齿条加工方法及注意事项

1.端面凸轮的特点

端面凸轮的螺旋面是直线型素线与轴线相交成90°时，绕轴线做螺旋式上升而形成的阿基米德螺旋面，称作直线形阿基米德螺旋面，如图5-111所示。直线形阿基米德螺旋面在轴向断面得到直线G—G，且垂直轴线O—O，如图5-112所示，而在法向N—N断面得到的是凹曲面N_A—N_B。

图5-110 导程与螺旋角

图5-111 直线螺旋面形成原理

图5-112 直线螺旋面的断面图

图5-113为CA6140车床进给箱中的“离合器”为例。说明加工计算和加工方法。端面上有四个螺旋面，两个左旋两个右旋，其导程大小相等。螺旋面升高量H=9mm，相邻螺旋面与端面交线之间夹角为10°。

2.导程的计算

△AOD中：

3.交换齿轮的计算

用分度头装夹工件，在分度头上的交换齿轮轴与纵向工作台丝杠之间交换齿轮a、b、c、d，如图5-114所示。

图5-113 “离合器”零件图

图5-114 传动系统图

从传动系统图可知：当凸轮转一圈时，曲线升高一个导程，工作台丝杠相应转L/P圈，所以可列出下式

其中，，m=1mm，k=40，P=6mm，

4.铣削螺旋面的“偏移中心法”

铣削端面螺旋面凸轮通常是将铣刀中心对在凸轮的轴线上，但是铣出来的螺旋面并不是直线型螺旋面，而是产生凹芯成为凹曲面，如图5-115所示。

工件轴线是水平的，铣刀的轴线垂直工件端面，铣出来的螺旋面在轴线上的剖面并不是垂直的直线面，而是一个凹曲面。

（1）产生“凹芯”的原因 以铣圆管的端平面为例，如图5-116所示。铣刀与圆管端面的接触点在G点，铣出来的圆管端面与轴线O—O垂直。如果换成一个已铣好的螺旋面，铣刀与螺旋面接触点不在G，而是在法向的N点，如图5-117所示。在以往铣削螺旋面时误认为铣刀切削点是发生在凸轮中心线上的G点上，这就是铣削螺旋面时产生“凹芯”的根本原因。

图5-115 端面凸轮产生“凹芯”

图5-116 铣圆管端平面

图5-117 将圆管铣成螺旋面

那么为什么切削点不在G处就出现“凹芯”呢？为了便于分析，把螺旋面上的螺旋线展开在平面上，A—A为外径处螺旋线，B—B为内径处的螺旋线，C—C为中径处的螺旋线。当铣刀中心在轴线O—O上时，铣刀切削螺旋面的实际过程：铣刀前进最先切到B—B线上的K_B点，铣刀继续前进到O₂时，则切到A—A线上的K_A点（图5-118）。

从铣刀这个切削过程可见：由于螺旋面上的螺纹升角不一样（内径升角最大，外径升角最小），因此使得在切削螺旋面时，铣刀不是同时切到A—A、B—B、C—C，而是先切到B—B，再切到C—C，最后才切到A—A。这样铣刀在切过B—B后，又逐步切到C—C、A—A，这样对于A—A线以下的螺旋面即被多切了一部分，如图5-118中的K_A—K_B断面的阴影部分。这样在法向N—N断面是直线面，而在轴线O—O上的断面则是凹曲面G—G。如图5-119所示。

由此可见：铣削螺旋面产生“凹芯”的原因有两个：

1）直线螺旋面是由许多螺旋线组成，而这些螺旋线的螺级升角大小是变化的，外径最小，内径最大。(www.xing528.com)

图5-118 铣刀切削螺旋面的过程

图5-119 铣削后的螺旋面

2）立铣刀是有一定直径的，具有一定直径的铣刀，切削点不会在轴线上，而是切在螺旋面的法线上，因此铣刀切削时必然产生“干涉”，即出现“多余切削”，将螺旋面的法向面N—N切成直线面，而将轴线断面切成凹曲面G—G，从而使螺旋面产生“凹芯”。

从前面的分析可知：产生凹芯的原因之一在于螺旋面上各直径的螺旋角是变化的，这是客观存在的；第二，铣刀直径不可能为“O”，我们能做的是可以移动铣刀，将切削点切在G点上，这样就可以解决“凹芯”问题。

（2）偏移中心铣削法 试验发现：如果将铣刀的中心逐渐向右移（铣右旋螺旋面）或向左移（铣左旋螺旋面），铣出来的螺旋面“凹芯”就小些，如果将使铣刀的偏移量达到某一值，使切削点发生在G点上，这样“凹芯”问题即可迎刃而解（图5-120）。

图5-120 偏移中心法加工出的螺旋面剖面

1）铣刀偏移量e的计算：螺旋面上各直径上螺旋线的螺旋角大小不等，为了减小加工误差，选择平均螺旋角的螺旋线C—C，如图5-120所示。

O′G⊥CC

在△GO′Z中

采用偏移中心法铣削螺旋面，由于选择的螺旋线是平均螺旋角的螺旋线（螺旋面中点），对于中点螺旋线C—C以外的螺旋面，切削时仍然存在着“过切现象”，轴向剖面并非是直线面，在中点处产生的误差为“0”，而外径和内径处产生的过切最大，实际上铣出来的轴向剖面为弧形面，如图5-121所示，即存在型面误差。所以，采用偏移中心法铣削直线螺旋面，仍然存在误差。

图5-121 端面为弧形

2）误差计算：在图5-120中，从O点，分别作B—B、A—A的垂直线，分别得到E、F、E′、F′。EF、E′F′分别为铣刀对于B—B、A—A的多切量，即形状误差δ。

误差δ=EF=E′F′=OE-OF=R_刀-OF

在△OGF中：

3）误差分析：从误差公式可以看出：选择铣刀直径越小，产生的形状误差值越小。当R_刀=0时，δ=0，即采用直线切削刃加工时，不发生干涉现象。但实际生产中铣刀直径不可能等于“0”，尽可能采用较小直径的立铣刀加工，以减小形状误差。另外，铣削的螺旋面越宽即内外径差越大，（D-d）越大，（α_d-α_D）越大，越小，也越小，所以误差越大，这是螺旋面本身特征决定的。

5.进刀与退刀方法

图5-122 分度头内部传动系统

（1）铣削右螺旋面的进刀方法 图5-122为分度头内部传动系统，将分度手柄插销从分度盘孔中拔出来，顺时针转动分度手柄（转1/4～1/3，视导程大小而定），这样z₂/z₁转动，带动蜗杆/蜗轮转动，使工件向n_A方向转动，这样铣刀中心相对从O₁移到O₂（图5-123），由于z₃空套在分度手柄轴外，因此当分度手柄转动时，z₃/z₄、交换齿轮轴、交换齿轮并未转动，所以工作台没有移动，即工件未产生轴向移动，这样即达到了进刀的目的。当将分度手柄插销插入到分度盘孔中后，松开紧固螺钉，顺时针转动分度手柄（连同分度盘一起）分度头向n_B方向转，工作台向S_B方向移动，则铣刀对工件进行切削（切削路线为K₂—K₂）。

（2）铣右螺旋面的退刀方法 当铣刀进刀铣到终点进到退刀槽中后，需退刀时不能只将分度手柄向相反方向转动，这样会在已加工螺旋面产生“啃刀”，尤其精铣的螺旋面时会啃伤已加工表面。当铣刀铣完螺旋面进到空刀槽中的O′₁位置处（图5-123），退刀时先将铣刀中心从O′₁移到O₂′，即使铣刀离开已加工的螺旋面。因此将分度手柄从分度盘孔中拔出来，逆时针转分度手柄（转1/3～1/2），使工件向n_B方向转，相对铣刀中心从O₁′移到O₂′；然后将分度手柄插销插入到分度盘孔中，顺时针转动分度手柄，使工件向n_A方向转动，工作台向S_A方向移动，相当铣刀以螺旋的方式退出螺旋面之外。也可采用另一种方法：当进刀铣完螺旋面后，将铣床工作台快速下降，铣刀脱离工件，然后转分度手柄（插销不拔出来）顺时针转动分度手柄，使铣刀螺旋式的退出已加工的螺旋面，然后升工作台，再进刀进行第二次加工。

（3）铣左螺旋面的进刀方法 铣左螺旋面时，铣刀从里向外铣（图5-124），即开始位置为O₃。拔出分度手柄插销，顺时针转动分度手柄，工件按n_A方向转动，则铣刀相对从O₃移到O₄，从而达到进刀的目的。然后将插销插入到分度盘孔中，逆时针转动分度手柄（连同分度盘），则工作台向S_A方向移动，铣刀沿G₂—G₂进行切削。

图5-123 铣右螺旋面原理图

图5-124 铣左螺旋面原理图

（4）铣左螺旋面的退刀方法 铣削左旋螺旋面铣刀铣出螺旋面到了O′₃处后（图5-124），可以直接反方向转动分度手柄（连同分度盘）将铣刀退回到凸轮退刀槽处达到退刀的目的。这样不会产生顺铣啃刀，因为当转动分度手柄退刀时，由于z₁/z₂、蜗杆/蜗轮的传动间隙小，分度头立即产生n_A转动，先离开了螺旋面，同时，由于z₃/z₄、交换齿轮d、c、b、a及螺母/丝杠间的传动链长，传动间隙大，工作台向S_B方向移动滞后，所以不会产生顺铣啃刀现象。

6.如何保证螺旋面的等高性

对于一个凸轮上有几个螺旋面，要求各螺旋面要等高，图5-125是一个有四个螺旋面的端面凸轮，工作时与之相配合的从动件——四个挺杆同时动作，要求四个挺杆升起的高度等高，其偏差＜0.1mm。保证四个螺旋面的等高性的加工具体操作方法如下：当第一个螺旋面精铣后（一般精铣螺旋面留0.1mm精铣余量）将工作台下降，使铣刀与工件离开，将分度手柄插销拔出来，转动分度手柄进行分度，然后将插销插入到分度盘孔中，将工作台上升，转动分度手柄（连同分度盘），铣第二个螺旋面，由于分度手柄未从分度盘孔中拔出，铣刀与已加工的螺旋面之间的相对位置未改变，因此铣出的螺旋面与第一个螺旋面是等高的。采取同样的方法将其余两个螺旋面铣出。此方法操作简单，加工精度高，一般情况下螺旋面的等高度可以达到0.03～0.05mm。

图5-125 四齿端面凸轮