矩形外花鍵銑削宏程序

德州聯(lián)合石油機(jī)械有限公司（山東 253034) 侯祖剛

矩形花鍵多用于傳遞轉(zhuǎn)矩并經(jīng)?；频妮S箍聯(lián)接，需要專用的加工設(shè)備和成形刀具。以前，老師傅總結(jié)出一套萬能銑床銑削外花鍵的步驟和方法，因為工藝復(fù)雜，刀具刃磨困難，未能大范圍普及應(yīng)用。在數(shù)控機(jī)床快速發(fā)展的今天，我公司充分發(fā)揮先進(jìn)設(shè)備優(yōu)勢，利用加工中心和普通立銑刀加工圖1中的非標(biāo)矩形花鍵，取得了很好的效果，節(jié)省費(fèi)用。

圖1

1.工藝準(zhǔn)備及操作步驟

外花鍵經(jīng)車床加工后，大徑已達(dá)到圖樣尺寸，銑花鍵就是加工花鍵的小徑和鍵齒部分。使用設(shè)備為四軸立式加工中心，旋轉(zhuǎn)軸為平行于工作臺的數(shù)控分度頭，旋轉(zhuǎn)中心與X軸重合，設(shè)定為A軸，重復(fù)定位精度0.02°，基本上可以滿足外花鍵的加工要求。

矩形外花鍵以小徑定心。鍵齒沿圓周均布，兩側(cè)面相互平行，旋轉(zhuǎn)軸分度定位后，與一般的平鍵銑削沒有太大的區(qū)別。相比之下，小徑是花鍵銑削的難點(diǎn)，尺寸公差和圓度要求都比較嚴(yán)格。專業(yè)加工時常使用成形拉刀或者鋸片銑刀，顯然，這兩種刀具都無法應(yīng)用在數(shù)控銑床上，只能用立銑刀來代替。根據(jù)宏程序中曲線擬合曲面的原理，將小徑等分成若干條曲線來加工，即可達(dá)到圓弧面的效果。此時有兩種刀具路徑可供選擇，一種是沿花鍵軸向銑削，分度頭旋轉(zhuǎn)進(jìn)給，每次移動固定的角度值。一種是沿圓周方向銑削，X軸平移進(jìn)給，每次移動固定的距離值。表面上看，沿圓周方向銑削只需旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動即可獲得很好的圓弧表面。其實不然，受刀具半徑的影響，在鍵齒兩側(cè)會出現(xiàn)半圓形的加工死角，清根也無濟(jì)于事。軸向銑削時，銑刀切削刃與花鍵小徑保持切線接觸 (刀位點(diǎn)與工件軸線重合)，得到的是一段多棱柱表面，近似于圓弧表面，雖然存在一定的形狀誤差，但整體輪廓度較好。權(quán)衡利弊，最終確定軸向銑削的刀具路徑。

此時又遇到一個難題，既工件旋轉(zhuǎn)進(jìn)給時，銑刀與兩側(cè)的鍵齒發(fā)生干涉。即使銑刀的直徑再小，旋轉(zhuǎn)起來也是一個圓柱體。以左側(cè)刀刃編程，右側(cè)刀刃會與鍵齒發(fā)生干涉;以右側(cè)刀刃編程，左側(cè)刀刃也會與鍵齒發(fā)生干涉;以刀具中心編程，兩側(cè)都會發(fā)生干涉。這個技術(shù)難題，成為立銑刀不可以直接加工矩形花鍵的瓶頸，困擾了數(shù)控工人很多年，今天，終于被我們攻克。

解決方法:工件預(yù)先旋轉(zhuǎn)一定的角度，使鍵齒根部的Y軸坐標(biāo)與工件軸線重合。選用合適的立銑刀，先以刀具的左側(cè)刀刃編程，緊貼小徑圓弧面的左側(cè)齒根做軸向往復(fù)銑削，旋轉(zhuǎn)軸帶動工件做增量進(jìn)給的同時，銑刀沿Y軸移動一段補(bǔ)償距離S(S=刀具直徑/旋轉(zhuǎn)軸增量進(jìn)給次數(shù))，循序漸進(jìn)，銑削到右側(cè)鍵齒時，刀具逐步由左側(cè)刀刃銑削改變?yōu)橛覀?cè)刀刃銑削。最后一刀旋轉(zhuǎn)軸精確定位，以刀具的右側(cè)刀刃編程，緊貼小徑圓弧面的右側(cè)齒根做軸向銑削。問題迎刃而解，這就是編程的巧妙之處。

2.銑削步驟及宏程序

圖2

(1)粗銑花鍵 (見圖2)，選用φ16mm硬質(zhì)合金立銑刀，從小徑圓弧面的中間點(diǎn)下刀，粗銑三刀，快速去除大部分余量。變量設(shè)置:#24=15(X軸銑削起點(diǎn))，#21=-150(X軸銑削終點(diǎn))，#25=15(鍵齒寬度/2+銑刀半徑)，#26=4.8(Z軸銑削深度)，#1=22.5(A軸定位角度)。

(2)精銑鍵齒 (見圖3)，選用φ12mm硬質(zhì)合金立銑刀，采用輪廓銑削路徑和刀具半徑補(bǔ)償來保證鍵齒寬度。變量設(shè)置:#24=15(X軸銑削起點(diǎn))，#21=-150(X軸銑削終點(diǎn))，#26=5.5(Z軸銑削深度)，#25=6(鍵齒寬度/2)，#1=0(A軸定位角度)。

圖3

(3)精銑小徑 (見圖4)，選用φ12mm硬質(zhì)合金立銑刀，軸向銑削，旋轉(zhuǎn)軸增量進(jìn)給的同時刀具沿Y軸做移動補(bǔ)償。變量設(shè)置:#1=8.5(A軸起始角度)，#2=1(A軸步進(jìn)值)，#3=29.2(小徑圓弧夾角)，#4=FIX［#3/#2］ =29(增量進(jìn)給次數(shù))，#5=12(銑刀直徑)，#6= ［#5/#4］ =0.414(Y軸步進(jìn)值)，#7=0(計數(shù)器)，#24=15(X軸銑削起點(diǎn))，#21=-150(X軸銑削終點(diǎn))，#26=5.0(Z軸銑削深度)，#25=#5/2=6(銑刀半徑)。

圖4

3.圓度誤差計算

軸向銑削花鍵小徑時，旋轉(zhuǎn)軸的增量步進(jìn)值設(shè)定為1°比較合理，加工表面非常接近于φ90mm小徑外圓，反映在工件表面上是沿圓周均布的長條狀直紋面，雖然有輕微的刀痕，但摸上去沒有高低不平的峰谷。通過計算，圓度誤差僅有0.02mm，小于圖樣規(guī)定的小徑尺寸公差，如果花鍵的精度較高，可適當(dāng)減小旋轉(zhuǎn)軸的增量步進(jìn)值，改善圓度誤差，或者采用表面拋光的方法，去除刀痕，修磨小徑至圖樣表面粗糙度值要求。

4.結(jié)語

經(jīng)成品檢驗和現(xiàn)場組裝，花鍵加工質(zhì)量完全符合圖樣技術(shù)要求，加工中心功能強(qiáng)大，宏程序短小精悍，非常適合小批量矩形花鍵的銑削，實際應(yīng)用中只需改變程序中的刀具半徑和相應(yīng)變量，即可達(dá)到通用的效果。