銑削花鍵與滾花鍵加工中的工藝要求與夾具改進(jìn)解決方法

花鍵軸是機(jī)械傳動(dòng)的一種，用來(lái)傳遞機(jī)械扭矩，通過(guò)鍵槽的齒合保持跟軸的同步旋轉(zhuǎn)。由于花鍵軸的加工技術(shù)要求比較高，所以制造工藝比較復(fù)雜。常用的有滾切、銑削和磨削等加工方法。下文針對(duì)銑削花鍵與滾花鍵加工中的工藝要求，提供夾具設(shè)計(jì)以及改進(jìn)的思路。

Part．1 銑削花鍵軸夾具設(shè)計(jì)

1、方案的確定

軸類零件在精加工時(shí)宜采用兩中心孔定位，既符合基準(zhǔn)重合原則又方便安裝符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。采用一頂芯軸和后頂座兩頂芯式定位，限制5個(gè)自由度，并配以一彈簧加緊片加緊，以及一分度裝置和夾具體支撐。夾具體和機(jī)床的連接同樣設(shè)計(jì)為T型槽的連接。

2、定位基準(zhǔn)的選擇

在軸的加工中，零件各外圓表面，錐孔、螺紋表面的同軸度，端面對(duì)旋轉(zhuǎn)軸線的垂直度是其相互位置精度的主要項(xiàng)目，這些表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一般都是軸的中心線。所以選擇以傳動(dòng)軸兩端面的中心孔為定位基準(zhǔn)，采用兩頂尖定位裝夾的方式來(lái)設(shè)計(jì)夾具，如下圖1所示。

圖1 夾具機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

其中，夾具體和機(jī)床采用定位鍵定位的方式，即在夾具體底部安裝兩個(gè)定位鍵，這樣保證了工件在機(jī)床上的精確定位，減少偶然誤差。

3、夾具零件的設(shè)計(jì)

3．1夾具體底座的設(shè)計(jì)

夾具體底座通常采用鑄造的方式，另外，由于夾具的前后兩頂尖的底座與夾具體底座的連接同樣采用的是螺栓連接，為保證頂尖中心線與夾具體之間的定位精度，兩者之間的定位方式采用導(dǎo)軌定位的方式，即，在夾具體底座上加工出一導(dǎo)軌，方便兩頂尖與夾具體底座的精確定位。

3．2兩頂尖支撐架的設(shè)計(jì)

兩頂尖的支撐架是連接兩頂尖與夾具體的，兩頂尖底座的三維效果圖如圖2、圖3。

圖2 前頂尖底座

圖3 后頂尖底座

3．3分度裝置的設(shè)計(jì)

此夾具為花鍵的銑削的專用夾具，需要一回轉(zhuǎn)式的分度裝置，回轉(zhuǎn)式的分度裝置選擇于《現(xiàn)代機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》，由夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖中看出分度裝置的的具體結(jié)構(gòu)。

3．4夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

由于此花鍵的銑削力比較小，夾緊機(jī)構(gòu)采用的是彈簧片加緊方式夾緊，使夾緊力滿足切削的要求。圖4為最后的夾具裝配體圖。

圖4 夾具三維裝配圖

Part．2 薄壁細(xì)長(zhǎng)外花鍵軸加工夾具改進(jìn)

薄壁細(xì)長(zhǎng)花鍵軸的加工是一項(xiàng)工藝難題，加工工藝流程的優(yōu)劣直接影響著零件加工質(zhì)量。傳統(tǒng)的加工工藝流程為備料→數(shù)車→深孔鉆→研內(nèi)孔→外磨→車環(huán)槽→研頂尖→滾花鍵→熱處理→磁粉探傷→檢驗(yàn)。如此將外花鍵安排在熱處理前加工，熱處理后往往出現(xiàn)變形現(xiàn)象，無(wú)法保證零件精度。

通過(guò)對(duì)零件（如圖5）的特性和加工難點(diǎn)進(jìn)行分析，我們對(duì)加工工藝進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，同時(shí)對(duì)滾齒夾具的設(shè)計(jì)應(yīng)用一種過(guò)定位的設(shè)計(jì)思想，以增加夾具的剛度和定位精度。

圖5 零件簡(jiǎn)圖

1、加工零件難點(diǎn)分析

（1）外圓的3處環(huán)槽結(jié)構(gòu)使零件最薄處壁厚僅為1．7mm，降低了整體剛度，且加工過(guò)程中容易出現(xiàn)振刀、讓刀現(xiàn)象，使加工精度及表面粗糙度難以保證。

（2）滾花鍵加工找正困難。使用傳統(tǒng)定位方式壓緊后零件變形較大，平均每件找正時(shí)間約為30min。為防止零件從夾具上拆下后產(chǎn)生嚴(yán)重變形，采用低進(jìn)給速度進(jìn)行切削，造成生產(chǎn)效率低。

2、改進(jìn)工藝流程

改進(jìn)后加工流程為：備料→熱處理→數(shù)車→深孔鉆→研內(nèi)孔→外磨→研頂尖→滾花鍵→車環(huán)槽→磁粉探傷→檢驗(yàn)。

3、滾花鍵夾具的改進(jìn)

改進(jìn)工藝流程的核心思想是在淬硬狀態(tài)下完成零件的機(jī)械加工，這就需要夾具設(shè)計(jì)滿足工件定位的穩(wěn)定、可靠，要有足夠的承載力或夾緊力，并做到裝夾快速、便捷。改進(jìn)前與改進(jìn)后的夾具如下圖所示。

圖6 改進(jìn)前夾具圖

圖7 改進(jìn)后夾具圖

3．1夾具具體改進(jìn)措施

（1）優(yōu)化夾具整體剛度。改進(jìn)前，夾具結(jié)構(gòu)為分體式，定位軸和底座分別加工后再配裝并由螺栓緊固，定位精度和整體剛度都難以保證；改進(jìn)后，夾具由整根棒料進(jìn)行加工，在滿足機(jī)床走刀中心高的前提下盡量降低夾具總高，避免了因夾具懸伸過(guò)長(zhǎng)而出現(xiàn)振刀、讓刀等現(xiàn)象。

（2）改良定位心軸。改進(jìn)前，夾具依靠分段式心軸、軸端臺(tái)階面定位，螺母墊圈壓緊，3處定位面的誤差累積經(jīng)長(zhǎng)度方向放大，導(dǎo)致零件找正困難；改進(jìn)后，夾具改用整體式直心軸，調(diào)整與零件配合間隙，將兩端平面改為錐面，以過(guò)定位方式裝夾零件，降低了找正難度，使零件在滾花鍵過(guò)程中相對(duì)夾具更加穩(wěn)定。

（3）調(diào)整壓緊方式。改進(jìn)前，夾具靠旋緊螺母帶動(dòng)墊圈壓緊，由于制造精度低、壓緊力不均勻，導(dǎo)致壓緊后零件發(fā)生撓曲變形；改進(jìn)后，夾具改用螺母帶動(dòng)錐套壓緊——錐套與定位心軸無(wú)間隙滑配。經(jīng)驗(yàn)證，壓緊后零件齒坯外圓全跳動(dòng)≤0．015mm，有效保證了壓緊力的均勻性。

小結(jié)

通過(guò)優(yōu)化加工工藝方案，改良了夾具結(jié)構(gòu)和定位方式，更新了傳統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)和夾具設(shè)計(jì)理念，解決了薄壁細(xì)長(zhǎng)外花鍵軸加工質(zhì)量差、生產(chǎn)效率低的難題。經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用，使得該零件加工時(shí)間大幅降低，單件找正時(shí)間也由30min降至約15min，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，為類似零件的加工提供了理論及實(shí)踐基礎(chǔ)。

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