轴类零件90°键槽的加工方法研究

2014-12-25罗震刘春伟周晓军党柏焘金鑫

机械工程师 2014年12期

关键词：轴端立铣刀轴类

罗震，刘春伟，周晓军，党柏焘，金鑫

（宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡721002）

0 引言

在石油钻采设备中有许多的轴类产品涉及到90°双键结构，在进行装配时经常存在键、槽错位无法装配、工件损伤甚至报废等情况，返修率较高。这些主要是由于键槽对称度和双键间的位置度难以进行精确控制，无法达到精度要求而导致的。

键的两侧面是工作面，单键槽加工中需要注意的是键槽的对称度。在90°位置度要求的双键连接中，除对键槽本身有上述要求外，还对双键间的位置度提出要求，如何保证键槽本身加工精度及双键间位置度要求成为加工中需要主要考虑的因素。

一般含90°键槽结构的轴类零件如图1所示。

图1 带有90°键槽的轴类零件

1 加工设备

在绞车滚筒轴、转盘驱动装置输入轴等大型轴类零件上均涉及到90°键槽结构。常规采用铣削加工，目前我公司可加工该大型轴类零件键槽的设备有龙门铣、W200、W250HD镗铣床、数控龙门镗铣床等，其配套刀具有立铣刀、加长立铣刀、键槽铣刀等。

2 工件的定位与装夹

带有90°键槽的轴类零件加工时通常采用V形铁或分度头装夹定位。

V形铁装夹的优点是装卸方便，但轴的直径尺寸偏差会使轴的中心高发生变动，往往会对键槽的形位公差产生影响，因此采用V型铁装夹时对前面的磨削工序有较高要求。V形铁放置的轴向距离按轴上相同尺寸的外圆的位置决定，如果轴上没有相同尺寸的外圆，则在相距键槽加工位置较近的不同外圆处支V形铁，同时根据轴径尺寸差计算，在一端V形铁的两侧V形面上同时加垫等高垫片。

利用分度头装夹工件则比较精确，具体方法是：工件一端用三爪卡盘夹紧，另一端用顶尖顶住，轴的中心不会因为外圆直径的变化而发生变化，即轴的直径尺寸不会影响键槽的对称性。

工件装夹后，操作人员通过找正轴外圆的顶母线来保证工件放置水平，通过找正轴外圆的侧母线来保证工件放置方向与进给方向平行。

3 键槽的加工方法

轴上键槽有敞开式键槽（即键槽的一端或两端都是敞开的）和封闭式键槽两类，其加工步骤如下：

3.1 选择铣刀

一般选用比槽宽尺寸小2～5 mm的键槽铣刀或立铣刀进行加工。考虑铣刀摆动误差会扩大槽宽尺寸和刀具磨损，应分为粗铣刀和精铣刀。

3.2 对中心

即调整槽的中心、铣刀中心及轴中心线重合。方法是：首先把铣刀调整到大致在工件的中心位置上，在工件表面粗铣一键槽后，用直角量尺靠平母线，测量键槽两边到相应量尺的距离，对比两边距离，理论上两边距离是应该相同的，如果测量值不相同，则适当调整铣刀位置，同时注意控制键槽宽度。

3.3 加工方法

因为铣削键槽属于对称加工，在切削过程中一面属于顺铣、另一面属于逆铣，顺铣一侧的表面粗糙度相对于逆铣一侧的表面粗糙度好，对于键槽两侧面粗糙度要求较高的轴类零件，采用直接成形的方法显然是不合理的。一般我们在加工此类轴时，使用比键槽宽度小4 mm左右的立铣刀进行粗、精加工。在进刀时多采用预钻孔的方法。如果采用键槽铣刀铣削时，因键槽铣刀的刀齿较少，所以加工时铣刀的转速应该较高（与相同直径的立铣刀比较），键槽铣刀的端面齿可直接向下走刀进行切削（相当于钻削）,所以在轴上也可以不需进行预钻孔便能直接铣出键槽。但是键槽铣刀向下走刀时的进给量应很小，一般用手动控制。如果键槽较长时可用T形刀及三面刃铣刀在槽的中间部分铣出一道槽来（铣时应注意不能铣到两端的R处），然后再用立铣刀进行铣削，这样可以保护立铣刀的端面齿。铣削时应注意槽宽与轴中心线的对称性。

490°位置度找正方法

在加工完一个键槽后，需要重新装夹工件加工另一键槽。如何确定工件是否旋转到90°成为保证两键槽间垂直度的关键。由于键槽宽度较窄，找正键槽底面时存在较大误差，不能成为工件的找正基准。目前现场操作人员确定工件是否摆正至90°的方法是：在同一平面内，用高划尺配合百分表分别测量键槽两侧面到工作台的高度及轴的上下两点到工作台的高度，如图2所示，理论上来说，如果L1-L2＝L3-L4，则表示工件旋转到90°，但是这种方法测量误差较大，精度不高，操作繁琐。

图2

为便于操作，提高精度，我们采用在轴端加设一工艺找正块的方法，其结构如图3、图4所示。工作原理：在轴端上固定一找正块，其找正面与所加工键槽的侧面垂直或平行，找正块通过连接盘与轴连接，连接盘通过4个轴端连接孔与工件的轴端进行固定（通常工件轴端都有4个螺孔），再通过2个螺栓将找正块固定在连接盘上，在找正块表面上，按照工件精度要求，找正工件上、侧母线跳动≤0.01 mm，找正块平面全长跳动≤0.005 mm，找正合适后用压板将轴压紧在工作台上。然后用立铣刀分粗、精铣加工同一母线上多个键槽，达到图纸要求；再将工件转动90°，以同样方法找正轴母线和找正块，加工另一母线上多个键槽。找正块基准面（两面）需要精密磨削以保证找正精度要求；连接盘用来转换找正块与轴向键槽的相对位置，轴端上已有的螺孔，用于工件和找正块的相对位置准确。该方法同样适用于180°分布的键槽加工。使用该方法的优点是：结构简单，便于加工制造，操作灵活、方便，使用安全。