利用数控铣床加工深孔圆弧花键槽

德州大陆架石油工程技术有限公司 (山东 253034) 敖竹青 熊兴荣

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，可以采用插削、拉削、刨削、铣削及线切割等方法来加工。具体用哪种方法，在工艺的选择上，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来确定。

公司需要加工一批工件，长1000 mm，在距离端面200 mm 处，均匀分布了45°的4 个花键槽，槽深5 mm，槽长120 mm，槽的表面粗糙度值为Ra=6.3 μm，材质为35CrMo，调质后的硬度为290～320 HBW。

通过对该工件的特征进行分析可知:①加工工件较长，常用的插床、拉床的行程达不到要求。②内孔槽为圆弧，这就排除了采用车床等的加工方式。要实现槽底的圆弧，必须使用数控机床。③内孔较深，市面上常规刀杆长度无法满足需求，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(该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

(1)加工工艺设计。通过对零件的分析，铣工序可以分为粗铣、半精铣、精铣和清根4 个步骤(见表1)。

表1 加工工艺设计

(2)夹具的设计。工件的外径为φ150mm，长度为1000 mm，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 形铁和压板，用导杆和螺母将工件固定在工作台上。

(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利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、镶齿式及可转位式。粗铣和半精铣时，可以选用可转位式铣刀，主要考虑到:一是粗铣时，吃刀量大;二是可转位刀片切削性能好;三是换刀时间短;四是由于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。

加工中，用以粗铣和半精铣的粗铣刀是以D35 mm (R0.8 mm)为设计基础，用以精铣的精铣刀则以D16 mm (R0.8 mm)为设计基础，从而进行改进设计:一是将刀杆加长加粗，满足深孔加工时的其长度和刚性需求;二是增加排屑空间。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，可以选用φ20 mm 的磨头(材质为砂布)。在使用过程中需要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联接。

(4)工件的装夹。首先将V 形铁(必须成对)置于铣床工装台上，再将工件置于V 形铁上，然后把压板置于工件上，最后用垫片、螺母将穿过压板的T 形螺栓进行锁紧固定。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。

图3 工件的装夹

(5)加工路径。在进行加工之前，要确定加工工件的起始点，以确定工件的加工轨迹。具体如图4 所示。

图4 加工路径

(6)切削用量的确定。铣削时合理地选择铣削用量，对保证零件的加工精度与加工表面质量，提高生产效率，提高铣刀的使用寿命，降低生产成本等都有重要的作用。通过反复的试验和论证，铣削切削用量的选取如表2 所示。

表2 铣削切削用量的选取

3.结语

实践证明，采用上述方法，满足了产品的加工需求。利用企业现有的数控铣床加工深孔圆弧花键槽，通过实际生产，其适用性、经济性得到了有力的证明。在拉、插、线切割等方法无法解决的情况下，为深孔圆弧花键槽的加工提供一种新的解决方案。