中过滤器的通油能力应一般为液压泵流量的2倍以上直接回油口。此油口用于油路简单，油路很少污染无需过滤的情况。减少过滤等中间环节产生的背压，回油畅通。此油口一般联通因为泵、阀或马达泄油口。
液位计。以监视液位。观察油箱注油的液位上升情况和在系统工作中看见液位高度变化，兼有测定系统油温大小的温度计。安装高度，以显示刻度在油箱整体总体高度的0.8的偏上。
隔板：隔板将吸、回或过滤器隔开，增加油液循环距离，使油液有足够的时间分离气泡，沉淀杂质，消散热量。隔板高
[4]
度最好为箱内油面高度的3/4。
放油口，放油孔需要设在油箱底部最低的位置，使换油时油液和污染物能顺利地
[5]
从放油孔流出。
5 由于地下无轨设备具有移动性的特点，所以其液压油箱的设计与普通液压油箱设计有所不同
（1）应当考虑工程机械爬坡时最低和最高油位需要同时满足在上坡和下坡时的吸油滤不能外露，回油过滤器和空气滤清器端盖处不能全部在油内。
（2）对分离式油箱，装配上要考虑其表面便于散热，固定后尽可能悬空放置，并远离热源，如发动机。实际工作现场最好设置在通风良好的地方。
（3）重量的平衡，保持整车合适的重心，保持车辆行驶的稳定性。
（4）充分考虑布局，形状不一定规则，和相邻的部件要协调。
（5）箱体具有一定的强度，以适宜在地下颠簸的路况行驶。
参考文献
[1] 成大先.机械设计手册(第4卷)[M].北
京：化学工业出版社,2002.[2] 章宏甲，黄谊.液压传动[M].北京:机械
工业出版社,2000：127-129.[3] 游善兰.开式液压油箱设计方法[J].工程
机械,2002（2）:28-29.[4] 李红船，冯忠绪.液压系统开式油箱设
计[J].起重运输机械,2007（12）:58-61.[5] 韩振敏.浅谈液压油箱的设计[J].科技创
新导报,2009(30):96-97.
(上接79页）
#4=#1*2.+42.4 计算X轴的尺寸，齿根圆为42.4 mm
#5=#1*TAN[20]*2.+#2 计算螺旋槽轴向在每一层上的宽度尺寸
WHILE[#5GE#3]DO1 控制每层走刀数，每层槽宽减去切削宽度
#6=8.+[#5-#3]/2. 计算刀具轴向起点，Z轴向右边移动
G00Z[#6] 走刀到蜗杆轴向右端起点
G92X[#4]Z-105.F12.56 单一循环车蜗杆，螺距为12.56 mm
#7=8.-[#5-#3]/2. 计算刀具轴向起点，Z轴向左边移动
G00Z[#7] 走刀到蜗杆轴向左端起点
G92X[#4]Z-105.F12.56 单一循环车蜗杆，螺距为12.56 mm
#5=#5-#3 每层槽宽按2.5 mm递减车削
END1 单层循环螺旋宽切削结束
IF[#4GE42.4] THEN #8=0.2 当齿根圆直径大于42.4 mm时全齿高递减量为0.2 mmIF[#4GE46.] THEN #8=0.3 当齿根圆直径大于46mm时全齿高递减量为0.3mm
IF[#1GT0.05]GOTO10 齿根圆直径预留0.1mm的精加工余量
G00X63.Z8. 快速定位
G92X42.4Z-105.F12.56 精车削槽齿根圆直径
#11=0 定义精加工侧面的轴向吃刀次数
WHILE[#11LE0.12]DO1 当#1大于0.12 mm时就结束蜗杆侧面加工
#9=[8.+#1] 计算蜗杆轴向起点，车削右侧面
G00Z#9 走刀到蜗杆轴向右侧面起点
G92X42.4Z-105.F12.56 精车蜗杆右侧槽面，单一循环车蜗杆，螺距为12.56 mm
#10=[8.-#1] 计算蜗杆轴向起点，车削左侧面
G00Z#10 走刀到蜗杆向左侧面起点
G92X42.4Z-105.F12.56 精车蜗杆左侧槽面，单一循环车蜗杆，螺距为
12.56 mm
#11=#11+0.02 精车循环每次轴向齿厚方向进给0.02 mm
END1 螺旋槽根宽切削结束
G00X150.Z10.M30
4 结语
通过上述在数控车蜗杆宏程序编程，不难看出宏程序结合了机床功能和数控指令系统的特点，溶入了编程人员的智慧。编程人员根据零件的几何信息建立相应的数学模型，能采用模块化的程序设计思想，通过修改其中的变量参数还可以加工类似的蜗杆零件，大大提高了生产效率。
参考文献
[1] 杜俊伟.车工工艺学[M].机械工业出版
社,2008:9-12.[2] 周兰.数控车削编程与加工[M].机械工
业出版社,2010:172-181.[3] 周虹.数控加工工艺设计与程序编制
[M].人民邮电出版社,2009:112-116.
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