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摘要：提出一種在普通車床上加工小孔多線漸開線螺旋內花鍵的工藝方法，介紹了導程計算、花鍵分線、主軸降速、刀具刃形計算及裝刀等方法。

1 引言

隨著科技與生產的發展，漸開線螺旋花鍵副越來越廣泛地應用于各種傳動機構，在使用過程中，螺旋內花鍵較易磨損，屬易損件。對于大孔多線漸開線螺旋內花鍵，可在插齒機或其它設備上加工；但小孔多線漸開線螺旋內花鍵的加工較為困難，雖有廠家在專用拉床上進行拉削加工，但對于單件、小批量加工既不經濟又耗費工時。我們在對螺旋類零件加工理論和工藝多年研究的基礎上，提出一種在普通車床上加工小孔多線漸開線螺旋內花鍵的方法。本文就該方法涉及的導程計算、花鍵分線、主軸降速、刀具刃形計算、刃磨與裝刀等作一介紹。

2 特殊螺紋導程的實現

對于特殊螺紋和非標螺紋的導程，通常可采用專用掛輪法予以實現。本加工方法原則上不制造專用掛輪，而是利用普通車床本身的功能來實現。以C620-1車床為例，我們將車床銘牌上的螺距調配表由原來的138種螺距補充和擴展至近千種。如普通車床掛輪箱的調整空間較大，允許增加新的掛輪組合，還可增加更多螺距。通過重新組合車床現有掛輪上的幾個傳動齒輪，可得到新的掛輪比，利用它們之間的關系可求出更多新的螺距值。如C620-1普通車床原速比為42/100 和32/97，通過交換速比主動輪可得到新的速比42/97 和32/100，據此可得到一組新的螺距值。對于個別用上述方法不易實現的特殊導程，可采用更換一個主動輪或從動輪的單掛輪法予以解決。

3 多線螺紋的分線方法

加工大導程螺旋內花鍵時，如所選車床主軸齒輪的齒數可被內花鍵的線數整除，則主軸分線法為最佳分線方法。該方法簡便、高效且分線質量較高。如被加工多線螺旋內花鍵的齒距可被車床絲杠螺距整除，可直接用車床絲杠開合螺母進行分線(但該方法有一定局限性)。如以上兩種方法均不能滿足被加工螺旋內花鍵的導程，則可在粗車時采用絲杠開合螺母和小刀架修正的組合方法進行粗分線，然后在精車光刀時采用掛輪分線法進行分線。對于小導程的螺旋內花鍵，可借助量塊和百分表校準分線。

4 車床主軸降速方法

加工大導程螺旋零件時，需要降低車床主軸轉速。降速方法可根據被加工螺旋內花鍵的導程和材料機械性能，本著操作簡便、經濟可靠的原則進行選取。對于高硬度材料的螺旋內花鍵加工，在C620-1車床上加工螺距調配表中的公制(螺距26～48mm)、英制(¹³/₃₂～³/₄)、模數(6.5～12)和徑節(1 ⁵/₈～3)四種螺紋時，為實現主軸降速，只需將走刀箱的手柄C由位置Ⅱ變換到位置Ⅰ，其它手柄位置不變，即可將主軸轉速降低4倍。對于導程為100～200mm、采用一般材料的螺旋內花鍵加工，可將車床電動機上的V型帶輪直徑減小1/2，則主軸轉速可隨之降低1/2，獲得較合理的切削速度。對于導程>200mm的螺旋內花鍵加工，可采用減速器減速，如圖1所示。如條件許可，也可利用雙速電機進行降速車削。

圖1 減速器減速示意圖

5 刀具刃形計算、刃磨和安裝

由于小孔多線漸開線螺旋內花鍵的端截面齒形為漸開線，法截面齒形為非漸開線的特定曲線，因此在車削加工時，采用徑向裝刀(平行于端面裝刀)方式的車刀刃形與采用法向裝刀方式的車刀刃形是不同的，前者為漸開線，可通過仿形加工直接加工出工件的漸開線端面齒形；而后者則需通過刃磨將刀刃修磨成特定曲線，以保證法向裝刀切削時可獲得正確的漸開線端面齒形。

多線漸開線螺旋內花鍵的大導程和大螺旋升角給刀具刃形的正確修磨帶來一定困難。為此，我們設計了車刀刃形計算程序，程序框圖如圖2所示。利用該程序可計算出徑向裝刀和法向裝刀時的車刀刃形點坐標，并可擬合出車刀刃形，齒形精度可通過增減擬合點數加以控制。

圖2 車刀刃形計算程序框圖

>根據車刀刃形計算數據，可制作刀具刃形樣板、并據此刃磨精車刀的刃形(粗車刀的刃磨可由操作者自行處理)。如加工現場有合適的直齒漸開線花鍵插齒刀，可直接用于制作徑向裝刀的車刀刃形樣板，從而省略車刀刃形計算步驟。如被加工花鍵精度等級不高(9級以下)，且螺旋角不大(b<30°)，則法向裝刀的車刀刃形可按直齒漸開線花鍵用當量齒數Z_v計算，計算公式為Z_v=Z/cos³b式中Z為漸開線花鍵齒數。該方法加工出的齒形為近似齒形，且齒形誤差隨螺旋角b的增大而增大。由于徑向裝刀切削和法向裝刀切削所用車刀刃形不同，因此各自的裝刀方法也不相同。法向裝刀時，由于車刀兩刃口不等高，因此需用百分表或萬能量角儀進行測量調試，以保證刀具安裝正確；徑向裝刀時，只需使車刀對準中心即可。

6 加工中應注意的問題

由于車床的絲杠與螺母之間存在間隙，車削加工時可能影響工件的尺寸精度及表面質量，尤其在加工大導程、大螺旋升角的螺旋內花鍵零件時，往往會因“讓刀”現象而無法車削。因此車削時必須注意花鍵兩側面的加工順序，以消除間隙影響。精車加工時，應先將花鍵同一方向側面的齒形逐一加工完成后再加工另一方向側面的齒形。為提高車刀的耐用度和散熱性，切削時可使用適量切削液。

7 結語

我們采用本方法加工小孔多線漸開線螺旋內花鍵(m=2.5mm，Z=10，a=30°，b=45°，導程T=111.071mm)，加工精度完全可滿足零件圖紙要求，加工效果良好。加工實踐證明，本加工方法簡便可靠，實用性強，可大大降低對加工設備的要求，適用于各類型加工企業，尤其適合單件、小批量生產。

東華大學 張珂 王生澤 中國一拖集團有限公司 張小亮