逼近法加工大鼓形花键

介绍一种超过R10000mm的大鼓形花键加工实例。打破卧式滚齿机数控系统的圆弧半径限制，采用微分圆弧、直线逼近的方法实现坐标点的计算和程序编制，通过技术攻关和试验验证，得出当分割量＜0.75mm时，可满足齿向7级精度要求。1

序言图1所示为太阳轮轴外形结构及鼓形量。太阳轮轴总长1510mm，轴两端因加工需要安装有含中心孔的专用工装，实际长度更长，超过立式滚齿机纵向装夹行程，且工作台上沉孔小于太阳轮轴左端齿外圆，无法装夹。目前在经过改造的卧式滚齿机编程过程中发现，设备允许输入的最大滚削鼓形量只有几千毫米，不能满足图样R33000mm的设计要求。外协加工成本昂贵，同时由于远距离运输，因此增加了运输成本，并且存在运输磕碰、划伤等多种潜在风险。由于产品为批量化生产，同时为了降本增效，因此进行技术攻关，实现在现有滚齿机设备上自主加工。a）结构b）B齿渐开线外花键齿向修鼓图1太阳轮轴外形结构及鼓形量2

鼓形花键加工原理鼓形花键的加工，是通过改变滚刀径向切削深度来实现的。对于直齿圆柱鼓形花键来说，实际切削过程中，滚刀在XZ平面内的运动轨迹为一较大的圆弧，由于太阳轮轴设计的鼓形量较大，经过改造的卧式滚齿机数控系统无法输入5位数以上的圆弧半径，不能满足图样设计要求。根据圆是由它的内切多边形无限逼近的结果[1-3]，拟采用微分圆弧，直线逼近的方法来实现。现在的关键是微分数量的确定及坐标点的计算问题。200mm长度的花键加上滚刀的切入、切出距离，按300mm计算，该段圆弧需要分解成多少段直线才能达到齿轮精度要求。初步确定分解为200段，即每段距离Z值改变1.5mm。3

坐标点的计算及程序编制根据零件结构及设备要求，程序编制时采用相对坐标编程。坐标点的计算（见图2）采用相对坐标点。坐标点计算过程使用Excel程序。图2坐标点的计算程序应用计算机编制，有利于坐标点的复制、粘贴，避免手工输入大量的数据和输入错误数据。编好的程序由外部USB转接接口导入加工设备。4

样件的试制及检测为了验证此方法的合理性及可行性，从车间找了一段废料，改制成与零件同齿数不同模数、同长度同鼓形量的花键轴，样件如图3所示。a）花键轴结构b）渐开线外花键齿向修鼓图3样件加工完的样件上齿检仪检测，检测结果见表1，其中Cβ为鼓形量，Fβ为螺旋线总偏差，fHβ为螺旋线倾斜偏差，ffβ为螺旋线形状偏差。鼓形量110μm小于图样技术要求的150μm，左右两侧鼓形量均匀一致，但螺旋线形状偏差ffβ大，齿向形状波浪较明显。表1样件检测结果（单位：μm）根据表1检测结果，把圆弧分解成400段，实际加工后对零件进行检测，检测结果见表2，鼓形量130μm更接近图样技术要求的150μm，左右两侧鼓形量均匀一致，螺旋线形状偏差ffβ明显减小，齿向形状波浪过渡更加光滑。表2零件检测结果（单位：μm）5

结束语经产品加工验证，本次技术创新打破了数控编程系统的圆弧半径限制，完成了风电超长太阳轮轴大鼓形量花键的批量化加工，不仅满足设计要求，而且节约了制造成本，同时得出以下结论。1）在卧式滚齿机上，通过应用直