专利名称：一种蜗杆以铣代车的加工方法及其实施装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种蜗杆的全自动加工方法，尤其涉及一种蜗杆的程控铣削加工方法及其实施装置。
背景技术：
蜗杆是与蜗轮或斜齿轮啮合并用于传递运动或力的一种传动机构，常用于传递两交错轴之间的运动和力。可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑。两轮啮合齿面间为线接触，其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构；蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小，具有自锁性；当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。根据蜗杆齿廓形状的不同，蜗杆共可以分为以下两大类七小类(1)普通圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆又可以根据端面齿廓的不同分为五种a 阿基米德圆柱蜗杆(ZA型)，这种蜗杆，在垂直于蜗杆轴线的平面(即端面)上，齿廓为阿基米德螺旋线，在包含轴线的平面上的齿廓(即轴向齿廓)为直线，其齿形角为20度；b:法向直廓圆柱蜗杆(ZN型)，这种蜗杆端面齿廓为延伸渐开线，法向齿廓为直线.
一入 ，c 渐开线蜗杆(ZI型)，这种蜗杆的端面齿廓为渐开线；d:锥面包络圆柱蜗杆(Si型)，是一种非线性螺旋曲面蜗杆，法向和轴向截面均为曲线；e 圆弧圆柱蜗杆(ZC型)。(2)环面包络蜗杆，主要有三种平面一次包络环面蜗杆，平面二次包络环面蜗杆和直廓环面蜗杆。不同的蜗杆，加工方式也存在不同，除a(型蜗杆之外，其余蜗杆都可在车床上加工完成，但车刀的装夹位置及方式均各有不同。传统的蜗杆加工方式主要有以下三种类型。1、车床车制不同的蜗杆主要靠车刀的形状及车刀的安装位置来保证蜗杆的各参数，对于多头蜗杆，需要车床工人手动分度，车刀形状主要依靠工人手动磨制而成，在车制蜗杆的过程中，对工人的视力、意志力、基本技术水平、身体条件等都提出了很高的要求，由于车制蜗杆只能有技术水平较高、身体条件较好的车工操作，且车制过程当中存在很大的主观性，很大程度上影响了工件的加工精度，这种加工方式限制了蜗杆加工的质量和效率。2、旋风铣制旋风铣是和车床配套使用的高速螺纹铣削装置，分为内切式和外切式两种。在旋风铣制过程中，共存在5个运动a-刀盘带动硬质合金成型刀高速旋转；b-车床主轴带动工件慢速旋转；C-旋风铣根据工件螺距或导程沿工件轴向运动；d-旋风铣在车床中拖板带动下进行径向运动；e_旋风铣在一定角度范围内还有螺旋升角调整的自由度。由于旋风铣是旋风铣头和普通车床组装改制而成，零件加工精度无法保证，常用于粗加工。
3、蜗杆磨制在专用蜗杆磨削机床上，由成型砂轮包络蜗杆面完成。这种加工方式只适用于精加工，且对机床的精度要求高，不容易推广。从以上三点可以看出，以上加工方式存在着各自的缺点在加工精度、加工效率、 普及性等方面存在着无法突破的制约，对于需要大批量、高精度制作的蜗杆，无法满足加工要求。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种蜗杆以铣代车的加工方法及其实施装置，解决传统蜗杆加工对加工技师高要求和依赖性的问题，提高蜗杆加工效率及成品精度。本发明的第一个目的，一种蜗杆以铣代车的加工方法，其实现的特征在于采用二加一维的数控机床装配固定待加工的蜗杆原坯，所述蜗杆原坯在中心轴所在的二维平面内分别沿中心轴延伸的轴向和与中心轴相垂直的轴向程控位移，且沿中心轴的一维轴向程控自转；在垂直于所述二维平面的第四维轴向上，采用铣刀相对蜗杆原坯表面的伸缩调节进行铣削加工，所述铣刀相对二维平面的投影坐标保持不变。进一步地，所述蜗杆原坯的二维程控位移，一维程控自转及铣刀的一维伸缩调节通过数控机床的同一控制器实现驱动。本发明的第二个目的，一种蜗杆以铣代车的实施装置，基于数控机床及其控制器而构建，其实现目的技术特征在于所述数控机床具有程控的四轴联动镗铣中心，包括二维轴向上的第一夹具、第二夹具，用于装配蜗杆原坯并带动使其二维轴向程控位移，所述二维轴向为蜗杆原坯中心轴延伸的轴向和与中心轴相垂直的轴向；一维轴向上程控自转的第三夹具，用于与第二夹具相对夹固所述蜗杆原坯并带动使其轴向自转，所述一维轴向为蜗杆原坯的中心轴轴向；第四维轴向上的铣刀，与二维轴向的第一夹具、第二夹具构成正交三维结构，所述铣刀沿第四维轴向相对蜗杆原坯表面伸缩式程控调节，并且所述第一夹具、第二夹具、第三夹具和铣刀的程控驱动端一一连至数控机床的控制器。进一步地，所述第一夹具平行于蜗杆原坯中心轴设有导槽，所述第二夹具滑动嵌接于导槽之上，所述第三夹具一体集成于第二夹具之上，三夹具构成四轴联动镗铣中心的蜗杆原坯装接底座结构。进一步地，所述铣刀为一体涂层成型结构，且其法向截面形状为倒梯形，所述铣刀的拔模角与蜗杆压力角相等。本发明蜗杆加工方法及其实施装置这一创新方案的提出，较之于传统加工方式明显缩短了蜗杆的加工工时，提高了加工效率和质量，同时降低了对技师的依赖性及工人的劳动作业强度，使其更专注于成品质量的把关。此外，该以铣代车的加工方法实施条件成熟，易于推广。以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式
作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
图1是本发明蜗杆的四轴联动镗铣中心的立体结构示意图；图2是本发明所用铣刀的立体结构示意图；图3是本发明加工制得的蜗杆的立体结构示意图。
具体实施例方式以下便以ZN型法向直廓蜗杆为例，详细介绍利用四周联动数控镗铣中心和涂层成型铣刀加工蜗杆的整个过程，辅助软件以UGNX为例。首先根据加工要求进行图纸及造型准备，在了解了蜗杆头数、模数、直径系数等关键参数后，根据蜗杆公式转化计算机识别的参数方程。以下所例举的仅为特定蜗杆型号的关键参数及其转换后的参数方程，实际加工中，根据蜗杆类型、型号的不同，该些关键参数及其参数方程中的具体赋值将有所变化。继而，根据蜗杆参数选择合适的铣刀。在本例中，蜗杆为法向直廓蜗杆，在法向截面上铣刀形状为倒梯形，本例采用成型铣刀加工，即铣刀拔模角等于蜗杆压力角，在铣刀底刃下到基圆直径深度时，铣刀在分度圆深度的直径尺寸等于轴向齿厚。再从数控机床所具有程控的四轴联动镗铣中心结构组成来看，其包括二维轴向上的第一夹具1、第二夹具，用于装配蜗杆原坯7并带动使其二维轴向程控位移，该二维轴向为蜗杆原坯7中心轴延伸的轴向和与中心轴相垂直的轴向；且第二夹具为由沿蜗杆原坯7两端分布的主夹具21和副夹具22相对夹合构成。一维轴向上程控自转的第三夹具3，用于与第二夹具相对夹固蜗杆原坯7并带动使其轴向自转，该一维轴向为蜗杆原坯7的中心轴轴向；第四维轴向上的铣刀8，与二维轴向的第一夹具、第二夹具构成正交三维结构，该铣刀8的刀头部分具有用于铣削加工的螺纹条，铣刀8在驱动机构4的作用下沿第四维轴向相对蜗杆原坯7表面伸缩式程控调节，并对蜗杆原坯7表面进行铣削加工。并且该第一夹具丨、第二夹具、第三夹具3发生位移的程控驱动端及铣刀的驱动机构4 一一连至数控机床的控制器(未图示)。而在完成前述图纸及造型准备的基础上，对该控制器输入加工编程软件。则该些夹具及铣刀便可在程序控制下对蜗杆原坯7进行全自动、高精度铣削加工，制得端面齿廓91为延伸渐开线，法向齿廓为直线的直廓蜗杆9。通过以上实施例对于本发明以铣代车的蜗杆加工方法及实施装置的详细描述，可以显而易见地看到其技术优势明显1、缩短了加工工时，提高了加工效率。尤其是多头蜗杆，以六头送经蜗杆为例，原来在车床车制加工，每件需要10-12个小时才能完成，相当于一个工人一天的劳动量，而新的加工方式2小时就可完成一件。2、降低了工人劳动强度和对操作工人传统技术水平的要求。由于采用智能化控制机床加工，无需专人看管和手工操作机床，工人只需和机床采用微电脑对话人机交互就可完成加工，大大降低了劳动强度。对于工人的磨刀技术、眼手脑协作能力均降低了要求。3、提高了加工质量。数控机床精度高，精度是车床的5倍，而且数控机床可以实现高转速切削和粗精加工连续切削，简化了工艺要求，减少了人为因素对质量的影响。
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4、易于推广。由于数控机床、数控刀具已经发展到了一个成熟的阶段，这种加工技不存在传统加工方式的诸多限制，可迅速推广和执行。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种蜗杆以铣代车的加工方法，其特征在于采用二加一维的数控机床装配固定待加工的蜗杆原坯，所述蜗杆原坯在中心轴所在的二维平面内分别沿中心轴延伸的轴向和与中心轴相垂直的轴向程控位移，且沿中心轴的一维轴向程控自转；在垂直于所述二维平面的第四维轴向上，采用铣刀相对蜗杆原坯表面的伸缩调节进行铣削加工，所述铣刀相对二维平面的投影坐标保持不变。
2.根据权利要求1所述的一种蜗杆以铣代车的加工方法，其特征在于所述蜗杆原坯的二维程控位移，一维程控自转及铣刀的一维伸缩调节通过数控机床的同一控制器实现驱动。
3.一种蜗杆以铣代车的实施装置，基于数控机床及其控制器而构建，其特征在于所述数控机床具有程控的四轴联动镗铣中心，包括二维轴向上的第一夹具、第二夹具，用于装配蜗杆原坯并带动使其二维轴向程控位移， 所述二维轴向为蜗杆原坯中心轴延伸的轴向和与中心轴相垂直的轴向；一维轴向上程控自转的第三夹具，用于与第二夹具相对夹固所述蜗杆原坯并带动使其轴向自转，所述一维轴向为蜗杆原坯的中心轴轴向；第四维轴向上的铣刀，与二维轴向的第一夹具、第二夹具构成正交三维结构，所述铣刀沿第四维轴向相对蜗杆原坯表面伸缩式程控调节，并且所述第一夹具、第二夹具、第三夹具和铣刀的程控驱动端一一连至数控机床的控制器。
4.根据权利要求3所述的一种蜗杆以铣代车的实施装置，其特征在于所述第一夹具平行于蜗杆原坯中心轴设有导槽，所述第二夹具滑动嵌接于导槽之上，所述第三夹具一体集成于第二夹具之上，三夹具构成四轴联动镗铣中心的蜗杆原坯装接底座结构。
5.根据权利要求3所述的一种蜗杆以铣代车的实施装置，其特征在于所述铣刀为一体涂层成型结构，且其法向截面形状为倒梯形，所述铣刀的拔模角与蜗杆压力角相等。
全文摘要
本发明揭示了一种蜗杆以铣代车的加工方法及其实施装置，其采用数控机床装配固定待加工的蜗杆原坯，通过程控驱动蜗杆原坯在中心轴所在的二维平面内分别沿中心轴延伸的轴向和与中心轴相垂直的轴向程控位移，且沿中心轴的一维轴向程控自转；同时在垂直于该二维平面的第四维轴向上，采用铣刀相对蜗杆原坯表面的程控伸缩调节进行铣削加工。通过数控机床控制器对上述四维轴向上的驱动控制，实现全自动的蜗杆加工。较之于传统加工方式明显缩短了蜗杆的加工工时，提高了加工效率和质量，同时降低了对技师的依赖性及工人的劳动作业强度，使其更专注于成品质量的把关。此外，该以铣代车的加工方法实施条件成熟，易于推广。
文档编号B23F13/00GK102371403SQ20111020760
公开日2012年3月14日 申请日期2011年7月25日 优先权日2011年7月25日
发明者刘希望 申请人:苏州利德纺织机件有限公司