细长轴端高精度矩形花键加工

工程技术研究与应用主持：李艳　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＳＩＣＨＵＡＮ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ　ＣＯＬＬＥＧＥ　细长轴端高精度矩形花键加工　罗飞侠，崔志国，谢　敏　（东方汽轮机有限公司，四川德阳６１８０００）　【摘　要］本文针对细长轴一端的高精度矩形花键加工进行了探讨，从矩形花键的结构特点和高加工精度　要求分析，分别提出了粗加工、精加工键齿及花键小径加工方案，在车铣复合机床上采用了两种编程方法　对该高精度细长轴端矩形花键进行精加工，并对试验结果进行检测对比，最终确定了该高精度矩形花键　的加工及编程方法。　【关键词】矩形花键；高精度；细长轴；车铣复合　中图分类号：ＴＨ１６１＋．５文献标识码：Ｂ文章编号：ＧＫＮ字０７—００３（２０１２）０２—０３９—０４　Ｔｈｅ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ　Ｓｐｌｉｎｅ　ｏｆ　Ｅｌｏｎｇａｔｅ　Ｓｈａｆｔ　Ｅｎｄ　ｗｉｔｈ　Ｈｉｇｈ　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｌｕｏ　Ｆｅｉｘｉａ，Ｃｕｉ　Ｚｈｉｇｕｏ，Ｘｉｅ　Ｍｉｎ　（Ｄｏｎｇｆａｎｇ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｄｅｙａｎｇ，Ｓｉｅｈｕａｎ　６１８０００　Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ　ｓｐｌｉｎｅ　ｏｆ　ｅｌｏｎｇａｔｅ　ｓｈａｆｔ　ｅｎｄ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．　Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｃｔａｎｇｌｅ　ｓｐｌｉｎｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｅｒｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｈｉｓｈ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｅ　ｐｌａｎ　ｏｆ　ｒｏｕｇｈ　ａｎｄ　ｆｉｎｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｓｈａｆｔ　ｇｅａｒ　ａｎｄ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐａｔｈ　ｏｆ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｐｌｉｎｅ．Ｗｅ　ｕｓｅ　ｔｗｏ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｉｌｌ－ｔｕｒｎ　ｔｏ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｔｈｅ　ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ　ｓｐｌｉｎｅ　ｏｆ　ｅｌｏｎｇａｔｅ　ｓｈａｆｔ　ｅｎｄ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．ａｎｄ　ｍａｋｅ　ｃｏｎｔｒａｓｔ　ｗｉｔｌｌ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ　ｗｅ　ａｓｃｅｒｔａｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｃｔａｎｇｕｌｒａ　ｓｐｌｉｎｅ　ｗ　ｈｉ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄ：ｒｅｃｔａｎｇｌｅ　ｓｐｌｉｎｅ；ｈｉｇｈ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ；ｅｌｏｎｇａｔｅ　ｓｈａｆｔ；ｍｉｌｌ—ｔｕｒｎ　四川工程职业技术学院学报第１　矩形花键加工现状　矩形花键相关国家标准均是针对小径定心，而由于　现阶段高精度矩形花键的加工，通常是采用铣　该细长轴端高精度矩形花键的特殊结构采用大径定　切或滚切成形，再磨削花键达到设计要求。在铣切　ｏ　加工矩形花键时，一般采用专门设计的Ｔ形槽铣　２细长轴端高精度矩形花键加工难点　刀，这种铣刀适合大批量专业化生产，针对中、小批　分析　量非专业化生产采用三面刃铣刀及片铣刀。对于无　该零件材质为２ＣｒＩ２ＮｉＭｏｌＷ１Ｖ，锻件并经调质　法磨削的高精度矩形花键加工，尚无参考资料。现行　处理，总长达１５５２．２ｒａｍ，花键处直径仅４２ｍｍ，长径　【收稿时１＂￣］２０１２—０５—１４　【作者简介】罗飞侠（１９８３一），女，东方汽轮机有限公司助理工程师；研究方向：中小件机械加工。　四川工程职业技术学院学报第二程技术研究与应用主持：李艳　比达３７倍，是典型的细长轴类零件，而矩形花键位　形花键无法采用我公司现有花键铣床、滚齿机等专　于该轴件的一端，其毛坯图如图１所示。从该花键　用设备加工。　的结构特点分析，由于轴件过长和结构限制，该矩　图１　矩形花键毛坯图　该矩形花键尺寸公差和位置公差都极为严格，　键齿两侧面对称度要求为０．００９ｍｌｎ，加工存在很大　键齿宽度公差为０．０２２ｍｍ，位置度要求为０．０２ｍｍ，　难度，如图２所示。　Ａ－Ａ　１：１　图２矩形花键加工圈　３细－Ｋ轴端高精度矩形花键的加３－　计　该细长轴端高精度矩形花键的加工重点是加　针对此细长轴端高精度矩形花键的结构特点和　工刀具的选型、切削参数的确定、加工方法的确定　加工难点，分别设计了矩形花键的粗加工方案，精加　以及数控程序的编制。根据对该花键结构分析和对　工方案和花键小径加工方案，在精加工方案和花键　公司现有设备情况调研结果，现拟在ＤＭＧ　ＣＴＸ　小径加工方案中分别采用两种方案来保证加工精度　ｇａｍｍａ２０００ＴＣ车铣复合机床上完成，程序编制采用　的要求。其具体加工方案如表１所示。　机床自带Ｓｉｅｍｅｎｓ　ＳｈｏｐＴｕｍ模块化编程系统。　在细长轴端高精度矩形花键加工中，粗加工采　３．１　细长轴端高精度矩形花键的加Ｔ方案设　用型腔铣削，用　５立铣刀进行粗铣开槽，键齿两　工程技术研究与应用主持：李艳　表１　矩形花键加工方案表　项目　方案一　方案二　粗加工　５立铣刀粗铣开槽，键齿两侧面及花键小径部分均留量Ｏ．２Ｏ—Ｏ．３０ｒａｍ　加工　精加工　用中５立铣刀以单个键齿中心为基准精铣两侧　用中５立铣刀以键槽中心为基准精铣键齿两侧　工序　面，达要求　面，达要求　花键小径精加工　专用铣刀精铣花键小径　用中３立铣刀精铣花键小径　冷却方式　采用水玲（高压内冷）　侧面及花键小径部分均留量０．２０～０．３０ｍｍ，然后通　齿两个侧壁程序，完成整个花键侧壁的精铣，加工路　过阵列铣削单个槽的程序来完成整个花键粗铣工　径如图４所示。　序，加工路径如图３所示。　（２）方案二。用　５立铣刀以键槽中心为基准，编　制精铣单个见槽内的键齿的两个侧壁程序，然后阵　列，完成整个花键侧壁的精铣。加工路径如图５所示。　图３粗铣加工路径　图４方案一精铣加工路径　图５方案二精铣加工路径　３．１．１矩形花键的精加工方案　３．１．２矩形花键的小径加工方案　在矩形花键的精加工方案中，设计了以下两种　在矩形花键的小径加工方案中，同样也设计了　加工方案：　两种加２１２方案：　（１）７ｚ案一。用　５立铣刀以单个键齿中心为基　（１）方案一。采用专用成型铣刀铣准花键小径，　准，编制精铣程序，精铣键齿两侧壁并保证两侧去量　专用成型铣刀如图６所示。　一致，以保证每个键齿的宽度以及单个键齿两侧壁　（２）方案二。用　３立铣刀进行插补铣削，精铣　的对称度要求。精加工各键齿侧面，阵列精铣单个键　花键小径。　罗飞侠，崔志国，谢　敏　细长轴端高精度矩形花键加工　四川工程职业技术学院学报第图５矩形花键小径专用铣刀２２２４—１５１　圈　四川工程职业技术学院学报第二工程技术研究与应用主持：敏　细长轴端高精度矩形花键加工　李艳　罗　飞　崔　在矩形花键粗、精及小径加工方案中，采用了　不同的刀具和切削用量，刀具和切削用量的对比如　表２所示。　表２刀具及切削用量对比表　奋　切削参数　项目　刀具品牌　规格　转速ｎ（ｒｐｍ）　进给ｆ（ｍｍ／ｍｉｎ）　切深口ｐ（ｍｍ）　粗加工　Ｋｅｎｄｕ　击５×１０　５００ｏ　８０　０．１　精加工　５Ｏ０ｏ　８０　０．Ｏ２　（方案一）专用铣刀　　小３０　６０ｏ　６０　槽底余量　花键小径加工　Ｋｆ青窭一　ｅｎｄｕ　由３×８　６０００　６０　０．１０　３．２细长轴端高精度矩形花键的检测方案　３．３细长轴端高精度矩形花键的加７－试验　在细长轴端高精度矩形花键的精加工过程中，使　首先，对编制完成的加工程序进行图形模拟，确　用的精加工刀具直径只有　５ｒａｍ，刚性较差，在铣削　认各处均无加工干涉后，再进行机床空运行模拟，以　键齿侧壁时还存在少许让刀现象，因而在每加工完毕　确认程序的正确性，避免在后期矩形花键的加工中　一个键齿时均采用公法线千分尺检测键齿宽度。　造成事故以及保证加工的顺利进行。　全部加工完毕后，用三坐标仪检测键齿宽度，　在加工中，通过用加工时间和加工精度对两种　单个键齿两侧面对称度以及各键齿的位置度。　加工方案进行了对比，其结果如表３所示。　表３试验结果对比表　对比项　项目　方案一　方案二　加工时间（ｈ）　精加工　２．５　２．５　花键小径加工　０．５　１　加精加工　三坐标检测，只有一个键齿宽度超差０．００３１ｍｍ，　公法线千分尺检测工精度　其余齿的位置度、对称度和齿宽均符合要求。　，键齿宽度超差。　花键小径加工　符合要求　粗糙度未达要求　从试验结果对比表中可以看出，细长轴端高精　点和精度要求进行了分析，制定了恰当的加工方案　度矩形花键的精加工及花间小径加工的两种加工　并进行了试验，最终确定了加工该矩形花键的加工　方案所用时间差距很小，而加工精度方案一远高于　及编程方法，即利用车铣复合机床先用　５立铣刀　方案二。　进行粗铣加工，然后用　５立铣刀精铣花键各键　精加工时，采用方案一加工矩形花键，每刀切　齿。精铣编程时需以每个键齿中心为基础准，保证　深一定不能大于０．０２ｍｍ，否则宽度尺寸和对称度都　键齿两侧均匀去量，花键小径的加工采用专用铣刀　很难保证。其加工结果经三坐标检测，只有一个键　２２２４－１５１。　齿宽度超差０．００３ｌｍｍ，其余齿的位置度、对称度和　在加工过程中应时刻监控刀具的磨损情况，及　齿宽均符合要求。刀具磨损是造成键齿宽度超差的　时更换新刀具，以防止因刀具磨损而导致加工花键　主要原因。采用方案二矩形花键精加工过程中，发　键齿的超差。　现刀具的快速磨损造成单个键齿宽度超差，严重影　响了加工精度。　参考文献　花键小径加工时采用方案一，使用矩形花键小　【１】范志明．应用小径定心矩形花键的认识、加工及检测【Ｊ】．机　径专用铣刀２２２４—１５　１，效果很好，各项均符合要求。　床与液压，２００４（５）　但采用方案二使用　３立铣刀进行插补铣削，加工　［２】高锦张等．矩形花键齿形成形研究［Ｊ】．锻压技术，２００６（６）　完毕后观测花键小径粗糙度较差，不满足表面粗糙　［３】任玉田等．机床计算机数控技术【Ｍ】．北京：北京理工大学出　度Ｒａ１．６要求。　版社．２ｏ０２　４　结束语　【４］王新忠．矩形花键加工误差分析【Ｊ】．机械研究与应用，２ｏ０６（２）　通过针对细长轴端高精度矩形花键的结构特　［５】薛佳楠．矩形花键，卜径定心加工工艺【Ｊ］．金属加工・冷加工，　２ＯＬＯ（４）