1.大径定心外花键铣削加工工艺准备
铣削加工如图6-5所示的6×42×48×12大径定心的花键轴,须按以下步骤进行工艺准备。
(1)分析图样
1)分析加工精度。
①花键键宽尺寸为12f9即
,键宽对工件轴线的对称度公差为0.05mm,平行度公差为0.06m。
②小径尺寸为42f9即
③花键大径尺寸为φ48f7、圆柱面的长度140mm。
④在小径和齿侧的连接部位,有深0.3mm、宽1mm的沉割槽。
⑤工件的大径对轴线的圆跳动公差为0.03mm。
2)分析表面粗糙度。工件的表面粗糙度值全部为R
a1.6μm。
3)分析材料。预制件的材料为45钢,其切削性能较好。
4)分析形体。预制件为轴类零件,两端有定位中心孔,便于工件按基准定位,但工件两端的直径为φ35js6的圆柱面长度30mm,加上3×0.25的沉割槽宽3mm,使工件的夹紧部位比较短(仅33mm),用鸡心夹头和拨盘装夹比较困难。
(2)拟订加工工艺与工艺准备
1)拟订花键加工工序过程。根据图样的精度要求,此花键在铣床上只能作粗加工,键宽与小径应留有磨削加工余量0.3~0.5mm,并相应地降低加工精度等级。本例拟定键宽与小径均留有磨削余量0.4mm,即B'=(12.4±0.045)mm,d'=(42.4±0.105)mm。粗铣花键平行度公差仍为0.06mm,对称度公差仍为0.05mm。
采用先铣削中间槽后铣削键侧的方法,花键粗加工工序过程为:检验预制件→安装和找正分度头、尾座→装夹和找正工件→安装铣刀→切痕对刀调整中间槽铣削位置→铣削中间槽→试铣键两侧调整铣削位置→铣削键一侧(六面)→铣削键另一侧→调整试铣小径180°对称圆弧面铣削位置→铣削小径圆弧面→花键粗铣工序的检验。
2)选择铣床。选用X6132卧式万能铣床。
3)选择工件装夹方式。选用F11125型万能分度头分度,采用两顶尖和拨盘、鸡心夹头装夹工件。本例工件鸡心夹头装夹的部位长度尺寸为30mm,考虑到花键铣削时铣刀的切出距离,若选择外圆直径为63mm的三面刃铣刀,此时切出距离为31.5mm,有可能铣到夹头。因此,须选择柄部尺寸略小于12mm键宽尺寸的鸡心夹夹紧工件,而且在找正铣削位置时,应将夹头柄部侧面调整到与某一键侧对齐(图6-6),以避免铣削过程中铣刀铣坏鸡心夹头,影响加工精度。鸡心夹部分的尺寸也不宜过大,否则也会影响铣削。
4)选择刀具。
①选择铣削中间槽和键侧的铣刀。采用先铣削中间槽的加工方法,铣刀的厚度受到限制。受工件装夹部位的长度限制,铣刀的直径应尽可能小。选择时先按图样给定数据计算铣刀厚度限制条件:
按图样给定数据:
d=42mm,d'=42.40mm(0.4mm是小径磨削余量)
B=12mm,B'=12.4mm(0.4mm是键宽磨削余量)
=9.53mm
按铣刀标准,选择63mm×22mm×8mm标准直齿三面刃铣刀。
②选择铣削小径圆弧面的铣刀。选用63mm×22mm×1.60mm的标准细齿锯片铣刀,用每铣一刀转动一个小角度,逐步铣出圆弧面的加工方法,铣削留有磨削余量的花键槽底小径圆弧面,
5)选择检验测量方法。键宽尺寸用0~25mm的外径千分尺测量检验;键侧与轴线的平行度、键宽对轴线的对称度测量与检验均在铣床上借助分度头分度,用带座的百分表检验;测量对称度时将键侧置于水平位置,然后采用180°翻身法测量检验;小径尺寸用25~50mm的外径千分尺测量检验。
2.大径定心花键工件粗铣加工
(1)加工准备
1)检验预制件。根据花键轴的一般加工工艺,在铣削花键前,定心大径已经过磨削。预制件的检验主要是用千分尺测量工件φ48mm外圆的实际尺寸、圆柱度,以及用百分表、两顶尖测量座(图6-7)测量与两端中心孔定位轴线的圆跳动。也可以在机床上安装分度头后,用两顶尖顶装工件进行检验。本例预制工件的大径尺寸、圆柱度及圆跳动均符合图样要求。
2)安装分度头和尾座。安装时注意底面和定位键侧的清洁度,在旋紧紧固螺栓时,可用手向定位键贴合方向施力。两顶尖的距离按工件长度确定,尾座顶尖的伸出距离要尽可能小一些,以增强尾座顶尖的刚度。按工件6齿等分数调整分度盘、分度销位置和分度叉展开角度。本例选用
3)装夹和找正工件。两顶尖定位并用鸡心夹和拨盘装夹工件后,用百分表找正上素线与工作台面平行,侧素线与纵向进给方向平行,找正工件与分度头轴线的同轴度在0.03mm以内。若工件有几件,应找正尾座顶尖的轴线与工作台面平行,通常可借助尾座转体的上平面进行找正。
4)安装铣刀。根据铣刀孔径选用φ22mm刀杆,三面刃铣刀和锯齿铣刀安装的位置大致在刀杆长度的中间,并应有一定的间距,铣削时互不妨碍。因刀杆直径比较小,铣削时容易发生振动,在安装横梁和支架后,应注意调节支架刀杆支持轴承的间隙并加注润滑油。
5)选择铣削用量。按工件材料(45钢)和铣刀的规格,调整主轴转速n=95r/min(v≈19m/min);进给量v
f=47.5mm/min(f
z≈0.03mm/z)。在粗铣中间槽和侧面时,主轴转速可低一挡次,在用锯片铣刀铣削圆弧面时,主轴转速和进给量均可以高一挡次。
(2)铣削加工花键
1)试切对刀。将鸡心夹柄部置于水平位置,用切痕对刀法,调整三面刃铣刀的铣削中间槽的位置,具体操作方法与用三面刃铣刀铣削轴上直角沟槽相同。使铣出的直角槽对称工件轴线。
2)调整铣削长度。本例花键虽然是在圆柱面上贯通的,但因受到装夹位置的限制,铣削终点位置应在铣刀中心刚过花键靠近分度头一侧的台阶端面为宜,并应注意不能铣到鸡心夹头。
3)中间槽铣出一段后,用百分表测量槽的对称度,测量时,先用外径千分尺测量槽的实际宽度尺寸,然后将工件转过90°,用杠杆百分表测量处于水平向上的槽侧面,再将工件按原方向转过180°,用处于原高度的杠杆百分表比较测量槽的另一侧面,若百分表示值不一致,记住示值高的一侧,微量调整工作台横向,移动的方向是示值高的一侧靠向铣刀,移动的距离是两侧示值差的一半。重复以上过程,直至中间槽对称工件轴线。
4)调整中间槽的深度。中间槽深H按大径实际尺寸与小径留有磨量的尺寸确定。本例为
5)铣削中间槽。按试切的位置铣削第一条中间槽,然后按分度手柄转数n分度,依次铣削六条中间槽,如图6-8a所示。
6)调整键侧铣削位置。中间槽铣削完毕后,将分度头主轴转过
,使键处于上方位置。根据原工作台横向位置,按实际槽宽尺寸L'和放磨键宽尺寸B'移动距离s
1,如图6-8b所示。
即工作台横向移动10.25mm。
7)预检键的对称度并铣削键侧1。为了保证键的对称度,可按放磨键宽尺寸再留有1mm左右的余量(本例放余量1mm,则试切时s
1=10.75mm)试切键两侧,用杠杆百分表预检键的对称度,具体操作方法与测量槽的对称度相似。试切时,在移动s
1=10.75mm试铣键侧1后,工作台横向移动s
2=2s
1,试铣键侧2,然后用百分表比较测量键两侧,若测得键侧1与键侧2的示值不一致,可根据百分表的示值差,将高的一面余量铣去。
当键对称度达到图样要求时,用千分尺测量键宽尺寸,按键宽的实际尺寸与12.4mm差值的一半,准确移动工作台横向,此外,工作台垂向按键侧的深度
调整,随后按等分要求,依次铣削各键键侧1。
8)铣削键侧2。按s
2=20.50mm横向准确移动工作台,铣削键侧2。铣出一段后,可测量键宽尺寸,确保键宽尺寸在12.4mm的公差范围内。随后按等分要求,依次铣削各键键侧2,如图6-8c所示。
9)铣削小径圆弧面。
①对刀。调整工作台,目测使锯片铣刀宽度的中间平面通过工件轴线(即对中对刀),如图6-9a所示。将分度头主轴转过30°使工件槽处于上方位置,铣刀处于槽的中间位置。通过垂向对刀,确定小径铣削位置。
②铣削小径圆弧面。调整工件的圆周位置,使锯片铣刀从靠近键的一侧处开始铣削(图6-9b),并调节好纵向自动进给停止限位挡块,每铣削一刀后,应退刀,再摇动分度手柄,使工件转过一个小角度后,继续进行铣削。工件每次转过的角度越小,圆弧面的形状精度越高。铣削好一个槽的槽底圆弧面后,按起始或终点位置分度,依次铣削六个圆弧面。铣削时应注意,锯片铣刀不能碰伤键侧面。
3.大径定心花键检验与质量分析要点
(1)外花键的检测
1)用千分尺测量键宽和小径尺寸。键宽尺寸应在12.355~12.445mm的范围内;小径尺寸应在42.295~42.505mm的范围内。测量操作时,应注意在花键全长内多选几个测量点,应对各键都进行测量,测量数据可记录下来,以便进行合格判断和质量分析。
2)用百分表测量平行度、对称度和等分度误差。对称度的检验方法如图a所示,检验一般在铣削完毕后直接在机床上进行。检验时,将工件通过分度头准确转过90°,使键处于水平位置,用百分表测量键侧1,翻转180°,以同样高度测量键侧2,测量点可在键侧全长内多选几点,百分表的示值变动量应在0.05mm范围内;平行度的测量也可用同样办法进行(图6-10),各键侧测量时百分表的示值变动量均应在0.06mm范围内。测量等分度时,应注意按原分度方向进行,以免传动间隙影响测量精度。
3)通过目测类比法进行表面粗糙度的检验。对槽底圆弧面,应目测其多边形状折线的疏密程度,若多边形明显,则可认为表面粗糙度不合格。还应目测检验键侧是否有微小的碰伤情况。
(2)外花键铣削的质量分析要点
1)在采用三面刃单刀铣削外花键时,由于铣削操作上的失误,如中间槽加工后横向移动距离计算错误、横向调整不准确、预检测量有误差、试切调整键侧对称度和键宽时余量控制不合理、分度不准确等原因,均可能引起花键键宽尺寸超差和等分度误差。
2)在安装找正分度头、装夹找正工件时,由于测量及操作上的失误和不准确,如分度头尾座的顶尖轴线与工作台面和进给方向不平行、两顶尖轴线不同轴、工件装夹后与分度头同轴度较差、尾座顶尖顶得较松等原因,可能会引起花键等分度、平行度和对称度超差。
3)采用锯片铣刀铣削花键槽底小径圆弧面时,因操作上的失误会引起较大的加工误差。譬如铣削起点和终点位置过于靠近键侧,会碰伤键侧;每铣一刀分度头转过的小角度较大,会引起较大的表面形状误差;锯片铣刀铣削时铣刀径向圆跳动大或进给量过大,加工表面出现振纹,使表面粗糙度值超差等弊病。