數(shù)控車床在孔內(nèi)鍵槽加工的應(yīng)用

摘 要：本文闡述數(shù)控車床在孔內(nèi)鍵槽加工上的應(yīng)用，以解決因缺少專用孔內(nèi)鍵槽加工設(shè)備而無法加工孔內(nèi)鍵槽的難題。

關(guān)鍵詞：孔內(nèi)鍵槽 鍵槽加工 數(shù)控車床

鍵連接是機械傳動的重要連接之一。鍵連接可以實現(xiàn)零件的周向固定，如齒輪、帶輪、鏈輪、聯(lián)軸器等都是通過鍵連接實現(xiàn)周向固定，達到傳遞扭矩的作用。鍵屬于標(biāo)準(zhǔn)件，而鍵槽則通過機加工得到，軸上鍵槽是通過銑床銑削加工得到，輪轂孔內(nèi)鍵槽主要以拉削、插削的加工形式而得到。拉床、插床就是加工孔內(nèi)鍵槽的常用設(shè)備。隨著機械加工技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已有許多種類的鍵槽加工設(shè)備，如孔內(nèi)鍵槽加工設(shè)備、數(shù)控鍵槽加工設(shè)備，這些設(shè)備屬于鍵槽加工常用、專業(yè)設(shè)備，加工效率和加工精度比較高，適合批量生產(chǎn)，但通常只有專業(yè)生產(chǎn)齒輪、鏈輪、帶輪、聯(lián)軸器等零件的廠家才具備這些設(shè)備。

大學(xué)、高職、中職等院校由于缺少孔內(nèi)鍵槽加工設(shè)備，所設(shè)計的齒輪、鏈輪、皮帶輪及聯(lián)軸器等零件的孔內(nèi)鍵槽加工比較困難。而數(shù)控車床屬于工科類院校的教學(xué)實訓(xùn)設(shè)備，可利用校內(nèi)有利條件，用數(shù)控車床加工孔內(nèi)鍵槽。

一、工藝分析

在數(shù)控車床上加工孔內(nèi)鍵槽與插床的加工一樣，也是以插削的形式進行加工。加工前數(shù)控車床主軸掛空擋，把需要加工的零件裝夾在數(shù)控車床的自定心三爪卡盤上，自制的鍵槽插刀裝夾在刀架上，利用數(shù)控車床工作臺的縱向移動實現(xiàn)鍵槽的插削加工。在普通車床上也可完成鍵槽的插削加工，但由于普通車床在鍵槽的插削加工中插刀退刀不便，刀具返程時與已加工表面有摩擦，刀具易磨損，而且加工效率低。數(shù)控車床由數(shù)控系統(tǒng)控制工作臺，能精確地控制刀具進給和退刀，刀具不易磨損，效率更高，因此應(yīng)采用數(shù)控車床進行加工。利用數(shù)控車床的復(fù)合固定循環(huán)指令G71進行編程及加工，該指令能使刀架上的插刀自動做往復(fù)插削和退刀，退刀時插刀與已加工表面可完全脫離，避免刀具磨損及表面粗糙度值升高。

插削屬于間歇切削加工，加工過程有一定的沖擊，為保護數(shù)控車床的滾珠絲杠副，鍵槽插削過程應(yīng)選擇較小的背吃刀量（切削深度），背吃刀量ap應(yīng)小于0.05mm，加工鍵槽的寬度越大，ap應(yīng)越小。插削過程是靠數(shù)控車床工作臺的縱向進給實現(xiàn)插削加工，從保護滾珠絲杠副及工作臺驅(qū)動電動機方面考慮，數(shù)控車床縱向進給速度不能太高，但也不能太小。工作臺進給速度過高，電動機頻繁正反轉(zhuǎn)易發(fā)熱；工作臺進給速度過低，工作臺慣性的沖擊力不夠，只靠電動機推動工作臺完成插削加工，電動機負載大也容易發(fā)熱。因此通過幾次實踐加工總結(jié)出的經(jīng)驗，工作臺進給速度以2000～3000mm/min為宜。

普通平鍵、半圓鍵及導(dǎo)向鍵等鍵槽的工作面均為鍵槽兩側(cè)面，鍵和鍵槽有一定的配合關(guān)系及配合精度。所以在加工前應(yīng)明確孔內(nèi)鍵槽的寬度尺寸及深度尺寸，做好鍵槽插刀的刃磨。除了切向鍵及特殊的鍵槽之外，普通平鍵、半圓鍵及導(dǎo)向鍵等的鍵槽兩側(cè)面均對稱于內(nèi)孔中心平面。因此加工前須進行找正，使鍵槽插刀與工件處于正確的位置。

二、刀具準(zhǔn)備與工件找正

鍵槽插削加工屬于間歇加工，從刀具的耐磨性及刀具的成本考慮，刀具材料采用高速鋼。高速鋼是一種具有高硬度、高耐磨性和高耐熱性的工具鋼，而且成本較低。因此鍵槽插刀可用厚度與鍵槽寬度相等的整體高速鋼車刀條來磨制。如加工寬6mm的鍵槽，可用6mm×20mm×200mm高速鋼條來磨制插刀。磨制鍵槽插刀切削部分幾何角度與切斷刀相似，切削刃的寬度必須與鍵槽寬度相等，如圖1所示。其前角（實際插削時為后角，見圖2）約7°～10°，后角（實際插削過程時為前角）約為10°～15°，偏角、副后角約為3°～5°。

圖1 插刀切削角度 圖2 鍵槽插削過程

工件裝夾需進行端面找正，保證端面與主軸線垂直。由于鍵槽的形位精度要求較高，鍵槽的兩側(cè)面應(yīng)對稱于工件內(nèi)孔中心平面，所以裝夾插刀時也必須進行找正，應(yīng)使切削刃盡量與鉛垂同向，兩刀尖對稱于工件內(nèi)孔中心平面。找正時先測量鍵槽插刀切削刃的寬度及工件某一外圓直徑，再計算鍵槽插刀刀尖與外圓上母線高度h。如圖3所示。

圖3 找正示意圖 圖4 鍵槽加工圖樣

可得出公式：

h=D/2-L/2

式中，h為待測量高度；D為帶輪凸臺直徑；L為鍵槽插刀刃寬。

通過墊刀片調(diào)整，夾緊插刀后用深度千分尺測量h尺寸，保證所測得數(shù)據(jù)與計算結(jié)果相等。

三、數(shù)控程序編制與加工

工件及刀具找正后，下一步就是數(shù)控加工程序的編制及加工。不同數(shù)控系統(tǒng)其加工程序可能會略有不同，但復(fù)合固定循環(huán)指令G71功能是一樣的。如有一皮帶輪（如圖4所示），需加工寬度為6mm的普通平鍵鍵槽。本文擬用系統(tǒng)為GSK928TE2、型號為CK6130的廣州數(shù)控車床加工其孔內(nèi)鍵槽。鍵槽插削加工程序編制如下：

T0101 調(diào)刀具號

G0 X23 Z10 刀具快速移動到加工起始點

G71 U0.03 R3 調(diào)用復(fù)合固定循環(huán)指令，每次加工深度0.03mm，每次退刀3mm

G71 P1 Q2 U0 W0 F3000 X、Z方向加工余量均為0，加工進給速度為3000mm/min

N1G1 X26.4 N1～N2是復(fù)合固定循環(huán)加工輪廓線

N2Z-36

G0 X50 快速退刀到X50，Z10的坐標(biāo)

Z100 快速退刀到X50，Z100的坐標(biāo)

M30 程序結(jié)束

輸入加工程序、對刀、輸入各項參數(shù)、模擬加工等步驟后方可進行加工。加工過程可根據(jù)實際加工情況調(diào)整進給倍率，加工完后對鍵槽深度進行測量，如出現(xiàn)讓刀導(dǎo)致鍵槽深度尺寸不夠，需修改參數(shù)再進行補加工，以保證深度尺寸符合要求。

四、結(jié)語

用數(shù)控車床可以加工普通平鍵孔內(nèi)鍵槽，同樣也可加工孔內(nèi)切向鍵鍵槽。除此之外，利用X軸、Z軸兩軸聯(lián)動，還可完成鍵槽底面有1：100斜度的孔內(nèi)楔鍵鍵槽的加工。數(shù)控車床能解決因缺少孔內(nèi)鍵槽加工設(shè)備而遇到孔內(nèi)鍵槽加工的難題，而且此法不需要復(fù)雜的刀具及專用的工裝夾具，加工成本低。由于數(shù)控車床屬于精度較高的機床，插削鍵槽過程工作臺驅(qū)動電動機頻繁正反轉(zhuǎn)及加工產(chǎn)生的沖擊，長時間插削加工會影響數(shù)控車床的加工精度，因此此法只適合單件、少件的孔內(nèi)鍵槽插削加工。

參考文獻：

[1]方沂.數(shù)控機床編程與加工[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005.

[2]張寶林.數(shù)控技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997.

[3]張樹森.機械制造工程學(xué)[M].沈陽：東北大學(xué)出版社，2004.

（作者單位：廣西石化高級技工學(xué)校）