数控铣床加工深孔圆弧花键槽的一种新方法

2014-11-22敖竹青熊兴荣

机械工程师 2014年1期

敖竹青，熊兴荣

（德州大陆架石油工程技术有限公司，山东德州 253034）

1 零件分析

花键槽一般用于回转体类零件的周向固定起传递扭矩和转矩的作用。花键槽的位置可以在轴上，也可以在孔内。对于内孔里的花键槽，通常采用插削、拉削、刨削、铣削、线切割等方法来加工。工艺上具体采用哪种方法，需要根据工件的尺寸大小、精度技术要求、产品批量，以及现有的加工设备等相关因素来确定。

某公司需要加工一批零件，材质为35CrMo，调质后的硬度为290～320HBW。该工件的外径为φ150 mm，长为1 000 mm，在距离端面200 mm 处φ110 mm 的孔内均布了的4 个45°的花键槽，槽深5 mm，槽长120 mm，槽的表面粗糙度为Ra6.3。此零件具有以下特点：1）该加工零件较长，常用的插床、拉床的行程达不到要求。2）花键槽槽底为圆弧，排除了采用车床等的手动加工方式。要实现花键槽槽底的圆弧，必须使用数控机床。3）花键槽所处位置较深，由于铣头的限制，市面上常规的刀杆长度无法满足加工需求，需要定制和自制加长刀杆。

综合上述情况，为降低成本、缩短加工周期、提高效率，决定充分利用现有的乔友FD18-22 数控龙门铣床进行加工。该设备既可以进行立铣，也可以进行侧铣（设备附件配有一直角铣头）。在该内孔花键槽的加工中，采用侧铣。

2 加工方案的确定及实施

2.1 加工工艺设计

零件的加工工艺会直接影响加工精度和加工效率，制定合理的加工工艺和工艺措施是零件加工的关键。通过对零件的特征进行分析，在充分考虑加工效率和加工质量的情况下，铣工序分为粗铣、半精铣和精铣；根据铣刀自身的特点，则需要增加清根这一工序，具体如表1 所示。

表1 加工工艺设计

2.2 夹具的设计

对于该工件的装夹，不但需要保证工件的稳定可靠，还需要保证工件的轴线位置不变，以保证轴槽的中心平面通过轴线。对工装的总体要求是不仅要满足限制工件自由度的要求，而且还要有好的刚性、稳定性和精度。主要原理是通过V 型铁和压板，用导杆和螺母将工件固定在工作台上。

2.3 加工刀具的选择

因工件的孔径小于直角铣头的尺寸，铣头装入常规刀具后无法进入孔内进行加工，所以在铣削过程中需要使用特制的加粗加长刀杆来加工。

铣刀按结构可分为整体式、焊接式、镶齿式和可转位式。由于可转位刀片在粗铣时，吃刀量大，可转位刀片切削性能好，换刀时间短，而且可转位刀片是标准化和集中生产的，刀片几何参数易于一致，切屑控制稳定，因此粗铣和半精铣时，选用可转位式铣刀。

在加工过程中，用来粗铣和半精铣的粗铣刀以D35（R0.8）为设计基础，用以精铣的精铣刀则以D16（R0.8）为设计基础，进行改进设计：一方面将刀杆加长加粗，满足深孔加工时的其长度和刚性需求；另一方面增加排屑空间，具体如图1 和图2 所示。

图1 粗铣刀

图2 精铣刀

在精铣过程中，当槽的深度大于100 mm 时，会因为抗刀而形成锥度，可以利用磨头加工清除锥度。现采用φ20 mm的磨头（材质为砂布）。在使用过程中对磨头进行改进设计，重新设计加长刀杆，再通过螺纹将磨头与刀杆连接。

2.4 工件的装夹

首先将V 型铁（必须成对）置于铣床工装台上，再将工件置于V 型铁上，然后把压板置于工件上，最后用垫片、螺母将穿过压板的T 型螺栓进行锁紧固定。装夹过程中，需用杠杆百分表找正：一是保证工件的上素线与工作台台面平行；二是保证其侧素线与工作台纵向进给方向平行；三是保证工件的前端面与后端面平行。具体如图3 所示。