CN108526363A - 轴向进给加工精密蜗杆滚丝轮的设计方法及蜗杆加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及蜗杆加工技术领域，其公开了一种轴向进给加工精密蜗杆滚丝轮的设计方法及蜗杆加工方法，所述设计方法包括蜗杆坯径尺寸计算的步骤、滚丝轮设计参数计算的步骤、设计出滚丝轮的初版图纸的步骤、根据初版图纸制造出试验用滚丝轮的步骤、采用试验用滚丝轮和加装了冷却液恒温装置的滚丝机进行蜗杆加工的步骤、根据蜗杆加工误差对滚丝轮的设计参数进行修正的步骤、设计出滚丝轮的正式图纸的步骤；所述加工方法包括采用加装了冷却液恒温装置的滚丝机及滚丝轮进行加工的步骤，所述冷却液恒温装置为冷却液温度可调的冷却液恒温装置以用于进一步补偿蜗杆加工后热变形引起的误差。采用本发明的设计方法和加工方法所得到的蜗杆精度高。

Description

轴向进给加工精密蜗杆滚丝轮的设计方法及蜗杆加工方法

技术领域

本发明涉及蜗杆加工技术领域，具体涉及一种轴向进给加工精密蜗杆滚丝轮的设计方法及蜗杆加工方法。

背景技术

滚丝轮是在滚丝机上利用金属塑性变形的方法滚压出螺纹的一种工具，利用滚丝轮可以滚压加工外螺纹轴、蜗杆等螺纹类零件。由于滚压加工是一种冷轧无屑加工工艺，因此其较之切削加工方式有显著的优点，经过滚压加工的螺纹轴、蜗杆等零件其综合机械性能优于切削加工，具有强度高、硬度高、组织严密、耐腐蚀、节约材料、生产率高等优势。

现有技术中，螺纹类零件的滚压加工按照进给方式的不同，可分为径向进给方式滚压和轴向进给方式滚压。径向进给方式的优点是滚压时可以通过径向的逐步进给以控制进给力，滚压较为稳定，精度较高，其缺点是径向滚压时滚轮与零件轴线相平行，滚压过程中只有径向运动，没有其它方向的运动，长度太长的零件受机床结构限制，且长度太长时压力成倍升高导致滚压困难，因此采用径向进给方式滚压一般只能滚压长度较短的螺纹。

轴向进给方式的优点是能够连续滚压较长的螺纹，但由于轴向滚压时需要依靠滚丝轮的轴向挤压，因此其一般适用于螺纹槽的深度较浅的中小规格普通螺纹的滚压。

由于蜗杆类零件的齿槽比通常的普通螺纹要深，采用轴向进给方式滚压时其蜗杆轴身所受到的挤压变形量较大，导致其在蜗杆内部产生较大的挤压热，蜗杆的挤压热一部分被冷却液带走，另一部分保留在蜗杆内部使得蜗杆加工完成后其蜗杆温度升高，导致蜗杆的齿形尺寸和节距等参数由于其滚压时受热影响的作用而出现热胀冷缩的现象，加工出的蜗杆的齿形尺寸误差及节距误差较大，精度较难保证。因此，为保证蜗杆的精度，现有技术中蜗杆的滚压通常是采用径向进给方式滚压，而对于超长蜗杆则采用切削加工以保证其尺寸精度。

发明内容

本发明的目的是针对轴向进给滚压超长精密蜗杆其精度无法保证的问题，提供一种轴向进给加工精密蜗杆滚丝轮的设计方法及蜗杆加工方法，具体的技术方案如下：

一种轴向进给加工精密蜗杆滚丝轮的设计方法，包括如下设计步骤：

步骤1、蜗杆坯径尺寸计算：根据蜗杆参数，确定蜗杆滚压前的坯径尺寸；

步骤2、滚丝轮设计参数计算：根据蜗杆的设计参数，确定滚丝轮的设计参数，其包括滚丝轮外圆螺纹升角的选取、滚丝轮轴线与蜗杆轴线的空间交错角的选取、滚丝轮螺距的选取、滚丝轮头数和外径的选取、滚丝轮中径的选取、滚丝轮齿形的计算；

步骤3、根据滚丝轮设计参数，设计出滚丝轮的初版图纸；

步骤4、根据初版图纸制造出试验用滚丝轮；

步骤5、采用滚丝机及试验用滚丝轮，使用轴向进给方法进行蜗杆的加工；其中，蜗杆坯径为步骤1中计算出的蜗杆坯径，所述滚丝机为加装了冷却液恒温装置的滚丝机以控制滚丝时冷却液的温度，滚丝时以设定的冷却液温度对蜗杆及滚丝轮进行冷却；

步骤6、将滚丝完成的蜗杆置于标准计量温度20℃±2℃环境下放置24小时以上；

步骤7、测量蜗杆的外径误差、螺距误差和齿形误差；

步骤8、根据蜗杆的外径误差、螺距误差和齿形误差，对滚丝轮的设计参数进行修正，其包括螺距修正和齿形修正，同时对蜗杆坯径尺寸进行修正；

步骤9、根据修正过的滚丝轮设计参数，设计出滚丝轮的正式图纸。

其中，蜗杆参数包括模数、头数、螺旋升角等。

上述轴向进给加工精密蜗杆滚丝轮的设计方法中，滚丝轮的设计采用两次设计，通过试验用滚丝轮及滚丝机上加装的冷却液恒温装置进行恒温冷却条件下的滚丝，并得到采用试验用滚丝轮加工蜗杆的误差数据，然后根据蜗杆的误差数据再进行滚丝轮的最终设计，实现滚丝轮的误差补偿，采用最终设计的滚丝轮并配合滚丝机上加装的冷却液恒温装置进行蜗杆的轴向进给滚压加工，可以加工出高精度的超长蜗杆。上述滚丝轮的设计方法与现有的滚丝轮的设计方法相比，采用两次设计得到的滚丝轮，可以有效补偿滚丝轮在轴向进给滚丝加工后的热变形误差，从而提高了蜗杆的齿形尺寸精度及节距精度。

所述步骤1的蜗杆坯径尺寸计算步骤中，根据蜗杆参数，通过齿轮软件绘出蜗杆的轴向齿形；再通过三维绘图软件，导入蜗杆的轴向齿形，计算出蜗杆的体积大小从而得出蜗杆滚压前的坯径尺寸。

由于常用的蜗杆按齿形类别主要分为四种，阿基米根据蜗杆、渐开线蜗杆、法向直廓蜗杆和锥面包络蜗杆，另外齿形在上述类型的基础上还有齿顶修缘倒角、齿形鼓形等修形设计；以前蜗杆坯径的确定一般用计算法求蜗杆体积，存在公式复杂，不直观的缺点；也有采用蜗杆中径来估算蜗杆坯径，其精确度较差。

本发明中蜗杆坯径尺寸的计算方法，采用三维建模的方法，借助三维绘图软件，建成蜗杆实际三维图，通过软件的计算功能计算出蜗杆的体积从而得出蜗杆滚压前的坯径尺寸。经实践证明此方法计算精度较高，减少了用户生产过程中调整坯径的时间。

所述步骤2的滚丝轮设计参数计算步骤中，其滚丝轮外圆螺纹升角的选取方法为：根据滚压前的蜗杆坯径尺寸和蜗杆导程计算出蜗杆坯料外圆处的螺纹升角，滚丝轮外圆的螺纹升角等同于蜗杆坯料外圆的螺纹升角。

上述滚丝轮外圆与坯料外圆螺纹升角保持一致，可以保证初滚压时对牙重合度高，加工出的蜗杆尺寸正确，表面光洁度高。

所述步骤2的滚丝轮设计参数计算步骤中，其滚丝轮轴线与蜗杆轴线的空间交错角的选取方法为：按照计算公式Vf＝t2×z2× {1-sin(θ1)÷[cos(Ψ)×tan(θ2)×cos(θ2)]}进行确定；其中，Vf为蜗杆每转一转在其轴线方向上的移动距离，t2为蜗杆螺距，z2为蜗杆头数，θ1为滚丝轮螺纹升角，θ2为蜗杆螺纹升角，Ψ为滚丝轮轴线与蜗杆轴线的空间交错角。

考虑到机床负载和滚丝轮磨损，滚丝轮轴线与蜗杆轴线的空间交错角Ψ不能太大，也不能太小，大的话蜗杆移动速度快，机床负载大，滚丝轮磨损大，蜗杆尺寸、表面光洁度不易保证，小的话蜗杆移动速度慢，加工效率低，因此，滚丝轮轴线与蜗杆轴线的空间交错角Ψ优选的取值范围为1.0度-2.5度。

所述步骤2的滚丝轮设计参数计算步骤中，其滚丝轮螺距的选取方法为：按照计算公式θ2＝θ1+Ψ以及计算公式t1×cos(θ1)＝t2×cos(θ2) 进行确定；其中，θ1为滚丝轮螺纹升角，θ2为蜗杆螺纹升角，Ψ为滚丝轮轴线与蜗杆轴线的空间交错角，t1为滚丝轮螺距，t2为蜗杆螺距。

所述步骤2的滚丝轮设计参数计算步骤中，其滚丝轮头数和外径的选取方法为：滚丝轮的头数设计为多头，且滚丝轮头数和外径的选取要满足滚丝轮外径处的螺纹升角等于蜗杆坯料外圆处的螺纹升角的条件。

所述步骤2的滚丝轮设计参数计算步骤中，其滚丝轮中径的选取方法为：按照计算公式D×z2×sin(θ2-Ψ)＝d×z1×tan(θ2)×cos(θ2)进行确定；其中，D为滚丝轮中径，z2为蜗杆头数，θ2为蜗杆螺纹升角，Ψ为滚丝轮轴线与蜗杆轴线的空间交错角，d为蜗杆中径，z1为滚丝轮头数。

上述步骤2的滚丝轮设计参数计算步骤中，为了保证滚丝轮有足够的强度,同时满足滚丝机床上结构的需要,滚丝轮的头数设计为多头。另外在加工机床允许的范围内,新滚丝轮中径尽可能取大值,以提高滚丝轮的耐用度,为滚丝轮磨损后翻新提供较大的余量。

所述步骤2的滚丝轮设计参数计算步骤中，其滚丝轮齿形的计算方法为：基于齿轮啮合原理，按照蜗杆与滚丝轮无侧隙啮合为条件进行计算，由滚丝轮外径和蜗杆底径得出蜗杆和滚丝轮的啮合中心距，分别求出蜗杆和滚丝轮的变位系数，得到滚丝轮法向分圆齿厚，再通过齿轮计算软件获得滚丝轮的轴向齿形。

上述步骤2的滚丝轮设计参数计算步骤中，其滚丝轮齿形的计算是基于齿轮啮合原理，即把蜗杆与滚丝轮看成一对无侧隙啮合的斜齿轮，蜗杆上的齿形是通过滚丝轮上的齿形展成包络而成的，所以这样加工出来的蜗杆齿形精度更高。而现有技术中常规的滚压设计滚丝轮的齿形是对工件齿形的复制，没有考虑啮合过程对齿形的影响，这样设计的滚丝轮加工的蜗杆齿形精度较差，达不到高精度蜗杆的技术要求。

一种采用上述设计方法中的滚丝轮进行蜗杆加工的方法，包括采用滚丝机及滚丝轮，使用轴向进给方法进行蜗杆的滚丝加工；其中，所述滚丝机为加装了冷却液恒温装置的滚丝机以控制滚丝时冷却液的温度，滚丝时以设定的冷却液温度对蜗杆及滚丝轮进行冷却。

作为对上述蜗杆加工的方法的进一步改进，所述冷却液恒温装置为冷却液温度可调的冷却液恒温装置，并根据蜗杆首件滚丝加工测得的蜗杆加工误差，在第二件以后的蜗杆滚丝加工中通过调整冷却液的温度来进一步补偿蜗杆加工后热变形引起的误差，从而进一步提高蜗杆加工精度。

上述采用冷却液温度可调的冷却液恒温装置，通过调整冷却液的温度，在滚丝时以特定温度的冷却液进行冷却，可以进一步补偿滚丝完成的蜗杆在恢复到常温下后产生的齿形尺寸误差及节距误差，从而进一步提高了蜗杆的加工精度。

采用轴向进给方法加工蜗杆时，蜗杆与滚丝轮轴线相交于一定的角度，由于轴向力的影响使蜗杆在滚压的过程中产生轴向运动。加工时蜗杆从滚丝轮导入部分进入的同时受到导入部分锥面挤压，蜗杆保持轴向运动，蜗杆齿面逐渐成型，通过滚丝轮校正部分的修正挤压，从滚丝轮导出部分连续移动。因此，此方法对蜗杆的长度没有限制，滚压压力主要集中在滚丝轮导入部分，所以滚压力也比较小，适用于现有机床。

采用轴向进给方法加工蜗杆的工艺流程为：精磨长料→滚齿形→车二端面定位基准；

上述工艺流程与现有技术中的单件下料→车外圆→车二端面定位基准→磨外圆→滚齿形的工艺相比，由于原材料是精磨长料，节省了锯料、车外圆、磨外圆这三道工序；以前滚齿是单件滚齿，生产效率低，加工成本高，通过改成轴向连续滚齿，滚齿效率大大提高；车二端面基准时以滚压后的蜗杆外圆定位装夹，二端面基准一次装夹在走型机上车出，可以保证蜗杆齿形和定位基准的统一，提高了蜗杆的装配精度。

本发明的有益效果是：

第一，本发明的一种轴向进给加工精密蜗杆滚丝轮的设计方法及蜗杆加工方法，滚丝轮的设计采用两次设计，通过试验用滚丝轮及滚丝机上加装的冷却液恒温装置进行恒温冷却条件下的滚丝，并得到采用试验用滚丝轮加工蜗杆的误差数据，然后根据蜗杆的误差数据再进行滚丝轮的最终设计，实现滚丝轮的误差补偿；采用最终设计的滚丝轮并配合滚丝机上加装的冷却液恒温装置进行蜗杆的轴向进给滚压加工，可以加工出高精度的超长蜗杆。上述滚丝轮的设计方法与现有的滚丝轮的设计方法相比，采用两次设计得到的滚丝轮，可以有效补偿滚丝轮在轴向进给滚丝加工后的热变形误差，从而提高了蜗杆的齿形尺寸精度及节距精度。

第二，本发明的一种轴向进给加工精密蜗杆滚丝轮的设计方法及蜗杆加工方法，在蜗杆的滚丝加工中采用冷却液温度可调的冷却液恒温装置，通过调整冷却液的温度，在滚丝时以特定温度的冷却液进行冷却，可以进一步补偿滚丝完成的蜗杆在恢复到常温下后产生的齿形尺寸误差及节距误差，从而进一步提高了蜗杆的加工精度。

第三，本发明的一种轴向进给加工精密蜗杆滚丝轮的设计方法及蜗杆加工方法，其蜗杆坯径尺寸计算步骤中，根据蜗杆参数，通过齿轮软件绘出蜗杆的轴向齿形；再通过三维绘图软件，导入蜗杆的轴向齿形，计算出蜗杆的体积大小从而得出蜗杆滚压前的坯径尺寸。该方法与现有技术中的计算方法更直观，与采用蜗杆中径来估算蜗杆坯径的方法相比，其精度更高。

第四，本发明的一种轴向进给加工精密蜗杆滚丝轮的设计方法及蜗杆加工方法，与现有技术中常规的将滚丝轮的齿形看作是对工件齿形的复制的设计方法相比较，其设计理念是基于齿轮啮合原理，即把蜗杆与滚丝轮看成一对无侧隙啮合的斜齿轮，蜗杆上的齿形是通过滚丝轮上的齿形展成包络而成的，所以这样加工出来的蜗杆齿形精度更高。

附图说明

图1是轴向进给滚丝加工的示意图；

图2是滚丝轮与蜗杆的几何关系示意图；

图3是滚丝轮螺旋线与蜗杆螺旋线的几何位置关系示意图；

图4是蜗杆与滚丝轮的展开三角形示意图。

图中：1、第一滚丝轮，2、蜗杆，3、第二滚丝轮；

图中：θ1为滚丝轮螺纹升角，θ2为蜗杆螺纹升角，Ψ为滚丝轮轴线与蜗杆轴线的空间交错角，t1为滚丝轮螺距，t2为蜗杆螺距，z1为滚丝轮头数，z2为蜗杆头数，D为滚丝轮中径，d为蜗杆中径，π为圆周率；

图中：π.d为圆周率与d的乘积，π.D为圆周率与D的乘积，t1.z1 为t1与z1的乘积，t2.z2为t2与z2的乘积。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1至4所示为本发明的一种轴向进给加工精密蜗杆滚丝轮的设计方法的实施例，包括如下设计步骤：

步骤1、蜗杆坯径尺寸计算：根据蜗杆参数，确定蜗杆滚压前的坯径尺寸；

步骤2、滚丝轮设计参数计算：根据蜗杆的设计参数，确定滚丝轮的设计参数，其包括滚丝轮外圆螺纹升角的选取、滚丝轮轴线与蜗杆轴线的空间交错角的选取、滚丝轮螺距的选取、滚丝轮头数和外径的选取、滚丝轮中径的选取、滚丝轮齿形的计算；

步骤3、根据滚丝轮设计参数，设计出滚丝轮的初版图纸；

步骤4、根据初版图纸制造出试验用滚丝轮；

步骤5、采用滚丝机及试验用滚丝轮，使用轴向进给方法进行蜗杆的加工；其中，蜗杆坯径为步骤1中计算出的蜗杆坯径，所述滚丝机为加装了冷却液恒温装置的滚丝机以控制滚丝时冷却液的温度，滚丝时以设定的冷却液温度对蜗杆及滚丝轮进行冷却；

步骤6、将滚丝完成的蜗杆置于标准计量温度20℃±2℃环境下放置24小时以上；

步骤7、测量蜗杆的外径误差、螺距误差和齿形误差；

步骤8、根据蜗杆的外径误差、螺距误差和齿形误差，对滚丝轮的设计参数进行修正，其包括螺距修正和齿形修正，同时对蜗杆坯径尺寸进行修正；

步骤9、根据修正过的滚丝轮设计参数，设计出滚丝轮的正式图纸。

所述步骤1的蜗杆坯径尺寸计算步骤中，根据蜗杆参数，通过齿轮软件绘出蜗杆的轴向齿形；再通过三维绘图软件，导入蜗杆的轴向齿形，计算出蜗杆的体积大小从而得出蜗杆滚压前的坯径尺寸。

所述步骤2的滚丝轮设计参数计算步骤中，其滚丝轮外圆螺纹升角的选取方法为：根据滚压前的蜗杆坯径尺寸和蜗杆导程计算出蜗杆坯料外圆处的螺纹升角，滚丝轮外圆的螺纹升角等同于蜗杆坯料外圆的螺纹升角。

所述步骤2的滚丝轮设计参数计算步骤中，其滚丝轮轴线与蜗杆轴线的空间交错角的选取方法为：按照计算公式Vf＝t2×z2× {1-sin(θ1)÷[cos(Ψ)×tan(θ2)×cos(θ2)]}进行确定；其中，Vf为蜗杆每转一转在其轴线方向上的移动距离，t2为蜗杆螺距，z2为蜗杆头数，θ1为滚丝轮螺纹升角，θ2为蜗杆螺纹升角，Ψ为滚丝轮轴线与蜗杆轴线的空间交错角。

上述滚丝轮轴线与蜗杆轴线的空间交错角的计算公式可通过图2 的滚丝轮与蜗杆的几何关系示意图推导出：

滚压加工时，滚丝轮轴向固定，工件沿轴向移动，滚丝轮与蜗杆的几何关系如图2。工件每转一转，工件上的啮合点就沿螺旋线移动一个导程AC＝t2×z2，与此同时，滚丝轮上的啮合点也沿螺旋线移动一个距离AB，由图2推导可得公式(1)：

AB＝t2×z2-π×d×tan(θ2-θ1)

＝t2×z2-t2×z2÷tanθ2×tan(θ2-θ1)

＝t2×z2×[1-tan(θ2-θ1)÷tanθ2]

＝t2×z2×(tanθ2-tanΨ)÷tanθ2

＝t2×z2×(sinθ2-sinΨ÷cosΨ×cosθ2)÷sinθ2

＝t2×z2×(sinθ2×cosΨ-sinΨ×cosθ2)÷(sinθ2×cosΨ)

＝t2×z2×sin(θ2-Ψ)÷(sinθ2×cosΨ)

＝t2×z2×sinθ1÷(sinθ2×cosΨ)

＝＝t2×z2×sinθ1÷(cosΨ×tanθ2×cosθ2)

AB＝t2×z2×sin(θ1)÷[cos(Ψ)×tan(θ2)×cos(θ2)]

上述两个运动同时发生，由于滚丝轮是固定不动的，它们的差值只能由工件沿其轴向运动来平衡，所以蜗杆每转一转在其轴线方向上的移动距离Vf＝AC-AB，可得公式(2)：

Vf＝t2×z2×{1-sin(θ1)÷[cos(Ψ)×tan(θ2)×cos(θ2)]}

所述步骤2的滚丝轮设计参数计算步骤中，其滚丝轮螺距的选取方法为：按照计算公式θ2＝θ1+Ψ以及计算公式t1×cos(θ1)＝t2×cos(θ2) 进行确定；其中，θ1为滚丝轮螺纹升角，θ2为蜗杆螺纹升角，Ψ为滚丝轮轴线与蜗杆轴线的空间交错角，t1为滚丝轮螺距，t2为蜗杆螺距。

上述滚丝轮螺距的计算公式中，公式(3)：θ2＝θ1+Ψ由图2的滚丝轮与蜗杆的几何关系示意图推导出；

公式(4)：t1×cos(θ1)＝t2×cos(θ2)由图3的滚丝轮螺旋线与蜗杆螺旋线的几何位置关系示意图推导出。

根据已知的蜗杆螺纹升角θ2、蜗杆螺距t2和所选定滚丝轮轴线与蜗杆轴线的空间交错角Ψ即可确定滚丝轮的螺距。

所述步骤2的滚丝轮设计参数计算步骤中，其滚丝轮头数和外径的选取方法为：滚丝轮的头数设计为多头，且滚丝轮头数和外径的选取要满足滚丝轮外径处的螺纹升角等于蜗杆坯料外圆处的螺纹升角的条件。

所述步骤2的滚丝轮设计参数计算步骤中，其滚丝轮中径的选取方法为：

按照计算公式D×z2×sin(θ2-Ψ)＝d×z1×tan(θ2)×cos(θ2)进行确定；其中，D为滚丝轮中径，z2为蜗杆头数，θ2为蜗杆螺纹升角，Ψ为滚丝轮轴线与蜗杆轴线的空间交错角，d为蜗杆中径，z1为滚丝轮头数。

上述计算公式以滚丝轮齿形和蜗杆在滚压时滚丝轮齿顶圆与蜗杆齿根圆接触，滚丝轮齿根圆与蜗杆齿顶圆接触为啮合条件，为平衡齿顶圆和齿根圆螺纹升角差值，选取蜗杆的中径在全齿深的一半左右。

上述计算公式可通过图4的蜗杆与滚丝轮的展开三角形示意图推导出：t2×z2＝π×d×tan(θ2)以及t1×z1＝π×D×tan(θ1)，将以上两式代入前面的公式(4)整理可得公式(5)：

D×z2×sin(θ2-Ψ)＝d×z1×tan(θ2)×cos(θ2)

由公式(5)可知在蜗杆中径d、滚丝轮轴线与蜗杆轴线空间交错角Ψ，蜗杆头数z2、蜗杆螺纹升角θ2、滚丝轮头数z1已知的条件可求出滚丝轮中径D。

为了保证滚丝轮有足够的强度,同时满足滚丝机床上结构的需要,滚丝轮的头数设计为多头。另外在加工机床允许的范围内,新滚丝轮中径尽可能取大值,以提高滚丝轮的耐用度,为滚丝轮磨损后翻新提供较大的余量。

所述步骤2的滚丝轮设计参数计算步骤中，其滚丝轮齿形的计算方法为：基于齿轮啮合原理，按照蜗杆与滚丝轮无侧隙啮合为条件进行计算，由滚丝轮外径和蜗杆底径得出蜗杆和滚丝轮的啮合中心距，分别求出蜗杆和滚丝轮的变位系数，得到滚丝轮法向分圆齿厚，再通过齿轮计算软件获得滚丝轮的轴向齿形。

实施例2：

一种采用上述设计方法中的滚丝轮进行蜗杆加工的方法，包括采用滚丝机及滚丝轮，使用轴向进给方法进行蜗杆的滚丝加工；其中，所述滚丝机为加装了冷却液恒温装置的滚丝机以控制滚丝时冷却液的温度，滚丝时以设定的冷却液温度对蜗杆及滚丝轮进行冷却。

作为对上述蜗杆加工的方法的进一步改进，所述冷却液恒温装置为冷却液温度可调的冷却液恒温装置，并根据蜗杆首件滚丝加工测得的蜗杆加工误差，在第二件以后的蜗杆滚丝加工中通过调整冷却液的温度来进一步补偿蜗杆加工后热变形引起的误差，从而进一步提高蜗杆加工精度。

实施例3：

一种按照实施例1的设计方法设计制造的滚丝轮，并采用实施例2 的蜗杆加工方法对蜗杆进行加工，所加工的蜗杆参数为：蜗杆参数为：模数mn＝0.4772，头数z＝2，螺纹升角a＝7.5°，法向压力角an＝15°，总长300mm。滚丝轮主要设计制造技术指标：齿距累积误差≤0.01m m；齿形误差≤0.005mm；滚丝轮平面度误差±0.01。附表为零件实测结果归纳后与蜗杆精度等级对比表。从表中可以看到，零件滚压后齿距累积、齿廓形状已经达到GB/T10089标准7级精度，达到设计要求。

GB/T10089	7级	8级	9级	零件实测
					累积误差fpxl/mm	0.018	0.025	0.036	0.009
齿形误差ff1/mm	0.016	0.022	0.025	0.016

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轴向进给加工精密蜗杆滚丝轮的设计方法，其特征在于，包括如下设计步骤：

步骤1、蜗杆坯径尺寸计算：根据蜗杆参数，确定蜗杆滚压前的坯径尺寸；

步骤2、滚丝轮设计参数计算：根据蜗杆的设计参数，确定滚丝轮的设计参数，其包括滚丝轮外圆螺纹升角的选取、滚丝轮轴线与蜗杆轴线的空间交错角的选取、滚丝轮螺距的选取、滚丝轮头数和外径的选取、滚丝轮中径的选取、滚丝轮齿形的计算；

步骤3、根据滚丝轮设计参数，设计出滚丝轮的初版图纸；

步骤4、根据初版图纸制造出试验用滚丝轮；

步骤5、采用滚丝机及试验用滚丝轮，使用轴向进给方法进行蜗杆的加工；其中，蜗杆坯径为步骤1中计算出的蜗杆坯径，所述滚丝机为加装了冷却液恒温装置的滚丝机以控制滚丝时冷却液的温度，滚丝时以设定的冷却液温度对蜗杆及滚丝轮进行冷却；

步骤6、将滚丝完成的蜗杆置于标准计量温度20℃±2℃环境下放置24小时以上；

步骤7、测量蜗杆的外径误差、螺距误差和齿形误差；

步骤8、根据蜗杆的外径误差、螺距误差和齿形误差，对滚丝轮的设计参数进行修正，其包括螺距修正和齿形修正，同时对蜗杆坯径尺寸进行修正；

步骤9、根据修正过的滚丝轮设计参数，设计出滚丝轮的正式图纸。

2.根据权利要求1所述的一种轴向进给加工精密蜗杆滚丝轮的设计方法，其特征在于，所述步骤1的蜗杆坯径尺寸计算步骤中，根据蜗杆参数，通过齿轮软件绘出蜗杆的轴向齿形；再通过三维绘图软件，导入蜗杆的轴向齿形，计算出蜗杆的体积大小从而得出蜗杆滚压前的坯径尺寸。

3.根据权利要求1所述的一种轴向进给加工精密蜗杆滚丝轮的设计方法，其特征在于，所述步骤2的滚丝轮设计参数计算步骤中，其滚丝轮外圆螺纹升角的选取方法为：根据滚压前的蜗杆坯径尺寸和蜗杆导程计算出蜗杆坯料外圆处的螺纹升角，滚丝轮外圆的螺纹升角等同于蜗杆坯料外圆的螺纹升角。

4.根据权利要求3所述的一种轴向进给加工精密蜗杆滚丝轮的设计方法，其特征在于，所述步骤2的滚丝轮设计参数计算步骤中，其滚丝轮轴线与蜗杆轴线的空间交错角的选取方法为：按照计算公式Vf＝t2×z2×{1-sin(θ1)÷[cos(Ψ)×tan(θ2)×cos(θ2)]}进行确定；其中，Vf为蜗杆每转一转在其轴线方向上的移动距离，t2为蜗杆螺距，z2为蜗杆头数，θ1为滚丝轮螺纹升角，θ2为蜗杆螺纹升角，Ψ为滚丝轮轴线与蜗杆轴线的空间交错角。

5.根据权利要求4所述的一种轴向进给加工精密蜗杆滚丝轮的设计方法，其特征在于，所述步骤2的滚丝轮设计参数计算步骤中，其滚丝轮螺距的选取方法为：按照计算公式θ2＝θ1+Ψ以及计算公式t1×cos(θ1)＝t2×cos(θ2)进行确定；其中，θ1为滚丝轮螺纹升角，θ2为蜗杆螺纹升角，Ψ为滚丝轮轴线与蜗杆轴线的空间交错角，t1为滚丝轮螺距，t2为蜗杆螺距。

6.根据权利要求5所述的一种轴向进给加工精密蜗杆滚丝轮的设计方法，其特征在于，所述步骤2的滚丝轮设计参数计算步骤中，其滚丝轮头数和外径的选取方法为：滚丝轮的头数设计为多头，且滚丝轮头数和外径的选取要满足滚丝轮外径处的螺纹升角等于蜗杆坯料外圆处的螺纹升角的条件。

7.根据权利要求6所述的一种轴向进给加工精密蜗杆滚丝轮的设计方法，其特征在于，所述步骤2的滚丝轮设计参数计算步骤中，其滚丝轮中径的选取方法为：

按照计算公式D×z2×sin(θ2-Ψ)＝d×z1×tan(θ2)×cos(θ2)进行确定；其中，D为滚丝轮中径，z2为蜗杆头数，θ2为蜗杆螺纹升角，Ψ为滚丝轮轴线与蜗杆轴线的空间交错角，d为蜗杆中径，z1为滚丝轮头数。

8.根据权利要求7所述的一种轴向进给加工精密蜗杆滚丝轮的设计方法，其特征在于，所述步骤2的滚丝轮设计参数计算步骤中，其滚丝轮齿形的计算方法为：基于齿轮啮合原理，按照蜗杆与滚丝轮无侧隙啮合为条件进行计算，由滚丝轮外径和蜗杆底径得出蜗杆和滚丝轮的啮合中心距，分别求出蜗杆和滚丝轮的变位系数，得到滚丝轮法向分圆齿厚，再通过齿轮计算软件获得滚丝轮的轴向齿形。

9.一种采用权利要求1至9中任一项所述的滚丝轮的蜗杆加工方法，其特征在于，包括采用滚丝机及滚丝轮，使用轴向进给方法进行蜗杆的滚丝加工；其中，所述滚丝机为加装了冷却液恒温装置的滚丝机以控制滚丝时冷却液的温度，滚丝时以设定的冷却液温度对蜗杆及滚丝轮进行冷却。

10.根据权利要求9所述的蜗杆加工方法，其特征在于，所述冷却液恒温装置为冷却液温度可调的冷却液恒温装置，并根据蜗杆首件滚丝加工测得的蜗杆加工误差，在第二件以后的蜗杆滚丝加工中通过调整冷却液的温度来进一步补偿蜗杆加工后热变形引起的误差，从而进一步提高蜗杆加工精度。