異形花鍵軸加工方法的分析與探討

漆益龍

（株洲齒輪有限責(zé)任公司，湖南 株洲 412000）

1 找出難點(diǎn)

佛山星光工模具廠委托株洲齒輪有限公司加工一異形花鍵軸，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，外花鍵參數(shù)如表1。技術(shù)要求：①E處1個(gè)齒廓不切削；②調(diào)質(zhì)處理240～280 HB；③Ⅰ、Ⅱ處厚齒對(duì)稱(chēng)度為±0.1 mm。

表1 異形花鍵軸參數(shù)

此花鍵軸加工有兩處難點(diǎn)：

（1）是E處有1個(gè)齒廓不切削，即圖紙是齒數(shù)Z=21，實(shí)際上只有20個(gè)齒，其中一個(gè)齒的弧齒厚是其余齒的三倍。

（2）Ⅰ齒與Ⅱ齒同是異形花鍵齒，且花鍵參數(shù)相同，而且要求Ⅰ、Ⅱ處的厚齒要對(duì)齊，對(duì)稱(chēng)度是±0.1 mm。然而中間隔著φ40 mm圓柱的臺(tái)階。

難點(diǎn)找出來(lái)了，下面該如何一一解決呢？

2 制定方案

2.1 確定加工工藝路線

綜上所述，A，B兩端面及φ40 mm，φ30 mm兩外圓都要以軸的兩端60°錐角定位來(lái)磨，因此，工藝流程制定如下：

粗車(chē)→調(diào)質(zhì)→精車(chē)→磨外圓→磨端面→插花鍵Ⅰ→插花鍵Ⅱ

2.2 插齒刀設(shè)計(jì)

2.2.1 設(shè)計(jì)原理與思路

因?yàn)橐宄鲆粋€(gè)厚齒，即如圖1的E處1個(gè)齒不切削，則對(duì)應(yīng)的插齒刀就應(yīng)挖去一個(gè)齒。根據(jù)插齒的工作原理可知：插齒刀每轉(zhuǎn)一個(gè)齒，工件就相應(yīng)地轉(zhuǎn)一個(gè)齒。工件齒數(shù)是21，又要考慮厚齒的存在，即工件在旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中，正常刀齒切削工件上的正常齒，而當(dāng)工件轉(zhuǎn)到厚齒處，這要求插齒刀正好在這個(gè)時(shí)侯是個(gè)缺口對(duì)準(zhǔn)它。因?yàn)樗饼X，故沒(méi)有在工件上切削，使得工件上有一條鍵是厚齒。明白了這個(gè)機(jī)理，插齒刀的設(shè)計(jì)思路就顯而易見(jiàn)了，插齒刀的齒數(shù)Z刀必須是工件齒數(shù)Z工的整數(shù)倍。即Z刀=NZ工，其中，N為 正 整數(shù)。由此可知插齒刀的齒數(shù)可以是21，也可以是42、63……即21的倍數(shù)。但最佳方案是多少個(gè)齒呢？這時(shí)需要從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和插齒刀主軸方面去分析了。

插齒刀的大致外徑可按下列公式進(jìn)行驗(yàn)算。

由式（1）、（2）、（3）可得

式中：m為模數(shù)；z刀為刀具齒數(shù)；ha0為齒頂高系數(shù)與齒根高系數(shù)之和，即1.25。

式（4）只是計(jì)算出插齒刀的大致外徑，用于分析插齒刀、工件及機(jī)床三者之間的關(guān)系的，但是它與最終的插齒刀外徑尺寸相差不大。表2為插齒刀齒數(shù)與插齒刀大致外徑的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表2 插齒刀齒數(shù)與插齒刀外徑的關(guān)系

2.2.2 插齒刀齒數(shù)與加工工件的關(guān)系

因?yàn)榛ㄦI軸有φ30mm×23mm的臺(tái)階，加工Ⅰ齒還可以，但加工Ⅱ齒時(shí)問(wèn)題出來(lái)了。下面詳細(xì)地分析插齒刀的齒數(shù)與所插產(chǎn)品的關(guān)系。

（1）如果用齒數(shù)為21的插齒刀，則它的外徑只有φ41.13mm，遠(yuǎn)小于主軸外徑φ85mm，顯然這是不可能實(shí)現(xiàn)插齒的。

（2）如果用齒數(shù)為42的插齒刀，它的外徑達(dá)到了φ77.88mm，還是比主軸外徑要小，但差距不大，是否可用在刀具上加墊子的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)呢？

主軸外徑比刀具外徑大7mm，單邊大3.5mm，而加工Ⅱ齒時(shí)，因?yàn)榛ㄦI的小徑是34.13mm，而它與φ30mm的單邊距離是2.06mm，因2.06mm＜3.5mm，說(shuō)明插齒刀還沒(méi)有插到全齒深，主軸外徑就已經(jīng)和產(chǎn)品φ30mm相碰了。因此加不加墊子，插齒刀的主軸都會(huì)與φ30mm的外臺(tái)階相碰，因此也不能用齒數(shù)為42的插齒刀。如圖2。

（3）因此最佳方案是取N=3，即插齒刀的刀齒數(shù)是63，這樣它的外徑將達(dá)到φ114.63mm，大于φ85mm，則不必?fù)?dān)心插齒刀主軸會(huì)碰φ30mm的外圓了。當(dāng)然沒(méi)有必要選4倍或4倍以上，一是制造麻煩，二是浪費(fèi)材料。

插齒刀定好齒數(shù)是63后，先按正常加工手段制成齒數(shù)為63的刀具，再均勻分布地去掉三個(gè)齒。如圖3所示。插齒刀與對(duì)應(yīng)工件的摸擬加工關(guān)系也在圖3中一并表示出來(lái)。即當(dāng)插齒刀的缺口部位正好加工出花鍵軸的厚齒。

2.3 插齒夾具的設(shè)計(jì)

3 機(jī)床調(diào)試

此異形花鍵軸加工的最大難點(diǎn)是花鍵Ⅰ和Ⅱ，要厚齒與厚齒對(duì)齊，即齒與齒之間的對(duì)稱(chēng)度的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析，最好的做法是做一根樣品軸，此軸上的花鍵齒從上到下一插到底，即兩端連通，如圖5。因?yàn)榛ㄦI是一刀插出來(lái)的，前后花鍵的鍵側(cè)對(duì)稱(chēng)度取決于其齒向精度，經(jīng)檢查齒向?yàn)?.014mm?；ㄦI按工件的尺寸定好，則插齒時(shí)用它作對(duì)刀用。

具體做法如下：插完Ⅰ齒后，將對(duì)刀件放入夾具內(nèi)，通過(guò)對(duì)刀銷(xiāo)孔將對(duì)刀銷(xiāo)對(duì)準(zhǔn)厚齒右邊的齒槽（注：以后每次對(duì)刀，都要對(duì)準(zhǔn)這個(gè)位置，否則會(huì)亂齒），對(duì)好刀后將對(duì)刀樣件壓緊，啟動(dòng)機(jī)床，使刀具和工件按一定的傳動(dòng)鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到插齒刀的缺口正朝外時(shí)停機(jī)，這時(shí)，需將對(duì)刀件與刀具的傳動(dòng)鏈脫開(kāi)，刀具不動(dòng)，單轉(zhuǎn)工作臺(tái)，使對(duì)刀件的厚齒慢慢地靠近刀具的缺口處，直至二者完全吻合，說(shuō)明對(duì)刀已對(duì)好，這時(shí)可以接上傳動(dòng)鏈了。取下對(duì)刀件，將工件裝上去。通過(guò)對(duì)刀孔將對(duì)刀銷(xiāo)也對(duì)準(zhǔn)工件厚齒的右邊齒槽，壓緊工件，啟動(dòng)機(jī)床，則插齒刀插出的Ⅱ齒也有厚齒，且厚齒對(duì)厚齒。

第一個(gè)工件插完后去檢驗(yàn)其對(duì)稱(chēng)度，有0.18mm，說(shuō)明對(duì)刀時(shí)還有些移位。這時(shí)可根據(jù)偏移量和偏移方向，再次重復(fù)上序操作：脫開(kāi)傳動(dòng)鏈?zhǔn)沟毒卟粍?dòng)，不同的是不必再用對(duì)刀件去靠插齒刀了，可以用百分表控制其搬回的多少，用此法使工作臺(tái)搬回了0.2mm，再接上傳動(dòng)鏈，裝第二個(gè)工件一試，結(jié)果對(duì)稱(chēng)度達(dá)到了0.1mm，符合圖紙要求。以后檢驗(yàn)了多個(gè)工件，基本上都穩(wěn)定在0.1 mm之內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹的異形花鍵軸的加工方法，可能會(huì)對(duì)其它類(lèi)似的有別于常規(guī)的異形齒輪的加工有借鑒價(jià)值。

[1]齒輪手冊(cè)編委會(huì).齒輪手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社，1992（3）.

[2]國(guó)家機(jī)械工業(yè)委員會(huì)統(tǒng)編.齒輪工工藝學(xué)，1993.

[3]范忠仁，陳世忠編.刀具工程師手冊(cè)[M].哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1985.