矩形外花键铣削宏程序

德州联合石油机械有限公司（山东 253034) 侯祖刚

矩形花键多用于传递转矩并经常滑移的轴箍联接，需要专用的加工设备和成形刀具。以前，老师傅总结出一套万能铣床铣削外花键的步骤和方法，因为工艺复杂，刀具刃磨困难，未能大范围普及应用。在数控机床快速发展的今天，我公司充分发挥先进设备优势，利用加工中心和普通立铣刀加工图1中的非标矩形花键，取得了很好的效果，节省费用。

图1

1.工艺准备及操作步骤

外花键经车床加工后，大径已达到图样尺寸，铣花键就是加工花键的小径和键齿部分。使用设备为四轴立式加工中心，旋转轴为平行于工作台的数控分度头，旋转中心与X轴重合，设定为A轴，重复定位精度0.02°，基本上可以满足外花键的加工要求。

矩形外花键以小径定心。键齿沿圆周均布，两侧面相互平行，旋转轴分度定位后，与一般的平键铣削没有太大的区别。相比之下，小径是花键铣削的难点，尺寸公差和圆度要求都比较严格。专业加工时常使用成形拉刀或者锯片铣刀，显然，这两种刀具都无法应用在数控铣床上，只能用立铣刀来代替。根据宏程序中曲线拟合曲面的原理，将小径等分成若干条曲线来加工，即可达到圆弧面的效果。此时有两种刀具路径可供选择，一种是沿花键轴向铣削，分度头旋转进给，每次移动固定的角度值。一种是沿圆周方向铣削，X轴平移进给，每次移动固定的距离值。表面上看，沿圆周方向铣削只需旋转轴运动即可获得很好的圆弧表面。其实不然，受刀具半径的影响，在键齿两侧会出现半圆形的加工死角，清根也无济于事。轴向铣削时，铣刀切削刃与花键小径保持切线接触 (刀位点与工件轴线重合)，得到的是一段多棱柱表面，近似于圆弧表面，虽然存在一定的形状误差，但整体轮廓度较好。权衡利弊，最终确定轴向铣削的刀具路径。

此时又遇到一个难题，既工件旋转进给时，铣刀与两侧的键齿发生干涉。即使铣刀的直径再小，旋转起来也是一个圆柱体。以左侧刀刃编程，右侧刀刃会与键齿发生干涉;以右侧刀刃编程，左侧刀刃也会与键齿发生干涉;以刀具中心编程，两侧都会发生干涉。这个技术难题，成为立铣刀不可以直接加工矩形花键的瓶颈，困扰了数控工人很多年，今天，终于被我们攻克。

解决方法:工件预先旋转一定的角度，使键齿根部的Y轴坐标与工件轴线重合。选用合适的立铣刀，先以刀具的左侧刀刃编程，紧贴小径圆弧面的左侧齿根做轴向往复铣削，旋转轴带动工件做增量进给的同时，铣刀沿Y轴移动一段补偿距离S(S=刀具直径/旋转轴增量进给次数)，循序渐进，铣削到右侧键齿时，刀具逐步由左侧刀刃铣削改变为右侧刀刃铣削。最后一刀旋转轴精确定位，以刀具的右侧刀刃编程，紧贴小径圆弧面的右侧齿根做轴向铣削。问题迎刃而解，这就是编程的巧妙之处。

2.铣削步骤及宏程序

图2

(1)粗铣花键 (见图2)，选用φ16mm硬质合金立铣刀，从小径圆弧面的中间点下刀，粗铣三刀，快速去除大部分余量。变量设置:#24=15(X轴铣削起点)，#21=-150(X轴铣削终点)，#25=15(键齿宽度/2+铣刀半径)，#26=4.8(Z轴铣削深度)，#1=22.5(A轴定位角度)。

(2)精铣键齿 (见图3)，选用φ12mm硬质合金立铣刀，采用轮廓铣削路径和刀具半径补偿来保证键齿宽度。变量设置:#24=15(X轴铣削起点)，#21=-150(X轴铣削终点)，#26=5.5(Z轴铣削深度)，#25=6(键齿宽度/2)，#1=0(A轴定位角度)。

图3

(3)精铣小径 (见图4)，选用φ12mm硬质合金立铣刀，轴向铣削，旋转轴增量进给的同时刀具沿Y轴做移动补偿。变量设置:#1=8.5(A轴起始角度)，#2=1(A轴步进值)，#3=29.2(小径圆弧夹角)，#4=FIX［#3/#2］ =29(增量进给次数)，#5=12(铣刀直径)，#6= ［#5/#4］ =0.414(Y轴步进值)，#7=0(计数器)，#24=15(X轴铣削起点)，#21=-150(X轴铣削终点)，#26=5.0(Z轴铣削深度)，#25=#5/2=6(铣刀半径)。

图4

3.圆度误差计算

轴向铣削花键小径时，旋转轴的增量步进值设定为1°比较合理，加工表面非常接近于φ90mm小径外圆，反映在工件表面上是沿圆周均布的长条状直纹面，虽然有轻微的刀痕，但摸上去没有高低不平的峰谷。通过计算，圆度误差仅有0.02mm，小于图样规定的小径尺寸公差，如果花键的精度较高，可适当减小旋转轴的增量步进值，改善圆度误差，或者采用表面抛光的方法，去除刀痕，修磨小径至图样表面粗糙度值要求。

4.结语

经成品检验和现场组装，花键加工质量完全符合图样技术要求，加工中心功能强大，宏程序短小精悍，非常适合小批量矩形花键的铣削，实际应用中只需改变程序中的刀具半径和相应变量，即可达到通用的效果。