矩形外花鍵銑削宏程序

德州聯合石油機械有限公司（山東 253034) 侯祖剛

矩形花鍵多用于傳遞轉矩并經常滑移的軸箍聯接，需要專用的加工設備和成形刀具。以前，老師傅總結出一套萬能銑床銑削外花鍵的步驟和方法，因為工藝復雜，刀具刃磨困難，未能大范圍普及應用。在數控機床快速發展的今天，我公司充分發揮先進設備優勢，利用加工中心和普通立銑刀加工圖1中的非標矩形花鍵，取得了很好的效果，節省費用。

圖1

1.工藝準備及操作步驟

外花鍵經車床加工后，大徑已達到圖樣尺寸，銑花鍵就是加工花鍵的小徑和鍵齒部分。使用設備為四軸立式加工中心，旋轉軸為平行于工作臺的數控分度頭，旋轉中心與X軸重合，設定為A軸，重復定位精度0.02°，基本上可以滿足外花鍵的加工要求。

矩形外花鍵以小徑定心。鍵齒沿圓周均布，兩側面相互平行，旋轉軸分度定位后，與一般的平鍵銑削沒有太大的區別。相比之下，小徑是花鍵銑削的難點，尺寸公差和圓度要求都比較嚴格。專業加工時常使用成形拉刀或者鋸片銑刀，顯然，這兩種刀具都無法應用在數控銑床上，只能用立銑刀來代替。根據宏程序中曲線擬合曲面的原理，將小徑等分成若干條曲線來加工，即可達到圓弧面的效果。此時有兩種刀具路徑可供選擇，一種是沿花鍵軸向銑削，分度頭旋轉進給，每次移動固定的角度值。一種是沿圓周方向銑削，X軸平移進給，每次移動固定的距離值。表面上看，沿圓周方向銑削只需旋轉軸運動即可獲得很好的圓弧表面。其實不然，受刀具半徑的影響，在鍵齒兩側會出現半圓形的加工死角，清根也無濟于事。軸向銑削時，銑刀切削刃與花鍵小徑保持切線接觸 (刀位點與工件軸線重合)，得到的是一段多棱柱表面，近似于圓弧表面，雖然存在一定的形狀誤差，但整體輪廓度較好。權衡利弊，最終確定軸向銑削的刀具路徑。

此時又遇到一個難題，既工件旋轉進給時，銑刀與兩側的鍵齒發生干涉。即使銑刀的直徑再小，旋轉起來也是一個圓柱體。以左側刀刃編程，右側刀刃會與鍵齒發生干涉;以右側刀刃編程，左側刀刃也會與鍵齒發生干涉;以刀具中心編程，兩側都會發生干涉。這個技術難題，成為立銑刀不可以直接加工矩形花鍵的瓶頸，困擾了數控工人很多年，今天，終于被我們攻克。

解決方法:工件預先旋轉一定的角度，使鍵齒根部的Y軸坐標與工件軸線重合。選用合適的立銑刀，先以刀具的左側刀刃編程，緊貼小徑圓弧面的左側齒根做軸向往復銑削，旋轉軸帶動工件做增量進給的同時，銑刀沿Y軸移動一段補償距離S(S=刀具直徑/旋轉軸增量進給次數)，循序漸進，銑削到右側鍵齒時，刀具逐步由左側刀刃銑削改變為右側刀刃銑削。最后一刀旋轉軸精確定位，以刀具的右側刀刃編程，緊貼小徑圓弧面的右側齒根做軸向銑削。問題迎刃而解，這就是編程的巧妙之處。

2.銑削步驟及宏程序

圖2

(1)粗銑花鍵 (見圖2)，選用φ16mm硬質合金立銑刀，從小徑圓弧面的中間點下刀，粗銑三刀，快速去除大部分余量。變量設置:#24=15(X軸銑削起點)，#21=-150(X軸銑削終點)，#25=15(鍵齒寬度/2+銑刀半徑)，#26=4.8(Z軸銑削深度)，#1=22.5(A軸定位角度)。

(2)精銑鍵齒 (見圖3)，選用φ12mm硬質合金立銑刀，采用輪廓銑削路徑和刀具半徑補償來保證鍵齒寬度。變量設置:#24=15(X軸銑削起點)，#21=-150(X軸銑削終點)，#26=5.5(Z軸銑削深度)，#25=6(鍵齒寬度/2)，#1=0(A軸定位角度)。

圖3

(3)精銑小徑 (見圖4)，選用φ12mm硬質合金立銑刀，軸向銑削，旋轉軸增量進給的同時刀具沿Y軸做移動補償。變量設置:#1=8.5(A軸起始角度)，#2=1(A軸步進值)，#3=29.2(小徑圓弧夾角)，#4=FIX［#3/#2］ =29(增量進給次數)，#5=12(銑刀直徑)，#6= ［#5/#4］ =0.414(Y軸步進值)，#7=0(計數器)，#24=15(X軸銑削起點)，#21=-150(X軸銑削終點)，#26=5.0(Z軸銑削深度)，#25=#5/2=6(銑刀半徑)。

圖4

3.圓度誤差計算

軸向銑削花鍵小徑時，旋轉軸的增量步進值設定為1°比較合理，加工表面非常接近于φ90mm小徑外圓，反映在工件表面上是沿圓周均布的長條狀直紋面，雖然有輕微的刀痕，但摸上去沒有高低不平的峰谷。通過計算，圓度誤差僅有0.02mm，小于圖樣規定的小徑尺寸公差，如果花鍵的精度較高，可適當減小旋轉軸的增量步進值，改善圓度誤差，或者采用表面拋光的方法，去除刀痕，修磨小徑至圖樣表面粗糙度值要求。

4.結語

經成品檢驗和現場組裝，花鍵加工質量完全符合圖樣技術要求，加工中心功能強大，宏程序短小精悍，非常適合小批量矩形花鍵的銑削，實際應用中只需改變程序中的刀具半徑和相應變量，即可達到通用的效果。