數控機（jī）床

摘要：對於中（zhōng）小批量的（de）花（huā）鍵生產而（ér）言，從專門滾齒工藝外包轉變為采用（yòng）內部多任務機床（chuáng）圓盤銑刀加工，有助於實現重型汽車行業花鍵供貨的快速周轉和靈活性。

      在齒輪加工探討（tǎo）中（zhōng），花鍵往往被忽略。但是，多數複雜的齒輪（lún）加工中的回轉要（yào）素也（yě）涉（shè）及到花鍵加工。花鍵在重型汽車（chē），礦山，建築施工，農業等大型（xíng）工程機械中都（dōu）很常用，但是他們沒有得到應有的重視，確實是一大遺憾。實際工（gōng）作中，花鍵無處不在，軸與軸之間（jiān）的旋轉運動傳遞便需要花鍵連（lián）接。在對負荷有要求（qiú）的情況下（例如重型（xíng）機械的（de）花鍵軸），需要采用很複雜的花鍵（不同槽型采用多齒花鍵軸），才能最（zuì）大限度地加大表麵接觸麵積，甚至從外花鍵向內花鍵（jiàn）分布重負荷。

      OEM（原始設備製造商）及其一級供（gòng）應商要求生產廠（chǎng）家提供高精度部（bù）件。這並非什麽新鮮事情，部（bù）件（jiàn）供應商（shāng）在生產重型汽車直接可使（shǐ）用的花鍵方麵，具（jù）有成熟（shú）的技術。為（wéi）滿足大批量生產規模（mó）生產效率的需要，人們已生（shēng）產出大量的傳統高速鋼（HSS）刀具（如花鍵（jiàn）軋製搓齒刀、滾刀、拉（lā）刀和剃齒刀）。但是，人們迫切希（xī）望解決的問題是增加（jiā）花鍵的靈活性。花（huā）鍵技術變革已經加快了（le）步（bù）伐，通常利（lì）用嶄新平台，新產品上市的速度比以（yǐ）前更快。但曆史上花鍵製造廠很難在如此小的零件上下工夫，更不用（yòng）說經常進（jìn）行設計改（gǎi）進。

傳統經驗中的內在缺陷

      對於每套花鍵的切深、結構（gòu）和形狀來說，幾乎都（dōu）有專門設計的高速鋼滾刀、拉刀或（huò）搓齒刀。對於單批量生產而言，如果（guǒ）是長期生產，那麽這些工藝很好，能夠按嚴（yán）格的規範生產出重複（fù）性非常高的產品。

      其缺（quē）點是滾刀配置過多、規格繁雜，需要重新修磨和重新塗層等日常維護保（bǎo）養工作，並且這些工作都（dōu）需要從機床上取下並送往廠外完成。花鍵生（shēng）產期間，工（gōng）廠隨時需要至少兩套同樣的HSS刀具，才能保證（zhèng）按計劃重磨／重新塗層及應對意外的事故。

      隨著重工業（yè）技術變革步伐加快，麵對各種規範或設（shè）計變化或需要製作（zuò）各種（zhǒng）各樣（yàng）的樣品時，保持靈活性的唯一（yī）方式是（shì）擁有全套形狀（zhuàng）和規格齊全的滾（gǔn）刀，適合所有應用。並且（qiě）在生產過程中，每樣刀具需要兩（liǎng）套。多年（nián）來，專業廠家的（de）花鍵和齒輪按行業分得很細，所以產品名目繁多。

小批量生產更靈活

      當今，增（zēng）強靈活性技術取得了跨越式發展，因為多軸多任務機床（chuáng）可采用圓盤銑刀完成以前長期（qī）隻能由滾刀、拉（lā）刀、花鍵軋製才能完成的工序（xù）。槽銑或盤銑花鍵外（wài）齒和內齒（chǐ）是（shì）加工（gōng）花鍵最經濟的方式。隨著成功研發多任務機床和刀片解決（jué）方案，可采（cǎi）用一把（bǎ）刀具完成多種工作。這對（duì）中小（xiǎo）批量（liàng）生產（chǎn）特別重要，這些生產往往要求在整個（gè）加工和（hé）處理過程中頻繁（fán）換刀（dāo）。因（yīn）為這些工廠的生產（chǎn）不成批量，往往是一個類型的花鍵生產100件，另一（yī）個類型生產200件，而不是同一零件生產10,000件。

      山特維克（kè）可（kě）樂滿的CoroMill 172圓盤銑刀對使用的機床類型很靈活，反映了多任務機（jī）床的（de）適用性。但是，對於給定的花鍵尺寸和齒數，需要采用專門的刀片。於是，客戶因為機（jī）床設計的靈活性（即多任（rèn）務（wù）機床、裝有從動刀具和Y軸的車床以（yǐ）及裝有旋轉工作台的加工中心）而強調滾刀的靈活性。

      例如，因為一台多任務機床便能完成整個零件的所有工（gōng）序，因此在加工花鍵時，無需分別采用車床和滾齒機（jī）床，或（huò）者，可采用配（pèi）有旋轉工作台的三軸加工（gōng）中心車床。在一台機床上加工整個零件的好處是縮短裝刀時間，改善各種不同加工（gōng）件的公差。通過使用加工中心和（hé）旋轉工作台，製造廠不會選用某一台專門機床。加工中（zhōng）心可用於加工配有花鍵的零件時裝刀工序間的其他部件。同時，也可進行其他加工作業，例如銑槽、交叉孔和平麵。

      對於很多加工車間（jiān）或二級供應商來（lái）說，這種靈活性使得他們自己能（néng）完成更多的加工。過去的花鍵分包給專業的齒輪加工廠加工，而如今在自己工廠便可完成——隻（zhī）需配一台基本的三軸加工中（zhōng）心和配有安裝相對較小可轉（zhuǎn）位圓盤銑刀的主軸及旋轉工作台（tái）。這些刀具的一個主要好處是在一把（bǎ）刀具上可（kě）更換不同的可轉位（wèi）刀片，達到不同的總切（qiē）深、齒根（gēn）開頭或齒頂倒角。與單一（yī）工序（xù）的單個滾刀、花鍵搓齒刀（dāo）或拉刀具規格和輪廓相（xiàng）比，方便得多。毋庸置疑，圓盤銑刀（dāo）（特別是能用於具體刀體的刀（dāo）片（piàn））要比滾（gǔn）刀、花鍵搓齒刀或拉刀便宜。圓盤銑刀確實經濟實惠，主要表現在使用的刀具較少，能加工不同種類的花鍵，這些特點是圓（yuán）盤（pán）銑刀的（de）亮點（diǎn）。

      需要考慮的另（lìng）一個因素是縮短裝夾（jiá）時間。對於很多軸料製造廠來說，每一根軸都有一個小花鍵。加工（gōng）軸時，如果需要頻繁更換（huàn）機床才（cái）能完成多道工序，那麽會浪費很（hěn）多裝夾時間，同時增加了夾裝、搬運和重新夾（jiá）裝中人為出錯的幾率。采用裝有圓盤（pán）銑刀的多任務機床，隻裝（zhuāng）一次（cì）裝（zhuāng）夾便可加工這些花鍵連接的軸。

      當今製造廠正在（zài）尋求更容易、更簡單、更智能化、更靈活的部（bù）件加工方案（àn）。阻力最小的路徑往往是最佳路徑，限製刀具（jù）庫存量和調質處理（lǐ），既可使（shǐ）工作簡單化，又可（kě）控製刀具係統庫存量和維護保養（yǎng）成本。

花鍵加（jiā）工薄切屑基本（běn）參數

      當使用圓盤銑刀（dāo）時，準確計（jì）算薄切屑對花鍵（jiàn）切削至關重要，因為薄切屑（xiè）是工（gōng）藝中最基本（běn）的參數。圓盤銑刀製造廠提出兩（liǎng）點主要的進刀建議，即通常需要設置每齒的進（jìn）刀量 （fz） 和最大切屑厚度（hex）。當刀具設（shè）置成徑向（xiàng）吃刀量大於或等於其本身半徑時，這兩個值（zhí）應（yīng）當相（xiàng）等。但是，希望的薄切屑效果隻有當徑向切削寬度小於半徑時才很明顯（xiǎn）。

      采用圓盤銑刀作（zuò）為花鍵製造（zào）廠的基本銑槽刀具時，花鍵的徑向切（qiē）削寬度（dù）比刀具（jù）直徑小，也就是說（shuō）始終能保證薄（báo）切屑。為了得到最可能（néng）的hex值、優化花（huā）鍵“銑槽”應用，操作人員必須通過圓盤銑（xǐ）刀吃刀量和圓盤銑刀直（zhí）徑計算fz。計算薄切屑的公式如圖1所示。

圖文說明（míng）；確（què）定每齒進刀量（liàng）（f_z）時，切屑（xiè）厚度 （h_ex） 至關重要，因為（wéi）切屑厚（hòu）度最終提供優化的工作台進刀量。 

      如果操（cāo）作人員不能優化每齒進刀量，那麽進刀速率可（kě）能太低而不適合於刀片的刃口處理或刀片槽型。因為刀體會產生跳動量誤差，所以作為經驗法則，通常建議（yì）操作人員（yuán）在選取hex時，不得小於0.003英寸（0.076毫米） 。如果hex太小，會發生磨擦，剛好與實際切削相（xiàng）反（fǎn），這樣會產生更多的熱（rè）量，縮短刀具使用壽命，並降低工藝準確性。圓盤銑刀製造廠應當能提供（gòng）hex參數的最大值。

      記（jì）住最大輸出後，在（zài）類似銑槽工藝（例（lì）如用圓盤銑刀加工花鍵（jiàn））中，薄切屑是一個關鍵因素。此因素對雙走刀粗加（jiā）工來說特別重要，因為此階段中（zhōng）使生產效率降低的風險更高。

調整偏移（yí）

      從（cóng）專用滾齒機床到多任務機床或加工中心的重大變革是刀具僅支（zhī）撐在心軸（zhóu）的接口側。傳統滾齒機床的滾刀支撐在心軸的兩（liǎng）端，但隻有一端支撐刀具，刀具可能發生偏移。隻需簡單的（de）幾個步驟即可防止偏移。首先，選擇花鍵切削工藝的圓盤銑（xǐ）刀時，使用最穩定的刀具，限製刀具偏移。不要使用比實際（jì）需要長的刀具。如有可能，避免L／D ＞5，因為（wéi）刀具偏移和穩定性要求兩次走刀以上，對生產（chǎn）效率影響很大。

      其次，還可保證心軸接口不能太弱而無法滿足給（gěi）定的刀具直徑。圓盤（pán）銑刀製造（zào）廠應當指導操作人（rén）員能根據刀具長度選（xuǎn）擇合適的刀具連（lián）接尺寸。最後，如有要求，使用兩次走刀策略，其中最後一次走刀的切深（shēn）較淺。最後一（yī）次（cì）走刀（dāo）期間（jiān），產生的切削力較低，使表麵得到改（gǎi）善，將偏移誤差減至最小。當有振動傾向時，零件和夾具也發揮重要作（zuò）用。

   如果（guǒ）采取的（de）預防措施（shī）不足以防止偏移，那麽齒兩側的外形輪廓偏（piān）差（chà）很大。當花鍵齒廓指示偏差（chà）斜（xié）率相等時，即齒左右兩側的傾斜方向相同時，表示需要加（jiā）長（zhǎng）或縮（suō）短設定長度。調（diào）整長（zhǎng）度（x，單位為毫（háo）米）按（àn）下式計算：

圖2：調整刀具偏移度（dù）

      如果（guǒ）是左右側具有相同斜率的齒廓但方向相反的外齒輪，則表示齒輪直徑不正確，切入太深或太淺。如（rú）果型線斜麵通過齒（chǐ）頂變窄點，表示齒輪直徑太小。解決方案是根據 MdK （沿球（qiú）的（de）尺寸）測（cè）量值將切口調淺。 相反，如果型線斜麵（miàn）通過齒低變窄點，表示齒輪直徑太大。 解決方案是根（gēn）據 MdK 測量值將切口調深。

      輪齒左右兩側傾斜角度不同表示切深 （MdK 或MdR 測量值）和刀具偏移度都有誤差。

      為調整切深而保證正確的直徑和齒厚，操作人員（yuán）必須首先確定MdK或MdR 測量值，其中MdK表示沿球的尺（chǐ）寸；MdR 表示沿銷（xiāo）的尺寸。加工試（shì）驗部件或至少兩個齒槽，測（cè）量齒輪MdK或MdR尺寸。隻有在切（qiē）削兩個齒槽後，才能用測量機或螺旋測微儀（yí）調整和（hé）測量齒輪直（zhí）徑／切深。

      一（yī）旦達到正確的MdK 或MdR測量值，需要（yào）按照刀具（jù）偏移度（dù）調（diào）整公式（圖2）對刀具偏移度做出補償。

花鍵（jiàn）加工首選圓盤銑刀：具體實例

      在這種情況下，咱（zán）們同時用山特維克可樂滿的CoroMill 172與高速鋼刀具（jù）粗加工和精加（jiā）工低合金鋼 （16MnCr5）軸（zhóu）上的外花鍵，然後加以比較。這種工藝的（de）花鍵數據（jù）是采用DIN 5480m規定（dìng）的26齒（z）的模塊5（尺寸與ANSI 5/10類似（sì））。

      為了達到想（xiǎng）要的結（jié）果，高速鋼刀具要求兩次粗加工走（zǒu）刀和一次（cì）精（jīng）加工走刀，切削速度為165英尺每（měi）分，每齒進刀量設置成0.003英寸。由於隻有一端支撐滾刀，所以需要額外粗加工走刀。但是CoroMill 172圓盤（pán）銑刀隻需一次走刀便完成（chéng）相同（tóng）工序，粗加工走刀速度更快，每齒進刀量設置成0.008英寸時，速（sù）度為540英尺每分；每齒進刀量設置成（chéng）0.007英寸時（shí），精加工走刀速度為640英尺每分。

      完成整個加（jiā）工的時間（jiān），高速鋼（gāng）刀具需要250分鍾（zhōng），而CoroMill 172僅需20分鍾。這種刀具節省了大量時間，堪稱多任務機床采（cǎi）用盤式（shì）銑刀加工花鍵改善速度的楷模。CoroMill 172切削的齒廓符合DIN 5480標準關於花鍵的要求（（DIN 867關於齒輪的要求），並可同（tóng）時加工（gōng）內外花鍵、齒輪（lún）和搓齒刀。應用領域包括當初討論的多任務機床、加工中（zhōng）心、車床中心甚至滾齒機床的精加工應用。

      CoroMill 172的模數範圍為3～10 （DP 8/16～2.5/5）， 現在與新型CoroMill 171一起，模數範圍（wéi）可達0.8～3 （DP 32/64～8/16）。這是山特維克可樂（lè）滿（mǎn）對花鍵（jiàn）有關的重型汽（qì）車（chē）行業常用的可轉（zhuǎn）位盤銑刀切削（xuē）刀具規格的全麵補充。CoroMill 171刀具（jù）可使用最小的刀片（piàn），加工重型汽車（chē）（即重型卡車（chē）和客車）較輕側采用的多種花鍵。但（dàn）是，當需要齒輪箱／變速器時，幾乎任何行業都（dōu）會使（shǐ）用花鍵。

      汽車行（háng）業麵對巨大壓力，重型汽車製造（zào）也不例外，即對於中小批量規（guī）模生產（chǎn）來說，人們迫切需要靈活性和更短（duǎn）的加工周期。這種趨勢使得更多（duō）工（gōng）廠自己內部加工花鍵。現在（zài），製造（zào）廠可（kě）在其（qí）傳統的（de）CNC機床（車床、加工（gōng）中心和多任（rèn）務機床）上采用新型（xíng）盤銑刀切削技術，以可改編的程序進行花鍵加工，可節省大量財力和時間（jiān），同時減（jiǎn）少（shǎo）切削刀（dāo）具（jù）庫存量。