花键轴加工工艺过程

1、任务？花键轴的加工 任务目标 1、 掌握花键轴加工的方法与工艺。2、 熟悉加工花键轴的常用机床，掌握其使用方法。3、 了解花键轴的检测和验收方法。 任务描述 任务内容分析花键轴的加工工艺，熟悉常用机床的使用方法及注意事项，完成花键轴的加工。 实施条件卧式普通车床、卧式铣床、花键轴磨床、常用检测工具。 安全提示1、所用工具应齐备、完好、安全可靠，方能开始工作；2、操作机床时应完全遵守各种机床的安全使用规则，正确穿戴好劳动保护用品，认真仔细检查机床各部件和保护装置是否完好，确定安全可靠之后，才能开机加工；加工过程中不得离开机床，应密切注意加工情况，发现机床运转不正常时，应立即停车，请机修工检查修理

2、；工、量具应放在安全的位置，机床运转时，不准测量工件；加工工件切削量和进刀量不宜超大，以免机床过载或梗住工件造成意外事件；高速切削时，使用防护罩，防止碎屑伤人。3、工作完毕后，应将设备和工具的电、气、水、油源断开；应清理好工作场地卫生，将工具和零件整齐地摆放在指定的位置上。 任务实施 花键轴属于特种的轴类，常用于定中心的连接或传递转矩的传动中，是重要的机器零件之一。花键按齿形可分为矩形齿、三角形齿、梯形齿和渐开线齿等多种。加工方法主要分车、铣、磨三步。步骤一 车削一、了解车床车床主要用于加工各种回转表面。如内外圆柱面、圆锥面、回转体成型面、环形槽、端面及螺纹，还可进行钻孔、扩孔、铰孔、滚花等加

3、工。常见的卧式车床主要组成部分包括：主轴箱、刀架、尾座、进给箱、溜板箱、床身等。主要运动有：表面成形运动、进给运动及辅助运动。 图1.卧式车床外形图2、 车削步骤 花键轴的车削部分主要是进行外圆和端面的的加工，采用的方法如下：（一）安装工件和校正工件安装工件采用三爪自定心卡盘，采用百分表校正工件。（二）选择车刀车外圆可用图2所示的各种车刀。直头车刀(尖刀)的形状简单，主要用于粗车外圆；弯头车刀不但可以车外圆，还可以车端面，加工台阶轴和细长轴则常用偏刀。图2 车外圆的几种情况（三）调整车床车床的调整包括主轴转速和车刀的进给量。主轴的转速根据切削速度计算选取。而切削速度的选择则和工件材料、刀具材料

4、以及工件加工精度有关。用高速钢车刀车削时，V=0.31m/s，用硬质合金刀时，V=13m/s。车硬度高钢比车硬度低钢的转速低一些。根据选定的切削速度计算出车床主轴的转速，再对照车床主轴转速铭牌，选取车床上最近似计算值而偏小的一档。但特别要注意的是，必须在停车状态下扳动手柄。例如用硬质合金车刀加工直径D200mm的铸铁棒料，选取的切削速度V0.9m/s，计算主轴的转速为： （转分）从主轴转速铭牌中选取偏小一档的近似值为94转分。进给量是根据工件加工要求确定。粗车时，一般取 0.20.3毫米转；精车时，随所需要的表面粗糙度而定。例如表面粗糙度为Ra3.2时，选用0.10.2毫米转；Ra1.6时，选

5、用0.060.12毫米转，等等。（四）粗车和精车粗车使工件接近于最后的形状和尺寸。粗车后应留下051毫米的加工余量。精车是切去余下少量的金属层以获得零件所求的精度和表面粗糙度，背吃刀量较小，约0.10.2毫米，切削速度则可用较高速度。为了保证加工的尺寸精度，应采用试切法车削。试切法的步骤如图3所示。图3 试切步骤a)开车对刀，使车刀和工件表面轻微接触 b)向右退出车刀 c)按要求横向进给ap1 d)试切13毫米 e)向右退出，停车，测量 f)调整切深至ap2后，自动进给车外圆（五）刻度盘的应用 车削工件时，为了正确迅速地控制背吃刀量，可以利用中拖板上的刻度盘。摇动中拖板手柄带动刻度盘转一周时，

6、中拖板丝杠也转一周。使用中拖板刻度盘控制背吃刀量时应注意的事项：1.由于丝杠和螺母之间有间隙存在，因此会产生空行程（即刻度盘转动，而刀架并未移动）。使用时必须慢慢地把刻度盘转到所需要的位置（图4a）。若不慎多转过几格，不能简单地退回几格（图4b），必须向相反方向退回全部空行程，再转到所需位置（图4C）。a)要求手柄转至30，但转过头成40 b) 错误：直接退至30 c)正确：反转约一周后， 再转至所需位置30图4 手柄摇过头后的纠正方法2.由于工件是旋转的，使用中拖板刻度盘时，车刀横向进给后的切除量刚好是背吃刀量的两倍，因此要注意，当工件外圆余量测得后，中拖板刻度盘控制的背吃刀量是外圆余量的二

7、分之一。（六）纵向进给纵向进给到所需长度时，关停自动进给手柄，退出车刀，然后停车，检验。 步骤二 铣削 铣削是花键槽加工中最重要的一步，以图5为例，采用常用的小径定心法进行铣削加工。 图5小径定心花键轴铣削1 铣床简介 铣床是工厂中广泛应用的机床。在铣床上用圆柱铣刀、盘铣刀、端铣刀、键槽铣刀、成形铣刀可以分别加工水平面、垂直面、成型面、沟槽及螺旋槽，也可以用锯片铣刀进行切断。铣床的类型很多，根据主轴的位置可分为卧式铣床和立式铣床，按工作台的布局可分升降台铣床和无升降台铣床，还有龙门铣床、工具铣床、仿形铣床、专门化铣床等。 以万能升降台铣床为例，其主要部件有：主轴部件、主运动变速操纵机构、工作台

8、、进给运动的操纵机构、万能分度头等。二铣削步骤 （一）分析图样 1.键宽B=mm，=(7.4±0.045)mm。 2.小径d=mm；=(28.4±0.045)mm。 3.大径D=mm。 4.键对工件轴线的对称度公差0.06mm，对工件轴线平行度公差0.05mm。 5.大径表面的表面粗糙度为Ral.6m，小径表面为Ra3.21m，其余(包括键侧)表面Ra63m。 6.工件材料为40Cr合金结构钢，具有较高的强度。 7.工件是阶梯轴，花键在Ø34mm×150mm外圆上贯通，两端有孔25mm的B型中心孔，而且有Ø25mm×30mm的外圆柱面

9、，便于工件定位装夹。 （二）拟定花键轴铣削加工工艺 花键的直径比较小，采用先铣削键侧、后铣削中间槽的方法加工花键轴。花键铣削加工工序过程为：检验预制件安装分度头找正工件并在工件表面划键宽线按划线对刀调整键侧l铣削位置试切两侧面并预检键对称度铣削键侧1(6面) 调整键侧2铣削位置并达到工序要求铣削键侧2(6面) 调整槽底圆弧面铣削位置铣削槽底圆弧面达到小径要求花键工序的检验。 （三）选择机床 工件长度230mm，分度头及尾座安装长度约550mm左右，选择与X6132型类同的卧式铣床。 （四）选择装夹方式 由形体分析可知，工件两端有顶尖孔，又具有可供夹紧的Ø25mm×30mm圆

10、柱面，既可以采用两顶尖、鸡心夹头和拨盘装夹工件，也可以采用三瓜自定心卡盘和尾座顶尖一夹一顶的方式装夹。 （五）选择刀具 1.选择铣削键侧刀具。本例采用先铣削键侧、后铣削槽底圆弧面的加工方法，铣刀的厚度不受严格限制，现选用63mm×8mm×22mm直齿三面刃铣刀。2.选择铣削槽底圆弧面刀具。本例采用成形单刀铣削。单刀的形式与结构如图6所示。单刀的刀刃形状由工具磨床刃磨，圆弧部分的长度和半径尺寸应进行检验，侧刃夹角用游标量角器测量，如图6 (a)所示。侧刃与圆弧刃的两个交点距离和圆弧半径通常可进行试件试切后，对切痕进行测量，如图6 (b)所示。 图6铣削花键槽底成形单刀形式与结

11、构 （六）选择检验测量方法 按工序要求，键的宽度尺寸、对称度与平行度，以及小径尺寸进行检验测量。(a)侧刃夹角检验 (b)圆弧刃检验图7铣削花键槽底成形单刀的检验 （七）小径定心花键单刀铣削加工准备 1.安装分度头和尾座，并在分度头上安装三爪自定心卡盘，安装前应选择自定心精度较高的卡盘，安装时应注意清洁各定位接合面，保证安装精度。 2.预检、装夹和找正工件。 首先，检验大径的尺寸与圆柱度，并检验大径圆柱面与两顶尖轴线的同轴度。 其次，大径圆柱面一端中心孔用尾座顶尖定位，Ø25mm×30mm的圆柱面用三爪自定心卡盘定位夹紧。 最后，工件找正的方法与上例基本相同，当工件与分度头

12、轴线同轴度有误差时，可将工件转过一个角度装夹后，再进行找正，若还有误差，也可在卡爪与工件之问垫薄铜片直至工件大径外圆与回转中心同轴度在0.03mm之内。上素线与工作台面的平行度、侧素线与进给方向平行度均在lOOmm：0.02mm范围内。 3.安装铣刀。三面刃铣刀与装夹成形单刀头的紧固刀盘一起穿装在刀杆上，并有一定的间距。铣削槽底圆弧面的成形单刀头安装方法如图8所示。本例选用图8(b)所示的安装方法。 (a)用夹紧刀盘安装 (b)用方孔刀盘安装 (C)用方孔刀杆安装 图8铣削花键槽底成形单刀安装方法 4.选择铣削用量。三面刃铣刀的铣削用量按工件材料和铣刀的规格，调整主轴转n=95r/min，进给

13、速度vf=47.5mm/min。圆弧面单刀的铣削用量由试切确定。试切时，根据工件的振动情况，圆弧面的表面质量(包括圆弧的形状和表面粗糙度)确定。 （八）加工花键 1.工件表面划线 首先，划水平中心线。将划线游标高度尺调整至分度头的中心高l25mm，在工件外圆水平位置两侧划水平线，然后将工件转过l80º，按同样高度在工件两侧重复划一次线，若两次划线不重合，则将划线位置调整在两条线的中间，再次划线，直至翻转划线重合。该重合的划线即为水平位置中心线。 其次，划键宽线。根据水平中心线的划线位置，将游标高度尺调高或调低键宽尺寸的一半(本例为37mm)。仍按上述方法，在工件水平位置的两侧外圆上划

14、出键宽线。 2.调整键侧铣削位置。划线后，将工件转过90。，使键宽画线转至工件上方，作为横向对刀依据。调整工作台，使三面刃铣刀侧刃切削平面离开键侧1键宽线0.30.5mm，在横向刻度盘上用粉笔做记号并锁紧工作台横向。 根据花键铣削长度、铣刀切入和切出距离，调整铣削终点的自动停止限位挡块。 调整键侧垂向铣削位置时，先使铣刀圆周刃恰好擦到工件表面，然后工作台垂向上升H为： (式中04mm是键侧加深量) 3.试切与对称度预检。试铣键侧l与键侧2，如图9(a)、图9(b)所示。试铣键侧2时，工作台横向移动距离S为： S=L+B+2(0.30.5)=162mm (式中0.30.5mm是试铣时键侧单面保留

15、的铣削余量。) 用杠杆百分表预检键的对称度。 4.铣削键侧1。根据预检结果，若测得键侧l比键侧2少铣去015mm，则将工件由水平预检测量位置转至上方铣削位置，然后调整工作台横向，将键侧1铣去015mm。再次测量键宽尺寸，按工序图样的键宽尺寸与实测尺寸差值的一半调整工作台横向，按等分数分度，依次铣削键侧l(6面)。5.铣削键侧2。键侧1铣削完毕后，调整工作台横向，保证键宽尺寸达到(7.4±0.045)mm，按等分要求，依次铣削键侧2(6面)。 6.铣削槽底小径圆弧面，如图9所示 (a)铣削键侧l (b)铣削键侧2 (c)铣削槽底小径圆弧面图9先键侧后槽底铣削花键步骤 第（1）步，安装成

16、形单刀。单刀伸出的尺寸尽可能小，以提高刀具的刚度。由于成形单刀铣削时常用圆弧刀刃对刀，因此应注意单刀的安装精度。目测检验单刀安装精度的方法如图10(a)所示，借助的平行垫块尽可能长，若安装正确，垫块应与刀轴平行。 第（2）步，横向对刀。调整工作台，目测使单刀的圆弧刀刃的两个尖角与工件键顶同时接触，如图10(b)所示，对刀后锁紧工作台横向。(a)目测检验单刀安装精度 (b)目测单刀横向对刀位置图10铣削槽底的单刀安装与对刀位置 第（3）步，调整工件转角.将工件由铣削键侧的位置转至铣削槽底位置。转角为。(本例为30°，)。 第（4）步，试切预检小径尺寸。工作台垂向在槽底对刀，试切出圆弧面

17、，工件转过180。，按垂向同样铣削位置，试切出对应的圆弧面，用外径千分尺预检小径尺寸。 第（5）步，按实测尺寸与工序尺寸差值的一半调整工作台垂向。当试切的小径尺寸符合图样要求时，按工件等分要求，依次铣削槽底圆弧面，使小径尺寸达到(28.4±0.045)mm。 （九）检验与质量分析 1.检测外花键。 首先，测量键宽和小径尺寸精度。用千分尺测量键宽尺寸应在(7.3557.445)mm范围内；小径尺寸应在28.35528.445mm范围内。 其次，测量键侧对称度、平行度和等分度误差。对称度测量示值变动量应在0.06mm以内；平行度测量示值变动量应在0.05mm以内；等分度测量示值变动量应在

18、007mm以内。 2.质量分析。本例采用分度头安装三爪自定心卡盘，采用与尾座一顶一夹的方式装夹工件。由于工件夹紧部位无台阶面，在铣削过程中，可能因切削力波动、冲击，使工件沿轴向发生微量位移，从而使工件脱离准确的定位和找正位置，影响对称度、平行度和等分度。 选用成形单刀铣削槽底圆弧面，受刀具刃磨质量、安装精度、刀具切削性能等影响，铣削而成的小径圆弧面形状和尺寸精度、表面粗糙度都会产生一些误差，如刀具几何角度不好，可能引起切削振动，从而影响表面粗糙度。又如，刀具安装精度和对刀误差，可能会形成槽底圆弧面的不同轴位置误差，如图11 图11槽底圆弧面的不同轴误差步骤三 磨削 矩形齿有三种定心方式：即大径

19、定心、小径定心和键侧定心(图12)。以大径定心的花键轴通常只磨削其外径。以小径定心的花键或花键经淬火后，其小径和键侧均需磨削。在GBT ll442001中规定，以小径d为定心尺寸。a) 大径定心 b)小径定心 c)键侧定心图12矩形齿花键的定心方式矩形花键主要有三个尺寸，即大径D、小径d、键宽B。GBT ll44q00l(矩形花键尺寸、公差和检验规定，花键键数为偶数，有6、8、10三种。按承载能力，将尺寸分为轻、中两个系列(表1)。矩形花键轴的参数标记如下 N ×d×D×B 其中，N为键数，d为小径，D为大径，B为键宽。 如花键轴6×23f7×

20、26a11×6d10，表示键数为6，小径尺寸为23f7，大径尺寸为26a11，键宽尺寸为6d10，是小径定心的花键轴。表1矩形花键基本尺寸的系列(摘自GBT ll44q001) 轻系列 中系列d/mm 标记 ND/mm B/mm 标记 ND/mm B/mm1l13161821232628323642465256627282921021126×23×266×26×306×28 x328×32×368×36×408×42×468×46×508×52&

21、#215;588×56×628×62×6810×72×7810×82×8810×69 X9810×I02×l0810×112×12066688888881010lO101026303236404650586268788898108120667678910lO1212121416186×11×146×13×166×l6×206 X18 X226×21×256×23 X286 X2

22、6×326×28×348×32×388×36×428×42×488×46×548×52×608×56×658×62×7210×72×8210×82×9210×92×l0210 X102 X11210×112×12566666666888888810lO1010101416202225283234384248546065728292102112125

23、33.545666767891010121212141618 花键的加工要求包括分度误差要求、键侧对轴线的平行度、相邻键侧间的平行度、小径的圆度及表面粗糙度要求。矩形花键轴是复杂平面磨削，键的两平面要相互平行。一、花键轴磨床简介 图13所示为M8612A型花键轴磨床，主要由头架3、磨头4、工作台6、工作台移动手轮9、床身7等组成。调节分度选择旋钮2和调整分度手轮l可实现自动周期分度。砂轮垂直进给由手轮8控制，砂轮修整器5用于修整砂轮。 M8612A型花键轴磨床的主要部件是头架和砂轮修整器。 图14a所示为M8612A型花键轴磨床头架部件结构。主要由主轴l4和分度板l7组成。图13 M8612A

24、型花键轴磨床(上海机床厂制造)1分度手轮2一分度选择旋钮3-_头架4一磨头5一砂轮修整器6一工作台7一床身8一垂直进给手轮9一工作台移动手轮 图14b所示为M8612A型花键轴磨床的砂轮修整器。 为了保证花键对轴线的对称度，修整器的回转中心可前后调整。调整时，旋转刻度手柄12，经蜗轮ll，使螺杆l3作相对移动，其导向柱l4保证回转中心在移动时左右位置不变。 修整砂轮两斜面时，金刚钻位置c，可按花键轴的小径和键宽求得 (1)式中d花键轴小径(mm)； B花键轴键宽(mm)。 修整圆弧时，按花键尺寸确定对刀块的尺寸 A=40-R (2) 式中A对刀块尺寸(mm)； 40机器常数(mm)； R修整圆

25、弧半径(mm)。主视图侧视图A)图14 M8612A型花键轴磨床主要部件a) 头架1一螺杆2一螺母3一工作缸右腔4一手柄5一螺钉6、19一盘7一齿条活塞8一分度阀9、10、11、l3一油路12一插销14一主轴15一超越离合器16一齿轮17一分度板l8一挡销B）图14 M8612A型花键轴磨床主要部件(续)b)砂轮修整器1一刻度盘2一左、右角度板3一定位销4一手柄5一三角导轨6修整座7、8一金刚钻9一回转架l0一主轴l l一蜗轮12一刻度手柄l3一螺杆14一导向柱二、花键轴的步骤 （一）磨削方法分类 花键轴的磨削方法可分两类：用花键轴磨床磨削；不用花键轴磨床磨削。磨削方法如图15所示。 a） b

26、） c） d） e） f）图15 磨削方法 （二）各种磨削方法的特点 1.磨花键小径如图15a所示，将砂轮修成圆弧面，适合磨削小径定心的花键轴。 2.磨键两侧及小径圆弧如图15b所示，在花键轴磨床上磨削，修整砂轮两圆锥面及圆弧面，效率高、加工精度高，适用于磨削小径定心的花键轴。 3.两角度砂轮磨两键侧如图15c所示，砂轮修整简单，要调整计算尺寸L。 4.两平行砂轮磨两键侧如图15d所示，砂轮修整简单，要调整计算尺寸L。 5.三个砂轮磨花键三个面如图15e所示，砂轮修整及调整计算尺寸L较复杂。 6.碟形砂轮磨一键侧如图15f所示，用砂轮端面磨削。 （三）在花键轴磨床上磨花键 首先，作分度调整。如

27、图16所示，头架的分度机构由液压传动，当工作台行至左端时，即自动分度。分度调整时，先打开分度选择阀捏手4，然后转动手柄2，其等分数由刻度盘1上的刻度读出。当调整到所需分度后，将螺钉3锁紧。 再用遮盘遮去不用的分度槽，以防止误分度(图17)。如磨削的花键为8等分，而花键轴磨床的分度板为24槽，故分度时对定销要跳过3槽，则遮盘要相应遮去2槽。调整结束后，使用分度点动按钮，检验分度是否正确。磨床备有16槽、20槽，供选用。 图16分度调整 图17安装分度遮盘 1一刻度盘2一手柄3一螺钉 4一分度选择阀捏手 第二步用修整器修整砂轮。如图18所示，首先修整砂轮的角度面，按花键轴键侧的角度，找正刻度盘的角

28、度值，并锁紧角度板。 修整砂轮角度面时，金刚钻位置按式(1)计算(图19)。调整时要锁紧定位圈，调整金刚钻位置后即可修整。金刚钻位置可由对刀块调整。如图20所示，对刀块尺寸按式(2)计算。用对刀块精确调整金刚钻位置后，就可修整所需的圆弧面。图18修整器的调整1一角度板2一进给手轮3一定位销扳手4一中心插销捏手5一调整捏手 磨削前应检查分度头架顶尖的径向圆跳动误差。顶尖的径向圆跳动误差应在0.005mm内，以减小花键小径与大径的同轴度误差。 图19 金刚钻位置的调整 图20 修整砂轮圆弧面的对刀块 检查两顶尖的中心连线对导轨移动方向的平行度误差。如图21所示，将花键样件装夹在两顶尖之间，用指示表

29、测量在垂直方向和水平方向的平行度误差，均应在0.005mm内。水平方向的误差可调整工作台角度加以消除；垂直方向的误差可调整尾座顶尖的高度加以消除，以防止产生圆柱度误差和齿向误差。 工件的装夹与对刀如图22所示。工件用两顶尖装夹，先移动砂轮，使砂轮对准工件的齿槽，然后再紧固鸡心卡头，以保证键两侧的磨削余量均匀。 图21检查平行度误差 图22 工件的装夹与对刀 （四）精度检验及误差分析 花键精度的单项检验，如图23和图24所示，分别用极限卡规测量键宽和花键的小径尺寸。由于花键的位置误差也直接影响花键的精度，故通常还要用花键环规作综合测量。图25所示花键环规包括了花键的尺寸精度和位置精度检验。花键环

30、规只有通规，其合格性为可通过性。 图23用花键卡规测量花键键宽 图24用花键卡规测量花键的小径尺寸 影响位置误差的主要因素是磨床分度机构的误差，分度头架顶尖的径向圆跳动误差及尾座顶尖的偏移等。 分度误差可用单个分度误差和总分度误差来评定。 单个分度误差是指一个分度实际数值与理论数值之间的代数差。通常用分度(圆周)间距的线值表示，也可换算成相应的角度误差 (3)式中角度分度误差(”)； 分度误差的线值(m)； d计算分度直径(mm)。 总分度误差是指在规定的区间内，正分度位置偏差与负位置偏差的最大绝对值之和。花键轴分度精度用分度检验仪测量，测量方法如图26所示，用显微镜1对分度盘2分度，用测头3测量各齿面，指示表的最大读数和最小读数之差，即为花键轴的单个分度误差。 图25花键环规 图26分度精度的测量方法