拉削键槽时侧面粗糙度的影响因素分析

□ 郭 峰 □ 程晓芳

陕西国防工业职业技术学院 西安 710300

1 键槽与键槽拉刀

目前，键槽的加工有拉削和插削两种方法。拉削与插削相比，效率高，所以在大批量加工键槽时，常常使用拉削方法。键槽拉刀按照拉削方式的不同，分为分层式、同廓式和综合式。分层式键槽拉刀因为制造简单、刀具成本低、拉削质量较高等原因，在生产实际中经常使用。

孔内键槽用来与普通平键联结配合，其作用为传递扭矩或限定位置。在安装和使用键槽联结时，对内键槽侧面的表面质量要求较高。

键槽拉刀的结构参数设计合理与否，直接影响到被加工键槽的表面质量，影响键槽表面质量的主要因素有齿升量、侧隙角、侧隙修光刃长度等。以下分别分析这三者对被加工键槽表面质量的影响规律。

2 齿升量和侧隙角对理论粗糙度的影响规律

齿升量是拉刀每齿所完成的切削任务在齿高方向上的尺寸，也可以认为是拉刀上后一齿比前一齿在齿高方向上的增高量。本文研究的齿升量是指切削齿的齿升量，齿升量是拉刀的重要设计参数和结构参数，它对加工质量、拉刀长度、刀具制造成本等影响很大。齿升量太大，加工质量不高；太小，拉刀长度太长，增加刀具成本。实际生产中，齿升量一般为0.06～0.08mm。

侧隙角为拉刀刀齿副切削刃与主切削刃夹角的余角，也是拉刀侧刃与键槽侧面的夹角。侧隙角太小，刀齿侧面与键槽侧面摩擦变大；侧隙角太大，刀齿根部强度降低。

如图1所示，齿1为前一齿，齿2为后一齿，两齿切削过后留下横截面为直角三角形的残留面积。残留面积在键槽侧面的高度为拉削的理论表面粗糙度值。

由残留面积横截面的直角三角形几何关系得出理论表面粗糙度：

式中：af为齿升量；β为侧隙角。

▲图1 齿升量和侧隙角对残留面积的影响

▲图2 侧隙修光刃长度小于齿升量时的残留面积

▲图3 侧隙修光刃长度大于或等于齿升量时的残留面积

由此可见，在不增加侧隙修光刃的前提下，齿升量增大，理论粗糙度也增大；反之，齿升量减小，理论粗糙度减小。侧隙角增大，理论粗糙度也增大；反之，侧隙角减小，理论粗糙度减小。齿升量对理论表面粗糙度的影响是正比的，侧隙角与理论表面粗糙度的关系是正切函数关系。

3 侧隙修光刃长度对理论粗糙度的影响规律

侧隙修光刃是拉刀副切削刃上侧隙角为零的一小段，其长度的大小对键槽侧面粗糙度影响很大。侧隙修光刃太长，拉刀侧刃与键槽侧面摩擦加剧；侧隙修光刃太短，则起不到修光刃的作用。

根据侧隙修光刃长度b与齿升量af的关系，可分两种情况分析，即 b＜af和 b≥af。

（1） b＜af，如图 2 所示，当侧隙修光刃长度小于齿升量时，前齿和后齿切过会留下一个较小的残留面积。根据残留面积直角三角形中的几何关系，得出理论表面粗糙度为：

由式（2）可以看出，当 b＜af时，侧隙修光刃长度越大，键槽侧面理论粗糙度值越低；反之，理论粗糙度的值越高。

（2）b≥af，如图3所示，当侧隙修光刃长度大于或等于齿升量时，不会留下残留面积。

4 结论

拉削键槽时，影响键槽侧面粗糙度的刀具结构参数有：齿升量、侧隙角、侧隙修光刃长度。齿升量和侧隙角通过函数关系Ra=aftanβ来影响键槽侧面理论粗糙度。当侧隙修光刃长度小于齿升量时，其通过函数关系Ra=（af-b）tanβ来影响键槽侧面理论粗糙度值。当侧隙修光刃长度大于或等于齿升量时，理论上表面粗糙度值可达到最佳值。

［1］陆剑中， 孙家宁.金属切削原理与刀具 （第四版）［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［2］袁哲俊，刘华明.金属切削刀具设计手册：拉刀（单行本）［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［3］张东初，裴旭明.加工工艺对表面粗糙度及疲劳寿命的影响［J］.中国机械工程，2003，14（16）:1374-1377.

［4］于雷.拉削键槽的缺陷及消除［J］.长春工程学院学报（自然科学版），2001（2）:30-31.

［5］阳恒钊.键槽拉刀改进设计［J］.内燃机，2005(3):20-21,26.