精密小模数蜗杆加工方法.pdf

本发明公开了一种精密小模数蜗杆加工方法，涉及蜗杆加工方法技术领域，在数控铣齿机上，将需要加工的零件通过铣齿芯棒和支座固定在数控铣齿机上，采用成形铣刀高速回转铣削所述要加工零件表面，成形铣刀高速回转铣削时的切削线速度为30米/秒以上，成形铣刀每刀刃切削量为0～0.08mm/齿，刀齿的模数为被加工零件模数，铣刀刀齿的其他参数与被加工零件参数一致，铣刀的安装角度与被加工零件的螺旋升角一致，同时采用压力冷却液冲洗被加工零件表面，形成蜗杆齿面。本加工方法简单，加工蜗杆精度高，效率高，与齿轮啮合传动时噪声小。

1.  一种精密小模数蜗杆加工方法，其特征在于：
针对针对孔类蜗杆零件(2)，在数控铣齿机上，将需要加工的零件通过铣齿芯棒(4)和支座(3)固定在数控铣齿机工件主轴(6)上，铣齿芯棒(4)一头固定在支座(3)中，另一端套上被加工孔类蜗杆零件(2)，通过尾顶尖(8)将被加工的孔类蜗杆零件(2)压实，采用成形铣刀(1)高速回转铣削所述要加工零件表面，成形铣刀(1)高速回转铣削时的切削线速度为30米/秒以上，成形铣刀(1)每刀刃切削量是0～0.08mm/齿，铣刀转速500～2400转/分，工件主轴(6)转速900～3500°/分，形成蜗杆齿面；
针对轴类蜗杆零件(9)，在数控铣齿机上，将需要加工的轴类蜗杆零件(9)通过弹簧夹头(11)和夹头座(10)固定在数控铣齿机工件主轴(6)上，零件另一端套在稳定套(12)中，采用成形铣刀(1)高速回转铣削所述要加工的轴类蜗杆零件(9)表面，成形铣刀(1)高速回转铣削时的切削线速度为150米/分，成形铣刀(1)每刀刃切削量是0～0.08mm/齿，铣刀转速500～2400转/分，工件主轴(6)转速900～3500°/分，形成蜗杆齿面。

2.  根据权利要求1所述的精密小模数蜗杆加工方法，其特征在于：所述成形铣刀(1)为锥面角度蜗杆铣刀，铣刀包括盘状刀体(13)，刀体中间设有定位孔(14)，定位孔(14)的圆周上设有一个定位键槽(15)，刀体的圆周上设有刀齿(16)，刀齿(16)的齿数为20～30齿，刀齿(16)的模数为被加工零件模数。

3.  根据权利要求2所述的精密小模数蜗杆加工方法，其特征在于：所述锥面角度蜗杆铣刀是固定在数控铣齿机的铣刀架(5)上，铣刀的安装角度与被加工零件的螺旋升角一致。

4.  根据权利要求3所述的精密小模数蜗杆加工方法，其特征在于：成形铣刀(1)高速回转铣削所述要加工的零件表面时，通过安装在铣刀架(5)上的喷油口将流量为25L/minr压力冷却液冲洗被加工零件表面。

5.  根据权利要求1所述的精密小模数蜗杆加工方法，其特征在于：加工出的产品为模数为0.4-1.5的锥面包络圆柱蜗杆，铜件蜗杆表面粗糙度达到Ra≤0.4，钢件蜗杆表面粗糙度达到Ra≤0.8，蜗杆螺旋线单圈误差f_h：≤14μm，蜗杆螺旋线累积误差f_h1≤17μm，蜗杆轴向齿距偏差f_px≤±8μm，蜗杆齿形误差f_f1≤13μm。

6.  根据权利要求1所述的精密小模数蜗杆加工方法，其特征在于：支座(3)通过螺栓固定在数控铣齿机工件主轴(6)上。

精密小模数蜗杆加工方法
技术领域
本发明涉及蜗杆加工方法技术领域，确切地说涉及一种与渐开线圆柱齿轮相啮合的精密小模数蜗杆加工方法。
背景技术
目前，蜗杆的制造方法有很多种，例如：车削、磨削、滚压等等，车削方法精度低且表面粗糙度差；磨削方法虽能达到高精度，但效率低，制造成本高；滚压方法虽效率高，但制造精度低，这些都是目前加工方法的缺点。
例如授权公告号为CN1054562C，授权公告日为2000年7月19日的中国专利文献公开了一种环面蜗杆的加工方法。它在数控环面蜗杆磨床上，采用由绕轴旋转的偏置刀具在砂轮表面形成圆弧、砂轮同时绕自身轴线旋转所形成的偏置圆弧回转面为母面的砂轮包络环面蜗杆，并以变传动比方式修整成型，它不发生干涉现象，既可加工大速比单头蜗杆，也可加工小速比多头蜗杆，考虑了受载后，轮齿发生弹性变形能在较大承载状态下工作，改善应力集中状态，创造更好的油膜形成条件，其技术经济价值大大超过常规加工方法。
又例如授权公告号为CN100534686C，授权公告日为2009年9月2日的中国专利文献公开了一种硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的环面蜗杆加工方法，属于硬齿面环面蜗杆的精加工方法。技术方案包括环面蜗杆1及其回转轴线4、渐开线斜齿圆柱齿轮2及与其具有相同几何参数和同一回转轴线5的渐开线齿轮形珩磨轮3，两轴线4、5固定并垂直交错，中心距为a，渐开线齿轮形珩磨轮3相对于环面蜗杆1沿轴线5移动S并绕轴线5转动，渐开线齿轮形珩磨轮3相对环面蜗杆1作双自由度运动珩磨环面蜗杆1。该发明提出的硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的环面蜗杆珩磨方法，解决了硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副的精密加工问题，为硬齿面环面蜗杆渐开线齿轮副提供了一种新的加工方法。
但以上述两篇专利文献为代表的现有的小模数蜗杆大多均采用车削和滚压方法加工而成，这两种加工方法加工的蜗杆精度低、与齿轮啮合传动时噪声大。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种与渐开线圆柱齿轮相啮合的精密小模数蜗杆加工方法，本加工方法简单，加工蜗杆精度高，效率高，与齿轮啮合传动时噪声小。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种精密小模数蜗杆加工方法，其特征在于：
针对孔类蜗杆零件，在数控铣齿机上，将需要加工的孔类蜗杆零件通过铣齿芯棒和支座固定在数控铣齿机工件主轴上，铣齿芯棒一头固定在支座中，另一端套上被加工孔类蜗杆零件，通过尾顶尖将被加工的孔类蜗杆零件压实，采用成形铣刀高速回转铣削所述要加工的孔类蜗杆零件表面，成形铣刀高速回转铣削时的切削线速度为30米/秒以上，成形铣刀每刀刃切削量是0～0.08mm/齿，铣刀转速500～2400转/分，工件主轴转速900～3500°/分，同时通过安装在铣刀架上的喷油口将流量为25L/minr压力冷却液冲洗被加工零件表面，形成蜗杆齿面；
针对轴类蜗杆零件，在数控铣齿机上，将需要加工的轴类蜗杆零件通过弹簧夹头和夹头座固定在数控铣齿机工件主轴上，零件另一端套在稳定套中，采用成形铣刀高速回转铣削所述要加工的轴类蜗杆零件表面，成形铣刀高速回转铣削时的切削线速度为150米/分，成形铣刀每刀刃切削量是0～0.08mm/齿，铣刀转速500～2400转/分，工件主轴转速900～3500°/分，同时通过安装在铣刀架上的喷油口将流量为25L/minr压力冷却液冲洗被加工零件表面，形成蜗杆齿面。
所述成形铣刀为锥面角度蜗杆铣刀，铣刀包括盘状刀体，刀体中间设有定位孔，定位孔的圆周上设有一个定位键槽，刀体的圆周上设有刀齿，刀齿的齿数为20～30齿，刀齿的模数为被加工零件模数，铣刀刀齿其他参数与被加工零件参数一致。
锥面角度蜗杆铣刀是通过紧固螺母固定在数控铣齿机的铣刀主轴上，铣刀的安装角度与被加工零件的螺旋升角一致。
加工出的产品为模数为0.4-1.5的ZI型渐开线蜗杆圆柱蜗杆，铜件蜗杆表面粗糙度达到Ra≤0.4，钢件蜗杆表面粗糙度达到Ra≤0.8，蜗杆螺旋线单圈误差f_h：≤14μm，蜗杆螺旋线累积误差f_h1≤17μm，蜗杆轴向齿距偏差f_px≤±8μm，蜗杆齿形误差f_f1≤13μm。
本发明的优点表现在：
1、由于本发明采用“针对孔类蜗杆零件，在数控铣齿机上，将需要加工的孔类蜗杆零件通过铣齿芯棒和支座固定在数控铣齿机工件主轴上，铣齿芯棒一头固定在支座中，另一端套上被加工孔类蜗杆零件，通过尾顶尖将被加工的孔类蜗杆零件压实，采用成形铣刀高速回转铣削所述要加工的孔类蜗杆零件表面，成形铣刀高速回转铣削时的切削线速度为30米/秒以上，成形铣刀每刀刃切削量是0～0.08mm/齿，铣刀转速500～2400转/分，工件主轴转速900～3500°/分；”或“针对轴类蜗杆零件，在数控铣齿机上，将需要加工的轴类蜗杆零件通过弹簧夹头和夹头座固定在数控铣齿机工件主轴上，零件另一端套在稳定套中，采用成形铣刀高速回转铣削所述要加工的轴类蜗杆零件表面，成形铣刀高速回转铣削时的切削线速度为150米/分，成形铣刀每刀刃切削量是0～0.08mm/齿，铣刀转速500～2400转/分，工件主轴转速900～3500°/分，形成蜗杆齿面。”
这样的技术方案，与现有的车削加工蜗杆的方法相比，本发明加工的蜗杆精度高且表面粗糙度高；与现有的磨削加工蜗杆相比，本发明加工蜗杆的效率更高，经试验，在单台数控铣齿机上每小时可制造120件蜗杆，制造成本也相对更低了；与现有的滚压加工蜗杆相比，本发明加工蜗杆的精度更高，效率更高。本发明的蜗杆类型属ZI型渐开线蜗杆与小模数圆柱齿轮啮合，噪声低、传动平稳，接触面好，符合齿轮啮合原理。
2、由于本发明采用“成形铣刀高速回转铣削所述要加工的零件表面时，通过安装在铣刀架上的喷油口将流量为25L/minr压力冷却液冲洗被加工零件表面”，这样就能使加工的出蜗杆产品精度更高，能达到GB10227-88中6～7级精度：
f_h：≤14μm  (蜗杆螺旋线单圈误差)
f_h1≤17μm   (蜗杆螺旋线累积误差)
f_px≤±8μm  (轴向齿距偏差)
f_f1≤13μm   (蜗杆齿形误差)
并且蜗杆精度稳定，齿面粗糙度达到Ra≤0.4(铜件)；Ra≤0.8(钢件)，蜗杆与齿轮传动啮合时传动平稳、噪声低。
3、由于本发明采用数控铣齿机，数控系统和高精度传动副保证了螺旋线运动的准确性零件的齿距偏差、齿距累积偏差、螺旋线偏差均在GB10227-88中6～7级精度；这些项目上的高精度控制，使得蜗杆在传动过程中载荷分布均匀，传动平稳，噪音低。
4、本方法可广泛适用于高档小轿车、航天、航空、仪器仪表、跟踪系统等领域所用小模数精密蜗杆的制造；也适用于各传动领域里圆柱蜗杆及锥状蜗杆的制造；还适用于在同类型高精度数控型铣齿机上采用专用成形铣刀铣削中模数蜗杆。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1a为在数控铣齿机上铣削孔类蜗杆零件的示意图
图1b为在数控铣齿机上铣削轴类蜗杆零件的示意图
图2铣齿机铣刀运动图
图3为成形铣刀的结构示意图
图4为支座的结构示意图
图5为铣齿芯棒的结构示意图
图中标记：
1、成形铣刀，2、孔类蜗杆零件，3、支座，4、铣齿芯棒，5、铣刀架，6、工件主轴，7、铣刀主轴，8、尾顶尖，9、轴类蜗杆零件，10、夹头座，11、弹簧夹头，12、稳定套，13、盘状刀体，14、定位孔，15、定位键槽，16、刀齿，17、工件主轴端面，18、刀具中心面。
具体实施方式
实施例1(图孔类蜗杆加工)
被加工工件如：mn＝0.7056；蜗杆头数1；法向压力角20°；螺旋升角20°；右旋；材料C3604；直径6.27；长度8。
在数控铣齿机上，将需要加工的蜗杆零件通过铣齿芯棒4和支座3固定在数控铣齿机工件主轴6上，铣齿芯棒4一头固定在支座3中，另一端套上被加工孔类蜗杆零件2，通过尾顶尖8将被加工的蜗杆零件压实，采用成形铣刀1高速回转铣削所述要加工的孔类蜗杆零件2表面，成形铣刀1高速回转铣削时的切削线速度为280米/分，成形铣刀1每刀刃切削量是0.08mm/齿，铣刀转速1400转/分，工件主轴6转速3200°/分。同时通过安装在铣刀架5上的喷油口将流量为25L/minr压力冷却液冲洗被加工零件表面，形成蜗杆齿。
铣刀主要参数：mn＝0.7056；齿数20，直径63；法向压力角20°；其余参数同加工零件，与零件安装角度为20°。
实施例2(图轴类蜗杆加工)
被加工工件如：mn＝0.8；蜗杆头数1；法向压力角11°45′；螺旋升角7°35′3″；右旋；材料40Cr；直径7.85；蜗杆有效长度12。
在数控铣齿机上，将需要加工的蜗杆零件通过弹簧夹头11和夹头座10固定在数控铣齿机工件主轴6上，零件另一端套在稳定套12中，采用成形铣刀1高速回转铣削所述要加工的轴类蜗杆零件9表面，成形铣刀1高速回转铣削时的切削线速度为150米/分，成形铣刀1每刀刃切削量是0.07mm/齿，铣刀转速700转/分，工件主轴6转速2200°/分。同时通过安装在铣刀架5上的喷油口将流量为25L/minr压力冷却液冲洗被加工零件表面，形成蜗杆齿面。
铣刀主要参数：mn＝0.8；齿数20，直径63；法向压力角11°45′；其余参数同加工零件，与零件安装角度为7°35′3″。
加工出的产品为模数为0.4-1.5的锥面包络圆柱蜗杆，铜件蜗杆表面粗糙度达到Ra≤0.4，钢件蜗杆表面粗糙度达到Ra≤0.8，蜗杆螺旋线单圈误差fh：≤14μm，蜗杆螺旋线累积误差fh1≤17μm，蜗杆轴向齿距偏差fpx≤±8μm，蜗杆齿形误差ff1≤13μm。
实施例3
一种精密小模数蜗杆加工方法，
参见附图1，针对孔类蜗杆零件2，在数控铣齿机上，将需要加工的孔类蜗杆零件2通过铣齿芯棒4和支座3固定在数控铣齿机工件主轴6上，铣齿芯棒4一头固定在支座3中，另一端套上被加工孔类蜗杆零件2，通过尾顶尖8将被加工的孔类蜗杆零件2压实，采用成形铣刀1高速回转铣削所述要加工的孔类蜗杆零件2表面，成形铣刀1高速回转铣削时的切削线速度为30米/秒以上，成形铣刀1每刀刃切削量是0～0.08mm/齿，铣刀转速500～2400转/分，工件主轴6转速900～3500°/分，同时通过安装在铣刀架5上的喷油口将流量为25L/minr压力冷却液冲洗被加工零件表面，形成蜗杆齿面；
参见附图2，针对轴类蜗杆零件9，在数控铣齿机上，将需要加工的轴类蜗杆零件9通过弹簧夹头11和夹头座10固定在数控铣齿机工件主轴6上，零件另一端套在稳定套12中，采用成形铣刀1高速回转铣削所述要加工的轴类蜗杆零件9表面，成形铣刀1高速回转铣削时的切削线速度为150米/分，成形铣刀1每刀刃切削量是0～0.08mm/齿，铣刀转速500～2400转/分，工件主轴6转速900～3500°/分，同时通过安装在铣刀架5上的喷油口将流量为25L/minr压力冷却液冲洗被加工零件表面，形成蜗杆齿面。
所述成形铣刀1为锥面角度蜗杆铣刀，铣刀包括盘状刀体13，刀体中间设有定位孔14，定位孔14的圆周上设有一个定位键槽15，刀体的圆周上设有刀齿16，刀齿16的齿数为20～30齿，刀齿16的模数为被加工零件模数，铣刀刀齿16其他参数与被加工零件参数一致。锥面角度蜗杆铣刀是通过紧固螺母固定在数控铣齿机的铣刀主轴7上，铣刀的安装角度与被加工零件的螺旋升角一致。铣刀的动动方向见图2铣齿机铣刀运动图。
加工出的产品为模数为0.4-1.5的ZI型渐开线蜗杆圆柱蜗杆，铜件蜗杆表面粗糙度达到Ra≤0.4，钢件蜗杆表面粗糙度达到Ra≤0.8，蜗杆螺旋线单圈误差f_h：≤14μm，蜗杆螺旋线累积误差f_h1≤17μm，蜗杆轴向齿距偏差f_px≤±8μm，蜗杆齿形误差f_f1≤13μm。