軸類零件90°鍵槽的加工方法研究

羅震， 劉春偉， 周曉軍， 黨柏燾， 金鑫

（寶雞石油機械有限責任公司，陜西 寶雞721002）

0 引言

在石油鉆采設備中有許多的軸類產品涉及到90°雙鍵結構，在進行裝配時經常存在鍵、槽錯位無法裝配、工件損傷甚至報廢等情況，返修率較高。這些主要是由于鍵槽對稱度和雙鍵間的位置度難以進行精確控制，無法達到精度要求而導致的。

鍵的兩側面是工作面，單鍵槽加工中需要注意的是鍵槽的對稱度。在90°位置度要求的雙鍵連接中，除對鍵槽本身有上述要求外，還對雙鍵間的位置度提出要求，如何保證鍵槽本身加工精度及雙鍵間位置度要求成為加工中需要主要考慮的因素。

一般含90°鍵槽結構的軸類零件如圖1所示。

圖1 帶有90°鍵槽的軸類零件

1 加工設備

在絞車滾筒軸、轉盤驅動裝置輸入軸等大型軸類零件上均涉及到90°鍵槽結構。常規采用銑削加工，目前我公司可加工該大型軸類零件鍵槽的設備有龍門銑、W200、W250HD鏜銑床、數控龍門鏜銑床等，其配套刀具有立銑刀、加長立銑刀、鍵槽銑刀等。

2 工件的定位與裝夾

帶有90°鍵槽的軸類零件加工時通常采用V形鐵或分度頭裝夾定位。

V形鐵裝夾的優點是裝卸方便，但軸的直徑尺寸偏差會使軸的中心高發生變動，往往會對鍵槽的形位公差產生影響，因此采用V型鐵裝夾時對前面的磨削工序有較高要求。V形鐵放置的軸向距離按軸上相同尺寸的外圓的位置決定，如果軸上沒有相同尺寸的外圓，則在相距鍵槽加工位置較近的不同外圓處支V形鐵，同時根據軸徑尺寸差計算，在一端V形鐵的兩側V形面上同時加墊等高墊片。

利用分度頭裝夾工件則比較精確，具體方法是：工件一端用三爪卡盤夾緊，另一端用頂尖頂住，軸的中心不會因為外圓直徑的變化而發生變化，即軸的直徑尺寸不會影響鍵槽的對稱性。

工件裝夾后，操作人員通過找正軸外圓的頂母線來保證工件放置水平，通過找正軸外圓的側母線來保證工件放置方向與進給方向平行。

3 鍵槽的加工方法

軸上鍵槽有敞開式鍵槽（即鍵槽的一端或兩端都是敞開的）和封閉式鍵槽兩類，其加工步驟如下：

3.1 選擇銑刀

一般選用比槽寬尺寸小2～5 mm的鍵槽銑刀或立銑刀進行加工。考慮銑刀擺動誤差會擴大槽寬尺寸和刀具磨損，應分為粗銑刀和精銑刀。

3.2 對中心

即調整槽的中心、銑刀中心及軸中心線重合。方法是：首先把銑刀調整到大致在工件的中心位置上，在工件表面粗銑一鍵槽后，用直角量尺靠平母線，測量鍵槽兩邊到相應量尺的距離，對比兩邊距離，理論上兩邊距離是應該相同的，如果測量值不相同，則適當調整銑刀位置，同時注意控制鍵槽寬度。

3.3 加工方法

因為銑削鍵槽屬于對稱加工，在切削過程中一面屬于順銑、另一面屬于逆銑，順銑一側的表面粗糙度相對于逆銑一側的表面粗糙度好，對于鍵槽兩側面粗糙度要求較高的軸類零件，采用直接成形的方法顯然是不合理的。一般我們在加工此類軸時，使用比鍵槽寬度小4 mm左右的立銑刀進行粗、精加工。在進刀時多采用預鉆孔的方法。如果采用鍵槽銑刀銑削時，因鍵槽銑刀的刀齒較少，所以加工時銑刀的轉速應該較高（與相同直徑的立銑刀比較），鍵槽銑刀的端面齒可直接向下走刀進行切削（相當于鉆削）,所以在軸上也可以不需進行預鉆孔便能直接銑出鍵槽。但是鍵槽銑刀向下走刀時的進給量應很小，一般用手動控制。如果鍵槽較長時可用T形刀及三面刃銑刀在槽的中間部分銑出一道槽來（銑時應注意不能銑到兩端的R處），然后再用立銑刀進行銑削，這樣可以保護立銑刀的端面齒。銑削時應注意槽寬與軸中心線的對稱性。

490°位置度找正方法

在加工完一個鍵槽后，需要重新裝夾工件加工另一鍵槽。如何確定工件是否旋轉到90°成為保證兩鍵槽間垂直度的關鍵。由于鍵槽寬度較窄，找正鍵槽底面時存在較大誤差，不能成為工件的找正基準。目前現場操作人員確定工件是否擺正至90°的方法是：在同一平面內，用高劃尺配合百分表分別測量鍵槽兩側面到工作臺的高度及軸的上下兩點到工作臺的高度，如圖2所示，理論上來說，如果L1-L2＝L3-L4，則表示工件旋轉到90°，但是這種方法測量誤差較大，精度不高，操作繁瑣。

圖2

為便于操作，提高精度，我們采用在軸端加設一工藝找正塊的方法，其結構如圖3、圖4所示。工作原理：在軸端上固定一找正塊，其找正面與所加工鍵槽的側面垂直或平行，找正塊通過連接盤與軸連接，連接盤通過4個軸端連接孔與工件的軸端進行固定（通常工件軸端都有4個螺孔），再通過2個螺栓將找正塊固定在連接盤上，在找正塊表面上，按照工件精度要求，找正工件上、側母線跳動≤0.01 mm，找正塊平面全長跳動≤0.005 mm，找正合適后用壓板將軸壓緊在工作臺上。然后用立銑刀分粗、精銑加工同一母線上多個鍵槽，達到圖紙要求；再將工件轉動90°，以同樣方法找正軸母線和找正塊，加工另一母線上多個鍵槽。找正塊基準面（兩面）需要精密磨削以保證找正精度要求；連接盤用來轉換找正塊與軸向鍵槽的相對位置，軸端上已有的螺孔，用于工件和找正塊的相對位置準確。該方法同樣適用于180°分布的鍵槽加工。使用該方法的優點是：結構簡單，便于加工制造，操作靈活、方便，使用安全。

圖3

圖4

5 結語

在石油鉆采裝備中，有許多的軸類存在90°鍵槽的結構，部分軸類存在批量化生產的情況，本文中提出的采用工藝塊找正、加工鍵槽的方法已在我公司內部廣泛使用，可以有效地提高生產效率，降低工件的返修及損傷率，降低生產成本，提升90°鍵槽類產品的質量。

［1］ 李秀軍.180°對稱鍵槽的銑削措施［J］.機械工程師，2001（7）：53-54.

［2］ 王順軍，李伯奎.在立式銑床上加工內孔鍵槽［J］.機械工程師，2009（8）：134.

［3］ 王文爾.大型關鍵軸180°對稱鍵槽加工工藝及機床分析［J］.制造技術與機床，2011（2）：66-69.