在普通车床上加工小孔多线渐开线螺旋内花键
1 引言 随着科技与生产的发展，渐开线螺旋花键副越来越广泛地应用于各种传动机构，在使用过程中，螺旋内花键较易磨损，属易损件。对于大孔多线渐开线螺旋内花键，可在插齿机或其它设备上加工；但小孔多线渐开线螺旋内花键的加工较为困难，虽有厂家在专用拉床上进行拉削加工，但对于单件、小批量加工既不经济又耗费工时。我们在对螺旋类零件加工理论和工艺多年研究的基础上，提出一种在普通车床上加工小孔多线渐开线螺旋内花键的方法。本文就该方法涉及的导程计算、花键分线、主轴降速、刀具刃形计算、刃磨与装刀等作一介绍. 2 特殊螺纹导程的实现 对于特殊螺纹和非标螺纹的导程，通常可采用专用挂轮法予以实现。本加工方法原则上不制造专用挂轮，而是利用普通车床本身的功能来实现。以C620-1车床为例，我们将车床铭牌上的螺距调配表由原来的138种螺距补充和扩展至近千种。如普通车床挂轮箱的调整空间较大，允许增加新的挂轮组合，还可增加更多螺距。通过重新组合车床现有挂轮上的几个传动齿轮，可得到新的挂轮比，利用它们之间的关系可求出更多新的螺距值。如C620-1普通车床原速比为42/100 和32/97，通过交换速比主动轮可得到新的速比42/97 和32/100，据此可得到一组新的螺距值。对于个别用上述方法不易实现的特殊导程，可采用更换一个主动轮或从动轮的单挂轮法予以解决。 3 多线螺纹的分线方法 加工大导程螺旋内花键时，如所选车床主轴齿轮的齿数可被内花键的线数整除，则主轴分线法为最佳分线方法。该方法简便、高效且分线质量较高。如被加工多线螺旋内花键的齿距可被车床丝杠螺距整除，可直接用车床丝杠开合螺母进行分线(但该方法有一定局限性)。如以上两种方法均不能满足被加工螺旋内花键的导程，则可在粗车时采用丝杠开合螺母和小刀架修正的组合方法进行粗分线，然后在精车光刀时采用挂轮分线法进行分线。对于小导程的螺旋内花键，可借助量块和百分表校准分线。 4 车床主轴降速方法 加工大导程螺旋零件时，需要降低车床主轴转速。降速方法可根据被加工螺旋内花键的导程和材料机械性能，本着操作简便、经济可靠的原则进行选取。对于高硬度材料的螺旋内花键加工，在C620-1车床上加工螺距调配表中的公制(螺距26～48mm)、英制(13/32～3/4)、模数(6.5～12)和径节(1 5/8～3)四种螺纹时，为实现主轴降速，只需将走刀箱的手柄C由位置Ⅱ变换到位置Ⅰ，其它手柄位置不变，即可将主轴转速降低4倍。对于导程为100～200mm、采用一般材料的螺旋内花键加工，可将车床电动机上的V型带轮直径减小1/2，则主轴转速可随之降低1/2，获得较合理的切削速度。对于导程＞200mm的螺旋内花键加工，可采用减速器减速，如图1所示。如条件许可，也可利用双速电机进行降速车削。
图1 减速器减速示意图 5 刀具刃形计算、刃磨和安装 由于小孔多线渐开线螺旋内花键的端截面齿形为渐开线，法截面齿形为非渐开线的特定曲线，因此在车削加工时，采用径向装刀(平行于端面装刀)方式的车刀刃形与采用法向装刀方式的车刀刃形是不同的，前者为渐开线，可通过仿形加工直接加工出工件的渐开线端面齿形；而后者则需通过刃磨将刀刃修磨成特定曲线，以保证法向装刀切削时可获得正确的渐开线端面齿形。 多线渐开线螺旋内花键的大导程和大螺旋升角给刀具刃形的正确修磨带来一定困难。为此，我们设计了车刀刃形计算程序，程序框图如图2所示。利用该程序可计算出径向装刀和法向装刀时的车刀刃形点坐标，并可拟合出车刀刃形，齿形精度可通过增减拟合点数加以控制。
图2 车刀刃形计算程序框图 根据车刀刃形计算数据，可制作刀具刃形样板、并据此刃磨精车刀的刃形(粗车刀的刃磨可由操作者自行处理)。如加工现场有合适的直齿渐开线花键插齿刀，可直接用于制作径向装刀的车刀刃形样板，从而省略车刀刃形计算步骤。如被加工花键精度等级不高(9级以下)，且螺旋角不大(b＜30°)，则法向装刀的车刀刃形可按直齿渐开线花键用当量齿数Zv计算，计算公式为Zv=Z/cos3b式中Z为渐开线花键齿数。该方法加工出的齿形为近似齿形，且齿形误差随螺旋角b的增大而增大。由于径向装刀切削和法向装刀切削所用车刀刃形不同，因此各自的装刀方法也不相同。法向装刀时，由于车刀两刃口不等高，因此需用百分表或万能量角仪进行测量调试，以保证刀具安装正确；径向装刀时，只需使车刀对准中心即可。 6 加工中应注意的问题 由于车床的丝杠与螺母之间存在间隙，车削加工时可能影响工件的尺寸精度及表面质量，尤其在加工大导程、大螺旋升角的螺旋内花键零件时，往往会因“让刀”现象而无法车削。因此车削时必须注意花键两侧面的加工顺序，以消除间隙影响。精车加工时，应先将花键同一方向侧面的齿形逐一加工完成后再加工另一方向侧面的齿形。为提高车刀的耐用度和散热性，切削时可使用适量切削液。 7 结语 我们采用本方法加工小孔多线渐开线螺旋内花键(m=2.5mm，Z=10，a=30°，b=45°，导T=111.071mm)，加工精度完全可满足零件图纸要求，加工效果良好。加工实践证明，本加工方法简便可靠，实用性强，可大大降低对加工设备的要求，适用于各类型加工企业，尤其适合单件、小批量生产。
图1 减速器减速示意图 5 刀具刃形计算、刃磨和安装 由于小孔多线渐开线螺旋内花键的端截面齿形为渐开线，法截面齿形为非渐开线的特定曲线，因此在车削加工时，采用径向装刀(平行于端面装刀)方式的车刀刃形与采用法向装刀方式的车刀刃形是不同的，前者为渐开线，可通过仿形加工直接加工出工件的渐开线端面齿形；而后者则需通过刃磨将刀刃修磨成特定曲线，以保证法向装刀切削时可获得正确的渐开线端面齿形。 多线渐开线螺旋内花键的大导程和大螺旋升角给刀具刃形的正确修磨带来一定困难。为此，我们设计了车刀刃形计算程序，程序框图如图2所示。利用该程序可计算出径向装刀和法向装刀时的车刀刃形点坐标，并可拟合出车刀刃形，齿形精度可通过增减拟合点数加以控制。 图2 车刀刃形计算程序框图 根据车刀刃形计算数据，可制作刀具刃形样板、并据此刃磨精车刀的刃形(粗车刀的刃磨可由操作者自行处理)。如加工现场有合适的直齿渐开线花键插齿刀，可直接用于制作径向装刀的车刀刃形样板，从而省略车刀刃形计算步骤。如被加工花键精度等级不高(9级以下)，且螺旋角不大(b＜30°)，则法向装刀的车刀刃形可按直齿渐开线花键用当量齿数Zv计算，计算公式为Zv=Z/cos3b式中Z为渐开线花键齿数。该方法加工出的齿形为近似齿形，且齿形误差随螺旋角b的增大而增大。由于径向装刀切削和法向装刀切削所用车刀刃形不同，因此各自的装刀方法也不相同。法向装刀时，由于车刀两刃口不等高，因此需用百分表或万能量角仪进行测量调试，以保证刀具安装正确；径向装刀时，只需使车刀对准中心即可。 6 加工中应注意的问题 由于车床的丝杠与螺母之间存在间隙，车削加工时可能影响工件的尺寸精度及表面质量，尤其在加工大导程、大螺旋升角的螺旋内花键零件时，往往会因“让刀”现象而无法车削。因此车削时必须注意花键两侧面的加工顺序，以消除间隙影响。精车加工时，应先将花键同一方向侧面的齿形逐一加工完成后再加工另一方向侧面的齿形。为提高车刀的耐用度和散热性，切削时可使用适量切削液。 7 结语 我们采用本方法加工小孔多线渐开线螺旋内花键(m=2.5mm，Z=10，a=30°，b=45°，导T=111.071mm)，加工精度完全可满足零件图纸要求，加工效果良好。加工实践证明，本加工方法简便可靠，实用性强，可大大降低对加工设备的要求，适用于各类型加工企业，尤其适合单件、小批量生产。
