蜗轮、蜗杆的加工方法及刀具选择
阿基米德蜗杆的车削（ZA蜗杆）阿基米德蜗杆是在普通车床上采用直线刃廓车刀车削而成。加工时，车刀的直线刃廓置于蜗杆轴面内，车刀刃廓夹角为蜗杆齿形角a的两倍。车削成型原理如图11-30a所示。车刀形状如图11-30b所示。加工齿距较小，导程较小的蜗杆时，可同时加工齿槽两侧；加工导程角较大蜗杆时，则必须增大左右切削刃刀具角β1和β2的差值。法向直廓蜗杆的车削（ZN蜗杆）
法向直廓蜗杆是在普通车床上采用直线刃廓车刀车削而成。车削时，车刀的直线刃廓应置于蜗杆的法向截面的，若延长切削刃的直线，一般不与蜗杆轴线相交，而与以蜗杆轴线为中心的小圆柱（准圆柱）面相切。
蜗杆法面齿形角an小于车刀刃廓夹角a0，因此，要获得法面齿形角an=20时，应该通过理论计算对刀具角度加以修正。铣削或磨削加工时也要同样进行修正。
由于刀具的安装位置不同，可以切出ZN1、ZN2、ZM3三种不同的蜗杆齿形（图11-31）。渐开线蜗杆的车削（ZI蜗杆）
渐开线蜗杆是在普通车床上用两把直线刃车刀车削而成（图11-32）。两车刀的直线刃必须置在切于基圆柱面的两相互平行的平面上，与螺旋面的直线形成线相吻合。随着蜗杆基圆直径的增大，相应地刀具安装位置离开蜗杆中心线越远，造成加工困难。为此可用成形车刀来加工，刀具的廓形应是理论计算的曲线，将其刀刃置于蜗杆轴截面内，同于阿基米德蜗杆车削。由于刀具设计和制造麻烦，故单件或小批量生产时的磨前加工，可将车刀作成直线刃，置于蜗杆轴截面内进行车削。这种加工方法简单，但磨削余量不均匀，影响磨削精度。圆柱蜗杆的铣削
对于阿基米德蜗杆、法向直廓蜗杆、渐开线蜗杆、K型蜗杆的铣削，可在普通万能铣床、蜗杆铣床及旋风铣床上进行。采用圆盘形铣刀或锥形指状铣刀，其切削刃必须是理论上所求的特定曲线。加工时，将铣刀轴线对蜗杆轴线倾斜一个导程角，即可铣切齿面。作为磨前加工的铣齿，均可采用直线刃廓刀具，以简化刀具设计与制作。
铣削蜗杆的优点是生产率高，适于批量生产。盘形锥面砂轮磨削圆柱蜗杆
对于阿基米德蜗杆、法向直廓蜗杆、渐开线蜗杆、K型蜗杆，可在HSS350型或SNC35型蜗杆磨床上磨削，依照包络原理成形。在磨床上借助于特殊的砂轮修正器，使金钢钻作出符合于被磨蜗杆螺旋面的空间运动，即可将砂轮两侧面修整到理论计算的砂轮形状曲率。磨削时，调整砂轮轴线，相对于蜗杆轴倾斜一个导程角，即可进行磨削。在上述型号的机床上，可实现双向磨削，生产率高。条件不具备时，也可在S7732型蜗杆磨床上加工，借助于砂轮校整器和磨样板装置，用反仿型法获得所需要的砂轮型面。此机床不具备螺距补偿装置，只能单向磨削，故磨削效率较低。
另外K型齿的磨削，可在普通螺纹磨床上进行，如S7520型螺纹磨床，修砂轮型面为直线廓形，修型简单，应用普遍。见图11-33。
图 11-33ZK型蜗杆切齿
ZK蜗杆切齿法是将轴截面为梯形的锥面铣刀或砂轮安装在万能铣床、螺纹加工机床、蜗杆磨床上，刀具轴线相对于蜗杆轴线倾斜一个蜗杆导程角，切削蜗杆齿槽。这种由圆锥面包络形成的曲面，在蜗杆轴平面、法平面和端平面上的齿廓均为凸形。按照不同的刀具可包络出以下三种ZK蜗杆（图11-34）。
（1）ZK1蜗杆是用盘状锥面铣刀或盘状锥面砂轮加工的圆柱蜗杆。
（2）ZK2蜗杆是用指状锥面刀具加工的圆柱蜗杆。
（3）ZK3蜗杆是用碟形端锥面刀具包络成形的圆柱蜗杆。平面砂轮磨削渐开线蜗杆
该磨杆工艺可在英国霍尔罗伊德（Holrogd)公司出产的蜗杆磨床上，采用碟形或碗形砂轮的端平面磨削（图11-35）。磨削时，一定要使砂轮平面切削刃相切于蜗杆直母线、工件一次安装只磨削一个侧齿面。
这种磨齿法，可得到很高的制造精度。在设备条件不具备的情况下，可在C8955或C8950型铲齿车床上进行磨削。圆弧齿圆柱蜗杆的车削
圆弧齿圆柱蜗杆（ZC蜗杆）包括ZC1蜗杆、ZC2蜗杆、ZC3蜗杆。它们的齿形分别为齿形C1、齿形C2、齿形C3。三种齿形的车削，可在普通车床上，采用与ZC1、ZC2、ZC3蜗杆法截面凸形曲线相近的凸形圆弧刃刀具加工而成。加工时，将车刀的切削刃平面置于蜗杆的法向（或轴向）平面内，围绕蜗杆轴线作相对的螺旋运动，即可加工出近似的三种齿形。图11-36示出了ZC3轴向齿形。ZC1蜗杆的磨削
是用具有圆环面的盘状砂轮进行的磨削。蜗杆齿面为一圆环面的包络曲面（图11-37）。磨削时，砂轮轴线相对于蜗杆轴线偏转一个蜗杆导程角γ，砂轮的轴截面齿形角a0与蜗杆的法面齿形角a1n相同，砂轮与蜗杆齿面的瞬时接触线为一条空间曲线。因此，磨削过程中蜗杆齿面的形状还取决于砂轮的直径d0、圆环面的半径ρ和圆心ob的位置。ZC2蜗杆的磨削
ZC2蜗杆螺旋面的成型方法与ZC1蜗杆一样，刀具仍然是一个具有圆环面的砂轮，但砂轮与蜗杆齿面的瞬时接触线不是一条空间曲线，而是一条平面曲线，蜗杆截面中有一截面与砂轮母线重合，即为一段圆弧。因此，砂轮经过修磨后，直径的减小并不影响蜗杆齿面形状的变化，但对砂轮的安装位置要求严格，安装参数要经过特殊计算。
砂轮轴线I-I安装与蜗杆轴线相错角为γ0，并且γ0≠γ1，应保证砂轮轴向轮廓圆弧中心0b在砂轮磨削时的啮合轴线Ⅱ—Ⅱ上，Ⅱ—Ⅱ轴与蜗杆轴线的距离为A，相错角为σ（图11-38）。两轴公垂线必须通过砂轮轴向轮廓圆弧中心ob。
目前磨削ZC1、ZC2蜗杆，均采用大连重型机器厂设计的砂轮修整器，可以按一定的几何关系安装在铲齿车床、螺纹磨床及蜗杆磨床上。其优点是修形可靠简单，可提高齿形精度和生产效率。ZC3蜗杆的磨削
ZC3蜗杆螺旋面的成形，可采用圆盘砂轮进行磨削，砂轮轴截面廓形应是理论上所求的特定曲线，该曲线难以修整，该齿面不能用包络法加工。目前国内生产仍采用轴截面为圆弧的砂轮，磨削时，砂轮轴线相对于蜗杆轴线倾斜一个蜗杆导程角，即可进行磨削。磨削过程中按照蜗杆轴向圆弧齿形样板反复测量被磨削蜗杆齿形，依照齿形误差来修整砂轮，直到蜗杆齿面与齿形样板相吻合为止。这种磨齿法可在C8950或C8955型铲齿车床及C620或C630型普通车床上装上磨头部件，即可进行磨削加工。
这种靠手工修整成型，齿形精度较低，为消除加工误差，一般还要经过电解跑合加工。往复磨削蜗杆
用蜗杆磨床磨削蜗杆时，除了砂轮旋转方向和工件的旋转方向以外，还有工作台的移动方向。工作台拖板在往复行程的移动中都进行磨削操作，没有空行程，这种磨削方式称为往复磨削。其优点是磨削效率高，但是机床必须具备双向间隙消除装置，同时由于砂轮磨削作用面的不同，对砂轮左右两面的成型误差必须限制在一定范围之内，才能达到预定的齿形误差。见图11-39。单程磨削蜗杆
蜗杆磨床磨削蜗杆时，工作台拖板向左移动，磨削蜗杆左侧齿面，磨削成形后再由工作台拖板向右移动，磨削蜗杆右侧齿面。在磨削每一齿面时，都有空返行程消耗，所以磨削效率低。这种磨削方式对于砂轮左右两面的成形误差，必须限制在一定范围之内，才能得到所要求的齿形精度。车削多头蜗杆移动小刀架分头法
车削多头蜗杆时，当车完一条螺旋线后车床主轴不转，移动小刀架，使车刀相对工件轴向移动px的距离（px=πm)，即可加工出另一条螺旋线。这种分头法，操作简单，但分头精度较低。车削多头蜗杆脱开挂轮分头法
车削多头蜗杆时，当车完一条螺旋线后，刀具不移动，使工件相对于刀具转动，工件转过，即可加工出另一条螺旋线。操作方法是将车床挂轮脱开，使主轴转动，转过的角度以挂轮转过的齿数计算。此种分头法精度高，但挂轮齿数必须能被分头数整除。
车削多头蜗杆分度盘分头法
分度盘分头法是将分度拨盘固定在车床主轴上，盘上均布12个小圆柱（图11-40），蜗杆两端靠顶尖顶住。加工时，拨盘通过小圆柱拨动鸡心夹头带动蜗杆转动。当车完一条螺旋线后，蜗杆转过个小圆柱，就可以加工出另一条螺旋线。此种分头法精度高，操作简便，但分度盘的制作精度要高。径向进给切削蜗轮法
在滚齿机上使用尺寸和外形与蜗杆相当的圆柱形滚刀，以径向进给进行切削，直到滚刀中心与蜗轮中心的距离与蜗轮蜗杆啮合的理论尺寸相等时为止（图11-41）。安装刀具应使其轴线在被加工蜗轮的中心平面内，并与蜗轮轴线相垂直。加工时，刀具和工件作滚切旋转运动，分齿挂轮应保持恒定的速比。
这种切齿法具有生产率高的优点，但是对于加工螺旋角大于6°～8°的蜗轮，为避免轮齿两端产生割切，不应选择此法作为最终加工工序。切向进给切削蜗轮法
在具有切向刀架的滚齿机床上，采用一端为圆锥形的滚刀，滚刀沿被加工蜗轮的切向作进给运动（图11-42），使滚刀由小头逐渐进给到圆柱部分，圆柱部分的尺寸及截形应与工作蜗杆一样。切齿过程中，齿深逐渐增加，直到圆柱部分进入切削时，蜗轮齿才达到全齿深。滚刀安装在切向刀架上，其轴线在被加工蜗轮的中心平面内，并与蜗轮轴线相垂直。两者中心距应与蜗轮蜗杆啮合的理论中心距相等，加工中应保持不变。切齿过程中，由于滚刀在展成运动的同时，还要作切向进给，所以工件除旋转运动外，还要靠机床的差动装置作附加旋转运动。
这种加工方法齿面不产生割切，可以获得较高的加工精度和表面粗糙度，但是生产率低，因而通常用作精滚齿。飞刀加工蜗轮法
在滚齿机上将装有一个或数个刀齿的刀杆（刀齿数等于蜗杆头数），装在机床的切向刀架上，刀齿的截形和尺寸与蜗轮滚刀齿一样，刀齿的前面与刀杆中心线构成蜗杆的导程角，蜗轮水平地安装在滚齿机工作台上。切齿时，滚刀和工件除作滚切旋转运动外，滚刀还作切向进给运动，即可连续展成齿形。见图11-43。
这种加工方法，具有刀具制造简单的优点，但生产率很低，用于少量生产和特殊规格的蜗轮加工。鼓形齿加工法
蜗杆副传动齿面承载时，由于各部变形使轮齿接触状态向入口侧偏移，接触状态变坏。为得到良好的接触状态，必须在齿面入口侧留有一定啮入间隙，也就是在齿宽两端或啮入端把轮齿减薄。为此，在切齿时，必须对蜗轮齿面进行修形，获得修形齿有以下4种方法：
（1）使滚刀倾斜。切齿后，将滚刀左右倾斜改变导程角，切削轮齿两端。见图11-44a。
（2）改变滚刀的中心位置。切齿后，将滚刀中心稍许上下移动，切削蜗轮齿面两端。见图11-44b。
（3）改变蜗杆的导程。蜗轮进行普通滚齿，将与其啮合的蜗杆导程稍增大一点，与此相对应的蜗杆轴向压力角亦比滚刀轴向压力角稍增大一些。
（4）采用比蜗杆外径或节圆直径稍大的滚刀（图11-44c）。为获得鼓形齿接触和延长滚刀的使用寿命，通常采用1.5～2.0mm的标准增径量。移动刀架位置法
用直接展成法加工好蜗轮齿面后，按照图11-45所示方法移动刀架，将入口侧的金属多切去一层。使入口侧自然形成“人工油涵”，实现啮合略图Ⅰ，以改善传动质量。应注意，也有时把出口侧多切去一层金属，让出口区也形成“人工油涵”，这样可以方便地实现略图Ⅱ。大直径滚刀加工蜗轮
用直径大于蜗杆直径的滚刀，采用间接法加工蜗轮的方法（图11-46）。该方法加工出的蜗轮两端侧面被多切去一层金属，和配对蜗杆组成的蜗杆副可明显改善啮合特性。用z0＜z1（或z0＞z1）的方法加工蜗轮
属于间接展成法加工蜗轮。其特点是蜗杆齿数z1与蜗轮滚刀头数不等z0＜z1（或z0＞z1），一般差1。这种间接展成法，不但容易实现啮合略图，而且可以节省刀具数量，便于管理，降低成本，应加以发展。其设计计算方法见有关资料。搬动刀架加工蜗轮
用直接展成法加工好蜗轮齿面后，将刀架搬动Δγ0角，把入口处的金属多切去一层，使入口区形成“人工油涵”，呈现啮合略图。搬运角度Δγ0≈30′。见图11-47。直廓环面蜗杆铣削法
是在普通滚齿机上进行加工。粗加工采用指形铣刀或专用多头刀。铣刀安装在通用铣头上。铣头又通过特制的花盘安装在机床工作台上。铣刀由单独电动机驱动，以0.17～0.34m/s的速度旋转。蜗杆安装在机床主轴上，以（1/15～1/150）r/min的速度旋转。按照规定的相对运动，在一次走刀中将蜗杆齿面铣至全齿深，靠粗铣刀齿厚减薄留出厚度为0.3～0.5mm的精切余量。精加工采用切刀，常用的有通用切刀头或专用多刀头。切齿时，螺纹两侧面分两次切削。第一次用一种切刀在某一圆周进给方向精切螺纹的一面，然后换另一种切刀，并按相反的方向圆周进给精切螺纹的另一面。见图11-48。直廓环面蜗杆配对蜗轮的铣削
是在切削直廓环面蜗杆所用的同一机床上进行加工。粗加工采用双齿飞刀或环面梳刀及环面滚刀。用双齿飞刀加工蜗轮时，将装有两个切刀的刀杆安装在机床刀架上，切刀的切削刃为直线形，且位于刀杆半径的平面内，两切刀间的距离每边加大1mm作为精切余量。精加工时，对单头蜗轮可采用双齿飞刀加工，但对多余蜗轮的加工，在齿根部有明显的残留块，必须采用环面剃齿刀精切蜗轮，可实现清根。见图11-49。平面蜗轮铣削
平面蜗轮包括直齿和斜齿两种，这里仅述斜齿平面蜗轮铣削。斜齿平面蜗轮铣削，是在普通滚齿机上，用斜齿平面蜗轮铣刀，分别铣出蜗轮两侧齿面，将两片铣刀中间加上事先计算好的垫片，穿在刀杆上，再装到机床主轴上，并按蜗轮倾斜角搬转刀架。铣齿时，铣完一侧齿面将刀杆卸下，换上垫片，在对称位置装上另一把刀，铣削另一侧齿面。然后再用比齿槽窄的锯片铣刀将齿根残留块清除。见图11-50。平面蜗轮配对蜗杆的铣削
是在切削平面蜗轮所用的滚齿机上，用相当于蜗轮齿面的平面刀具或磨具，以规定的相对运动分别铣出或磨出蜗杆螺纹两侧面。铣切时采用专用的圆弧蜗杆车刀，将刀具装在刀台上的刀架中，刀架装在机床工作台上，蜗杆装在机床刀架位置上，刀架上的刀具分别完成车削螺纹的左侧、右侧及开槽。吃刀深度由刀尖半径控制。切齿后在进口和出口处进行倒坡，以改善啮合条件。为提高啮合精度和降低表面粗糙度，蜗杆铣削后，仍在普通滚齿机上或专用蜗杆磨床上，采用专用磨头（图11-51）进行磨削加工，其装卡方法同车削螺纹。平面二次包络蜗杆副的加工工艺
是以一个平面为母面，相对于蜗杆作一定的螺旋运动，按照包络原理形成蜗杆齿面。传动的蜗轮齿面是以上述平面包络蜗杆齿面为母面，通过另一次共轭运动形成的包络曲面，它由理论上与该蜗杆一致的滚刀展成。蜗杆副的构成，需经过两次包络过程。
此种加工工艺，在蜗轮齿面上没有中央脊棱，故不像环面蜗杆副那样须对蜗轮进行倒坡修形，以消除齿面上的中央脊棱。蜗杆可用平面砂轮进行磨削，因而可使蜗轮滚刀正确制造。
（1）蜗轮铣削。在普通滚齿机上进行。粗加工时，可用片铣刀，或渐开线滚刀开槽（刀具的模数和外径应和蜗杆相近）；精铣时，用平面包络环面滚刀作展成加工（该滚刀是利用蜗杆专用机床和专用磨床制造的）。
（2）蜗杆铣削。与平面蜗杆副的蜗杆铣削法相同，不同点是在切齿后需在进口和出口处进行修缘，以改善啮合条件。双导程圆柱蜗杆的加工
蜗杆的左、右齿面具有不等的导程，而同齿面的导程相等的圆柱蜗杆称为双导程圆柱蜗杆。
按照螺旋面的形状，双导程圆柱蜗杆分为阿基米德螺旋线和延长渐开线两种。
加工蜗杆螺旋面时，其车削及磨削原理和普通圆柱蜗杆一样。其工艺特点必须分别按两齿面的导程计算挂轮。磨削螺旋面时，还应按公称分度圆左、右齿面螺旋线升角分别调整砂轮的安装角度，逐个加工齿面。双导程圆柱蜗杆副如图11-52所示。与双导程圆柱蜗杆配对的蜗轮加工
通常采用与蜗杆参数一致的双导程蜗轮滚刀，在普通滚齿机上作径向进给加工。也可以用飞刀加加蜗轮。加工齿面时，必须按两个齿面的不同模数计算调整滚齿机的差动挂轮，分别单面地进行切向进给加工。
加工蜗轮时，滚刀相对于蜗轮的安装位置应与蜗杆传动啮合时的位置一致。滚刀厚、薄齿端对蜗轮基面的方向应与蜗杆装配时方向一致。
双导程圆柱蜗杆传动，多用于机床中某些要求精确传递运动的场合，如加工齿轮、花键轴等机床的分度副及机床的读数机构。
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