王海濤+張晨+李越超+劉駿

摘 要：介紹了一種兼具漸開(kāi)線(xiàn)花鍵和普通圓柱齒形的非單一幾何特征的單體零件的高效加工工藝，該工藝基于六軸數(shù)控花鍵銑床的深度開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，巧妙地將兩道工序合二為一，大幅提高了生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：多齒部結(jié)構(gòu)；花鍵銑；工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.016

1 概述

本文提及的單體多齒部結(jié)構(gòu)零件，顧名思義即：?jiǎn)蝹€(gè)零件同時(shí)具備兩個(gè)或兩個(gè)以上的齒部結(jié)構(gòu)，比如同時(shí)具備漸開(kāi)線(xiàn)花鍵齒形和普通的圓柱齒形（如圖1所示5127958從動(dòng)軸）。鑒于這類(lèi)零件的結(jié)構(gòu)特征，能夠更好地滿(mǎn)足機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求，對(duì)于精簡(jiǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)，減少零件數(shù)量具有很大的促進(jìn)作用。隨著農(nóng)機(jī)行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，拖拉機(jī)齒輪作為整機(jī)的配套零部件，其發(fā)展勢(shì)頭也不可小覷，單體工件多齒部結(jié)構(gòu)這類(lèi)復(fù)雜的零件將會(huì)越來(lái)越多。以我公司5127958從動(dòng)軸（如圖1所示）為例，工件本體齒部結(jié)構(gòu)由左端的漸開(kāi)線(xiàn)花鍵和右端的圓柱齒形兩種結(jié)構(gòu)形式組成，傳統(tǒng)的工藝路線(xiàn)是將上述兩部分內(nèi)容分成兩道工序：第一道工序，加工左端的漸開(kāi)線(xiàn)花鍵，選用的加工設(shè)備為常規(guī)的花鍵銑床；第二道工序，加工右端的圓柱直齒，選用的加工設(shè)備為滾齒機(jī)。初始的工藝路線(xiàn)較為復(fù)雜，而且還涉及到零件在各工序件的流轉(zhuǎn)，因此工期較長(zhǎng)。但是使用六軸數(shù)控花鍵銑機(jī)床，恰到好處地利用其自動(dòng)竄刀的特點(diǎn)，采取合理的裝夾方式和數(shù)控程序的優(yōu)化，可以在一臺(tái)機(jī)床上一次性完成左端漸開(kāi)線(xiàn)花鍵和右端滾齒的加工，簡(jiǎn)化了加工步驟，同時(shí)大大提高生產(chǎn)效率。

2 基于YK6020型六軸數(shù)控花鍵銑的工藝優(yōu)化

2.1 YK6020型六軸數(shù)控花鍵銑簡(jiǎn)介

該機(jī)床采用滾銑切削方法，可以加工各種齒形的直/斜齒花鍵軸、直/斜齒圓柱齒輪類(lèi)工件，也可滾銑直/斜齒的聯(lián)軸齒輪，并可加工錐度花鍵及臺(tái)階齒輪。適用于汽車(chē)傳動(dòng)零部件、拖拉機(jī)、齒輪加工等相關(guān)機(jī)械制造行業(yè)的成批、大批量的花鍵軸、傳動(dòng)軸及齒輪零件生產(chǎn)，具有較寬廣的滾刀變速范圍：從200-1200轉(zhuǎn)無(wú)級(jí)可調(diào)，可以成倍地提高切削效率。配合新型的硬質(zhì)合金滾刀可以進(jìn)行工件的高效率/高速風(fēng)冷干式切削，具有高速/高效率的特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)綠色制造。該機(jī)床采用了FANUC series 0i-F的六軸數(shù)控系統(tǒng)，性能可靠，穩(wěn)定性高。機(jī)床控制軸數(shù)為軸，分別為：

（1）Z軸（a22/3000）---床鞍軸向移動(dòng)：1500mm

（2）X軸（a22/3000）---銑頭箱徑向移動(dòng)：160mm

（3） C軸（a22/3000）--工作臺(tái)主軸圓周進(jìn)給：（0-360°連續(xù)，最高轉(zhuǎn)速200 r/min）

（4）Y軸（a8B/2000）--刀架滑板移動(dòng)： （0-230 mm）

（5）A軸（a8/2000）-- 銑頭體角度調(diào)整： （±45°）

（6）B軸（a15/6000）---刀具主軸：（ 轉(zhuǎn)速范圍200-1200 r/min）

Z軸、X軸同時(shí)采用了α22型的交流伺服電機(jī)作為軸向及徑向的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，Y軸、A軸分別采用了α8B型和α8型的交流伺服電機(jī)作為滾刀刀架切向移動(dòng)及滾刀刀架周向的角度調(diào)整驅(qū)動(dòng)，B軸、C軸分別采用了α15型和α22型的交流主軸電機(jī)及交流伺服電機(jī)作為滾刀主軸和工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)?？梢栽跀?shù)控系統(tǒng)的控制下，完成B軸-C軸聯(lián)動(dòng)的（B-C電子齒輪箱）工件齒數(shù)分割功能、X軸-Z軸聯(lián)動(dòng)的插補(bǔ)功能以及Y軸的刀架自動(dòng)竄刀以及A軸的刀架自動(dòng)角度調(diào)整功能。機(jī)床規(guī)格及參數(shù)如下：

最大工件回轉(zhuǎn)直徑φ250mm、最大工件加工長(zhǎng)度650mm、最大工件加工直徑φ200mm、最大加工模數(shù)5、機(jī)床頂尖距750 mm 、工作臺(tái)的中心高370 mm、銑頭體旋轉(zhuǎn)角度范圍±45°、刀具中心與工件中心距20-180mm、尾架頂尖的最大伸出距離70mm、尾架體的最大移動(dòng)距離600mm、滾刀的最大安裝規(guī)格φ130×230m、滾刀的刀桿安裝規(guī)格φ22，φ27，φ30、φ40、滾刀的刀桿安裝規(guī)格φ22，φ27，φ30、φ40、刀具主軸的轉(zhuǎn)速范圍（無(wú)級(jí)）200-1200r/min、刀架滑板的最大竄刀量0-230 mm、刀具主軸錐孔莫氏5 、工作臺(tái)主軸錐孔莫氏5、架頂尖主軸錐孔莫氏5?？梢赃x擇“順銑”或“逆銑”的切削方式。

2.2 工藝方案

圖1所示5127958從動(dòng)軸是典型的單體多齒部零件：具有漸開(kāi)線(xiàn)花鍵和滾齒兩種加工內(nèi)容的存在，加工設(shè)備選用YK6020型六軸數(shù)控花鍵銑機(jī)床，利用該設(shè)備自動(dòng)竄刀的特點(diǎn)，在機(jī)床上一次性完成漸開(kāi)線(xiàn)花鍵和滾齒的加工。

刀具選用：選用模數(shù)m2.65 、壓力角α30°和模數(shù)m3.25 、壓力角α20°的高效數(shù)控刀，選用φ27的刀桿，在機(jī)床刀架位置一次裝夾兩把數(shù)控刀，保證上下刀臺(tái)跳動(dòng)≤0.015mm，前后頂尖≤0.01mm。

數(shù)控程序設(shè)置：銑花鍵程序—竄刀程序—滾齒程序—竄刀程序—銑花鍵程序（循環(huán)）。

切削參數(shù)設(shè)置：

漸開(kāi)線(xiàn)花鍵部：刀具轉(zhuǎn)速S=380r/mm ， 進(jìn)給量f=30mm/min

滾齒部：刀具轉(zhuǎn)速S=330r/mm ， 進(jìn)給量f=10mm/min

通過(guò)實(shí)際的試加工，單件及批量生產(chǎn)驗(yàn)證，該零件漸開(kāi)線(xiàn)花鍵和滾齒兩齒部經(jīng)檢驗(yàn)各項(xiàng)尺寸及形位公差均達(dá)到圖紙技術(shù)要求和使用要求，尤其值得肯定的是滾齒部齒面光潔度達(dá)到了Ra1.6以上。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)有針對(duì)性地研究YK6020型六軸數(shù)控花鍵銑機(jī)床的特點(diǎn)和加工范圍，結(jié)合5127958從動(dòng)軸零件的結(jié)構(gòu)，選用了合理的刀具，經(jīng)多次優(yōu)化數(shù)控程序，最終在一次裝夾下實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)設(shè)備加工兩道工序，從實(shí)際上驗(yàn)證了該機(jī)床加工能力的多樣性。該方案在實(shí)際生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，大幅提高了生產(chǎn)效率，綜合生產(chǎn)成本亦隨批量加大而有效降低，同時(shí)為日后加工同類(lèi)型的零件提供了可供參考的經(jīng)驗(yàn)。

作者簡(jiǎn)介：王海濤（1983-），男，河南洛陽(yáng)人，助理工程師，研究方向：農(nóng)用拖拉機(jī)。