汽車轉(zhuǎn)向器輸入軸外花鍵加工工藝

余燕，戴雄，夏炳文

湖北三環(huán)汽車方向機(jī)有限公司 湖北咸寧 437000

工程師 余燕

1 序言

汽車轉(zhuǎn)向器是汽車安全行駛的關(guān)鍵部件，而轉(zhuǎn)向器中的輸入軸又是該部件中的一個(gè)重要零件。圖1為輸入軸，其右端為加工好的花鍵?；ㄦI分為內(nèi)花鍵和外花鍵，內(nèi)、外花鍵均為多齒零件。

圖1 輸入軸

由于花鍵聯(lián)接是沒有過盈的，因而被聯(lián)接零件需要軸向固定。外花鍵一般設(shè)計(jì)有臺階?；ㄦI聯(lián)接承載能力高[1]，對中性好。轉(zhuǎn)向器輸入軸采用45°圓齒根漸開線外花鍵（見圖2）。

圖2 漸開線花鍵及輸入軸

花鍵加工需要采用專用刀具，制造成本較高。目前該輸入軸外花鍵一般有滾花鍵、插花鍵、軋花鍵及搓花鍵等幾種加工工藝[2]。

2 滾花鍵

滾花鍵如圖3所示。工藝流程：采用兩頂尖及撥叉將輸入軸固定在X軸上→主軸Z軸方向安裝好滾齒刀→輸入軸零件沿X軸向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，同時(shí)沿X軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)→Z軸向滾刀沿Y軸向旋轉(zhuǎn)切入設(shè)定花鍵深度→組合運(yùn)動(dòng)加工至設(shè)定花鍵長度。

圖3 滾花鍵

此工藝由于一次加工較深，所以切削阻力較大[3]，加工表面質(zhì)量不是很好，但換產(chǎn)方便快捷，加工效率適中，刀具成本低，一般每班8h可加工300件。實(shí)際生產(chǎn)中常出現(xiàn)花鍵跨棒距檢測時(shí)有橢圓現(xiàn)象，這是滾花鍵時(shí)深淺有波動(dòng)造成的?？刹捎每刂茲L刀的頭數(shù)及減少機(jī)床跳動(dòng)來消除。

3 插花鍵

插花鍵如圖4所示。工藝流程：采用液壓卡盤將輸入軸一端夾緊固定在Z軸上→主軸Z軸方向安裝好插齒刀→主軸Z軸上作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)及沿Y軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)至設(shè)定深度→輸入軸沿Z軸按設(shè)定好的轉(zhuǎn)角做旋轉(zhuǎn)進(jìn)給→組合運(yùn)動(dòng)1次加工1齒至全部齒加工完成。

圖4 插花鍵

此工藝加工輸入軸花鍵表面質(zhì)量較好，適用于結(jié)構(gòu)緊湊、退刀槽短的產(chǎn)品，但加工效率低，一般每班8h可加工200件。這是因?yàn)槿绻庸ば矢?，每刀加工切削量大，則易產(chǎn)生崩齒現(xiàn)象。需控制插前花鍵外圓尺寸及減少機(jī)床跳動(dòng)。

4 搓花鍵

搓花鍵（見圖5）屬于冷擠壓成形[4]，加工前要先通過計(jì)算控制輸入軸加工處外圓直徑。由于計(jì)算過于繁瑣，因此通常采用經(jīng)驗(yàn)值，減小輸入軸加工部位直徑進(jìn)行試切。

圖5 搓花鍵

工藝流程：采用兩頂尖將輸入軸軸向固定在X軸上→主軸Z軸方向安裝好搓齒刀→輸入軸零件沿X軸方向運(yùn)動(dòng)至全齒進(jìn)入刀具加工設(shè)定位置→搓齒刀沿Z軸方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)給→組合運(yùn)動(dòng)加工至設(shè)定花鍵深度。

此工藝加工輸入軸花鍵表面質(zhì)量好、尺寸穩(wěn)定，適用于結(jié)構(gòu)緊湊、退刀槽較短的產(chǎn)品。該方法加工效率高，每班8h能加工1000件左右。但搓花鍵受加工方式所限，特別是在有花鍵槽或一端有缺口的情況下易產(chǎn)生錐度，錐度一般在0.1mm左右，導(dǎo)致裝配時(shí)下端不好裝入。解決此類問題的方法是將花鍵槽加工工序或其他未進(jìn)行的加工工序調(diào)整到搓花鍵工序后。

5 軋花鍵

軋花鍵（見圖6）和搓花鍵一樣，同屬于冷擠壓成形[5]，加工前也要先通過計(jì)算控制輸入軸加工處外圓直徑。經(jīng)多年加工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出軋花鍵通用的簡單計(jì)算公式為：輸入軸加工外圓直徑/花鍵齒數(shù)＝軋刀齒輪大徑/軋刀齒輪齒數(shù)?？衫迷摴街苯佑?jì)算出軋花鍵前加工直徑，避免采用搓花鍵時(shí)重復(fù)進(jìn)行試切驗(yàn)證的不準(zhǔn)確性及驗(yàn)證用產(chǎn)品的浪費(fèi)。

圖6 軋花鍵

工藝流程：采用兩頂尖將輸入軸軸向固定在X軸上→輸入軸垂直方向安裝一對軋齒刀→輸入軸零件沿X軸向進(jìn)給至設(shè)定加工位置→兩滾軋輪對輸入軸進(jìn)行滾軋→滾軋至設(shè)定花鍵深度后停機(jī)，工件退出起始位置。

軋花鍵加工表面質(zhì)量好、尺寸穩(wěn)定，同樣適用于結(jié)構(gòu)緊湊、退刀槽短的產(chǎn)品。與搓花鍵工藝方法加工效率相當(dāng)，每班8h能加工1000件左右。但軋花鍵對初始對刀重合度要求高，若初始對刀重合度不好，則易造成滾軋后花鍵外圓偏小。

6 輸入軸花鍵4種加工工藝對比分析

輸入軸花鍵4種工藝加工出的花鍵分別如圖7～圖10所示。

圖7 滾花鍵工藝加工的花鍵

圖8 插花鍵工藝加工的花鍵

圖9 搓花鍵工藝加工的花鍵

圖10 軋花鍵工藝加工的花鍵

輸入軸花鍵4種加工工藝效果對比見表1。滾花鍵和插花鍵工藝加工效率較低，并且合格率也沒有搓花鍵和軋花鍵工藝高。對于大批量、高精度加工要求，搓花鍵和軋花鍵工藝應(yīng)該是較好的選擇。其中軋花鍵工藝更適用于小退刀槽、花鍵要求無錐度的情況。

表1 輸入軸花鍵4種加工工藝效果對比

7 結(jié)束語

對4種花鍵加工工藝對比分析后，我公司主要采用軋花鍵工藝方案對輸入軸花鍵進(jìn)行加工，制造成本低，加工效率高，產(chǎn)品質(zhì)量明顯上了一個(gè)臺階。該工藝方案加工范圍廣泛，各種長度、直徑的花鍵都能夠通過更換滾軋輪進(jìn)行加工。