單體多齒部零件的機加工工藝優化

王海濤+張晨+李越超+劉駿

摘 要：介紹了一種兼具漸開線花鍵和普通圓柱齒形的非單一幾何特征的單體零件的高效加工工藝，該工藝基于六軸數控花鍵銑床的深度開發和應用，巧妙地將兩道工序合二為一，大幅提高了生產效率。

關鍵詞：多齒部結構；花鍵銑；工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.016

1 概述

本文提及的單體多齒部結構零件，顧名思義即：單個零件同時具備兩個或兩個以上的齒部結構，比如同時具備漸開線花鍵齒形和普通的圓柱齒形（如圖1所示5127958從動軸）。鑒于這類零件的結構特征，能夠更好地滿足機械傳動系統的要求，對于精簡設備結構，減少零件數量具有很大的促進作用。隨著農機行業的持續發展，拖拉機齒輪作為整機的配套零部件，其發展勢頭也不可小覷，單體工件多齒部結構這類復雜的零件將會越來越多。以我公司5127958從動軸（如圖1所示）為例，工件本體齒部結構由左端的漸開線花鍵和右端的圓柱齒形兩種結構形式組成，傳統的工藝路線是將上述兩部分內容分成兩道工序：第一道工序，加工左端的漸開線花鍵，選用的加工設備為常規的花鍵銑床；第二道工序，加工右端的圓柱直齒，選用的加工設備為滾齒機。初始的工藝路線較為復雜，而且還涉及到零件在各工序件的流轉，因此工期較長。但是使用六軸數控花鍵銑機床，恰到好處地利用其自動竄刀的特點，采取合理的裝夾方式和數控程序的優化，可以在一臺機床上一次性完成左端漸開線花鍵和右端滾齒的加工，簡化了加工步驟，同時大大提高生產效率。

2 基于YK6020型六軸數控花鍵銑的工藝優化

2.1 YK6020型六軸數控花鍵銑簡介

該機床采用滾銑切削方法，可以加工各種齒形的直/斜齒花鍵軸、直/斜齒圓柱齒輪類工件，也可滾銑直/斜齒的聯軸齒輪，并可加工錐度花鍵及臺階齒輪。適用于汽車傳動零部件、拖拉機、齒輪加工等相關機械制造行業的成批、大批量的花鍵軸、傳動軸及齒輪零件生產，具有較寬廣的滾刀變速范圍：從200-1200轉無級可調，可以成倍地提高切削效率。配合新型的硬質合金滾刀可以進行工件的高效率/高速風冷干式切削，具有高速/高效率的特點，從而實現綠色制造。該機床采用了FANUC series 0i-F的六軸數控系統，性能可靠，穩定性高。機床控制軸數為軸，分別為：

（1）Z軸（a22/3000）---床鞍軸向移動：1500mm

（2）X軸（a22/3000）---銑頭箱徑向移動：160mm

（3） C軸（a22/3000）--工作臺主軸圓周進給：（0-360°連續，最高轉速200 r/min）

（4）Y軸（a8B/2000）--刀架滑板移動： （0-230 mm）

（5）A軸（a8/2000）-- 銑頭體角度調整： （±45°）

（6）B軸（a15/6000）---刀具主軸：（ 轉速范圍200-1200 r/min）

Z軸、X軸同時采用了α22型的交流伺服電機作為軸向及徑向的進給驅動，Y軸、A軸分別采用了α8B型和α8型的交流伺服電機作為滾刀刀架切向移動及滾刀刀架周向的角度調整驅動，B軸、C軸分別采用了α15型和α22型的交流主軸電機及交流伺服電機作為滾刀主軸和工作臺的驅動。可以在數控系統的控制下，完成B軸-C軸聯動的（B-C電子齒輪箱）工件齒數分割功能、X軸-Z軸聯動的插補功能以及Y軸的刀架自動竄刀以及A軸的刀架自動角度調整功能。機床規格及參數如下：

最大工件回轉直徑φ250mm、最大工件加工長度650mm、最大工件加工直徑φ200mm、最大加工模數5、機床頂尖距750 mm 、工作臺的中心高370 mm、銑頭體旋轉角度范圍±45°、刀具中心與工件中心距20-180mm、尾架頂尖的最大伸出距離70mm、尾架體的最大移動距離600mm、滾刀的最大安裝規格φ130×230m、滾刀的刀桿安裝規格φ22，φ27，φ30、φ40、滾刀的刀桿安裝規格φ22，φ27，φ30、φ40、刀具主軸的轉速范圍（無級）200-1200r/min、刀架滑板的最大竄刀量0-230 mm、刀具主軸錐孔莫氏5 、工作臺主軸錐孔莫氏5、架頂尖主軸錐孔莫氏5?？梢赃x擇“順銑”或“逆銑”的切削方式。

2.2 工藝方案

圖1所示5127958從動軸是典型的單體多齒部零件：具有漸開線花鍵和滾齒兩種加工內容的存在，加工設備選用YK6020型六軸數控花鍵銑機床，利用該設備自動竄刀的特點，在機床上一次性完成漸開線花鍵和滾齒的加工。

刀具選用：選用模數m2.65 、壓力角α30°和模數m3.25 、壓力角α20°的高效數控刀，選用φ27的刀桿，在機床刀架位置一次裝夾兩把數控刀，保證上下刀臺跳動≤0.015mm，前后頂尖≤0.01mm。

數控程序設置：銑花鍵程序—竄刀程序—滾齒程序—竄刀程序—銑花鍵程序（循環）。

切削參數設置：

漸開線花鍵部：刀具轉速S=380r/mm ， 進給量f=30mm/min

滾齒部：刀具轉速S=330r/mm ， 進給量f=10mm/min

通過實際的試加工，單件及批量生產驗證，該零件漸開線花鍵和滾齒兩齒部經檢驗各項尺寸及形位公差均達到圖紙技術要求和使用要求，尤其值得肯定的是滾齒部齒面光潔度達到了Ra1.6以上。

3 結語

通過有針對性地研究YK6020型六軸數控花鍵銑機床的特點和加工范圍，結合5127958從動軸零件的結構，選用了合理的刀具，經多次優化數控程序，最終在一次裝夾下實現了一臺設備加工兩道工序，從實際上驗證了該機床加工能力的多樣性。該方案在實際生產中得到了廣泛應用，大幅提高了生產效率，綜合生產成本亦隨批量加大而有效降低，同時為日后加工同類型的零件提供了可供參考的經驗。

作者簡介：王海濤（1983-），男，河南洛陽人，助理工程師，研究方向：農用拖拉機。