利用數控銑床加工深孔圓弧花鍵槽

德州大陸架石油工程技術有限公司 (山東 253034) 敖竹青 熊興榮

1.零件分析

花鍵槽一般用于回轉體類零件的周向固定起傳遞扭矩和轉矩的作用。花鍵槽的位置可以在軸上，也可以在孔內。對于內孔里的花鍵槽，可以采用插削、拉削、刨削、銑削及線切割等方法來加工。具體用哪種方法，在工藝的選擇上，需要根據工件的尺寸大小、精度技術要求、產品批量以及現有的加工設備等來確定。

公司需要加工一批工件，長1000 mm，在距離端面200 mm 處，均勻分布了45°的4 個花鍵槽，槽深5 mm，槽長120 mm，槽的表面粗糙度值為Ra=6.3 μm，材質為35CrMo，調質后的硬度為290～320 HBW。

通過對該工件的特征進行分析可知:①加工工件較長，常用的插床、拉床的行程達不到要求。②內孔槽為圓弧，這就排除了采用車床等的加工方式。要實現槽底的圓弧，必須使用數控機床。③內孔較深，市面上常規刀桿長度無法滿足需求，需要定制和自制加長刀桿。綜合上述情況，為降低成本，縮短加工周期，提高效率，決定充分利用現有的喬友FD18—22 數控龍門銑床進行加工。該設備既可以進行立銑，也可以進行側銑(該設備附件配有一直角銑頭)。在該內孔花鍵槽的加工中，采用側銑。

2.加工方案的確定及實施

(1)加工工藝設計。通過對零件的分析，銑工序可以分為粗銑、半精銑、精銑和清根4 個步驟(見表1)。

表1 加工工藝設計

(2)夾具的設計。工件的外徑為φ150mm，長度為1000 mm，對于該工件的裝夾，不但需要保證工件的穩定可靠，還需要保證工件的軸線位置不變，以保證軸槽的中心平面通過軸線。對工裝的總體要求是不僅要滿足限制工件自由度的要求，而且還要有好的剛性、穩定性和精度。主要原理是通過V 形鐵和壓板，用導桿和螺母將工件固定在工作臺上。

(3)加工刀具的選擇。因工件的孔徑小于直角銑頭的尺寸，銑頭裝入常規刀具后無法進入孔內進行加工，所以在銑削過程中需要利用特制的加粗加長刀桿來加工。

銑刀按結構可分為整體式、焊接式、鑲齒式及可轉位式。粗銑和半精銑時，可以選用可轉位式銑刀，主要考慮到:一是粗銑時，吃刀量大;二是可轉位刀片切削性能好;三是換刀時間短;四是由于可轉位刀片是標準化和集中生產的，刀片幾何參數易于一致，切屑控制穩定。

加工中，用以粗銑和半精銑的粗銑刀是以D35 mm (R0.8 mm)為設計基礎，用以精銑的精銑刀則以D16 mm (R0.8 mm)為設計基礎，從而進行改進設計:一是將刀桿加長加粗，滿足深孔加工時的其長度和剛性需求;二是增加排屑空間。具體如圖1和圖2 所示。

圖1 粗銑刀

圖2 精銑刀

在精銑過程中，當槽的深度大于100 mm 時，會因為抗刀而形成錐度，可以利用磨頭加工清除錐度，可以選用φ20 mm 的磨頭(材質為砂布)。在使用過程中需要對磨頭進行改進設計，重新設計加長刀桿，再通過螺紋將磨頭與刀桿聯接。

(4)工件的裝夾。首先將V 形鐵(必須成對)置于銑床工裝臺上，再將工件置于V 形鐵上，然后把壓板置于工件上，最后用墊片、螺母將穿過壓板的T 形螺栓進行鎖緊固定。裝夾過程中，需用杠桿百分表找正:一是保證工件的上素線與工作臺臺面平行;二是保證其側素線與工作臺縱向進給方向平行;三是保證工件的前端面與后端面平行。具體如圖3 所示。

圖3 工件的裝夾

(5)加工路徑。在進行加工之前，要確定加工工件的起始點，以確定工件的加工軌跡。具體如圖4 所示。

圖4 加工路徑

(6)切削用量的確定。銑削時合理地選擇銑削用量，對保證零件的加工精度與加工表面質量，提高生產效率，提高銑刀的使用壽命，降低生產成本等都有重要的作用。通過反復的試驗和論證，銑削切削用量的選取如表2 所示。

表2 銑削切削用量的選取

3.結語

實踐證明，采用上述方法，滿足了產品的加工需求。利用企業現有的數控銑床加工深孔圓弧花鍵槽，通過實際生產，其適用性、經濟性得到了有力的證明。在拉、插、線切割等方法無法解決的情況下，為深孔圓弧花鍵槽的加工提供一種新的解決方案。