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在铣床上如何铣矩形齿花键轴?铣矩形齿花键轴的加工方法

时间:2020-08-26 21:19 点击次数:

矩形齿花键轴是机械设备中广泛应用的零件之一。批量生产花键轴一般是在专用设备上加工的。单件及小批量生产时,通常在卧式铣床或立式铣床上利用分度头进行铣削加工。通过对花键轴的铣削,对进一步熟悉分度头的使用具有很重要的意义。

5.1.1 相关工艺知识

1.花键轴知识

(1)花键连接简介

在机械传动中由花键轴和花键孔组成花键连接。花键连接是传递转矩和运动的同轴偶件,是一种可以传递较大转矩和定心精度较高的连接形式。在机床、汽车等机械的变速箱中,大都采用花键齿轮套与花键轴配合的滑移作为变速传动,其应用十分广泛。

在花键中,按齿廓形状不同可分为矩形花键和渐开线花键两类,其中矩形花键的齿廓呈矩形,加工容易,应用更为广泛。矩形花键连接的定心(花键副工作轴线位置的限定)方式有三种:内径定心、外径定心和键侧定心,如图1所示。
铣床加工矩形花键连接的定心方式

成批、大量的外花键(花键轴)在花键铣床上用花键滚刀按展成原理加工,这种加工方法具有较高的加工精度和生产率,但必须具备花键铣床和花键滚刀。在单件、小批量生产或缺少花键铣床等专用设备的情况下,常在铣床上利用分度头装夹,分度铣削矩形齿花键

(2)矩形齿花键的加工方法

用铣床铣削花键轴,主要适用于单件生产或维修,也用于以外径定心的矩形齿花键轴及以键侧定心的矩形齿花键轴的粗加工,这类花键轴的外径或键侧精度通常由磨削加工来保证。在铣床上对花键轴键侧面的铣削方法主要有三面刃铣刀铣削法和成型铣刀铣削法两种。成型铣刀制作起来比较困难,所以通常情况下,多采用三面刃铣刀铣削键侧面,铣削时可分为单刀铣削和组合铣刀铣削。

当键侧精度要求较高、加工花键轴的数量较多时,可用硬质合金组合铣刀盘铣削键侧。硬质合金组合铣刀盘上共有两组铣刀头,每组两把,其中一组为铣键侧用,另一组为加工花键两侧倒角用。每组刀的左右刀齿肩距离及中心位置均可根据键宽或花键倒角的大小及位置调整。

工件的精铣余量一般为0.15~0.20mm。铣削速度可选取120m/min 以上,进给速度可选取150~375mm/min。精铣后的键侧表面粗糙度Ra为1.60~0.80μm,一定程度上可代替花键磨床的加工。

2.铣削花键轴

(1)选择刀具与切削用量

加工花键轴,铣床选用三面刃铣刀铣键侧,如图2(a)所示;锯片铣刀粗铣;成型刀头精铣小径圆弧,如图2(b)所示。
铣床铣花键轴示意图

三面刃铣刀的直径应尽可能小。用单个铣刀铣键侧时,对于齿数小于6的花键,一般无须考虑铣刀的宽度。当齿数多于6时,过大的铣刀宽度将使铣刀与花键轴的邻齿干涉,因此,三面刃铣刀的宽度应小于小径上两齿间的弦长。

(2)装夹并校正工件

铣床安装好分度头及其尾座后,采用“一夹一顶”的方式装夹工件。先校正工件两端的径向圆跳动,然后校正工件上素线与工作台台面平行、侧素线与工作台纵向进给方向平行。

(3)铣矩形键侧

① 划线。在工件端面划线,划出工件的中心线和键宽线。

② 装夹工件。

③ 铣床对刀。手动分度头将工件上划有键宽的线转至工件上方,并与铣刀相对,通过试切,对正铣刀中心。调整三面刃铣刀使其端面刃距键宽线一侧约0.3~0.5mm。开动机床,上升工作台,使铣刀轻轻划过工件。然后纵向退出工件,根据侧吃刀量ae(切深值)调整工作台上升量H。工作台上升量H可按下式调整:

式中 H——工作台上升量;

D——花键外径;

d——花键内径。

④ 试铣。按H值上升工作台,即确定铣削键齿的深度。试铣削键侧。

⑤ 铣床铣出一个键侧面。试铣后把90°角尺的尺座紧贴工作台面,尺苗侧面紧靠工件一侧。测量键侧距尺苗的水平距离S。在理论上,水平距离S与其外径D和键宽b的关系为:

式中 S——尺苗的水平距离;

D——外径;

b——键宽。

实测尺寸若与理论值不相符,则按差值重新调整横向工作台位置,再次试铣后重新测量,直至符合要求。若齿侧还要进行精铣工序,则调整时可考虑单侧留出0.15~0.2mm的余量。

⑥ 铣出所有齿同一面齿侧面。铣出一个齿的侧面后,锁紧横向工作台,依次分度定位,逐一铣出各齿同一面齿侧面。

⑦ 铣出另一面齿侧面。完成键齿同一侧面的铣削后,将工作台横向移动一个距离A,如图3所示,铣削键齿的另一侧面,通过试切,达到加工要求。

由图3可知,工作台移动距离A与铣刀宽度B和键宽b的关系为:

铣床铣削花键步骤图

⑧ 铣床铣出所有齿另一面齿侧面。铣出一个齿的另一侧面后,锁紧横向工作台,依次分度定位,逐一铣出各齿另一面齿侧面。

(4)矩形外花键检测

检测外花键的方法与检测键槽的方法基本相同,在单件和小批量生产时,使用千分尺检测键的宽度,用千分尺检测小径,等分精度由分度头保证,必要时可用百分表检测外花键键侧的对称度,如图4(a)所示,在成批和大量生产中,可用如图4(b)所示的综合量规检测。检测时,先用千分尺或卡规检测键宽,在键的宽度不小于最小极限尺寸的条件下,以综合量规能通过为合格。
铣床加工矩形外花键检测

(5)铣小径圆弧面

① 锯片铣刀粗铣。矩形齿之间的槽底有凸起余量,需用厚度2~3mm的细齿锯片铣刀,把槽底修铣成接近圆弧的折线槽底面。

铣床用锯片铣刀铣削小径圆弧时,应先将铣刀对准工件的中心,然后将工件转过一个角度,调整好切削深度,开始铣削槽底圆弧面。铣槽底面时每完成一次切削,将工件转过一个角度后再次铣削。每次工件转过的角度越小,铣削进给的次数就越多,槽底就越接近圆弧面。

② 成型刀头精铣。用锯片铣刀粗铣小径圆弧后,用成型刀头精铣槽底圆弧面。将成型刀头通过专用的刀夹装夹在铣刀轴上。成型刀头需要对中心,使圆弧刀头以花键轴的轴线为中心。其方法是使花键两肩部同时与刀头圆弧接触,即刀头对正中心。刀头对中后将工件转过1/2个花键等分角,使花键轴小径与成型刀头圆弧相对。

启动铣床主轴之前应先手动转动主轴,而成型刀刃不碰工件,然后将主轴转速调至300r/min,启动主轴,试铣圆周上相对的两段小径圆弧,然后用千分尺检测槽底圆弧直径。尺寸符合要求后,铣削其余各段小径圆弧。

3.检验

在单件、小批量生产中,一般用通用量具(游标卡尺、千分尺和百分表等)对花键轴各单一检测要素的偏差进行检测。

在铣床大批量生产中,对花键轴的检验则通过综合量规和单项止端量规相结合的方法。用综合量规可同时检验内径、外径、键宽的尺寸,以及其位置尺寸等项目的综合影响,以保证花键的配合要求和安装要求。综合量规相当于通端卡规,因此还需与单项止端量规(卡板)共同使用。检验时若综合量规通端通过,而止端不通过,则花键合格。

矩形齿外花键加工质量如下表所示。

矩形齿外花键加工质量

 


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