一种矩形内花键的加工方法与流程

1.本发明属于零件加工技术领域，尤其涉及一种矩形内花键的加工方法。


背景技术：

2.在工程机械、汽车、农业机械领域，液压系统被广泛应用，而液压系统的动力来源（即液压泵的动力来源）往往来自于齿轮箱。为了减少齿轮箱的轴向尺寸，简化齿轮箱结构，齿轮箱油泵输出轴往往采用盲孔内花键的结构集成油泵接口，某些油泵输出轴还做成了齿轮轴结构节省齿轮箱空间，如图1a和1b所示，为含有盲孔矩形内花键的齿轮轴。而国内很多大功率油泵往往采用矩形花键的联接形式，其具有传动扭矩大、安全系数高的优点，所以如何提高该类零件的加工效率，提高该处内花键的加工精度，已经成为很多企业提高生产效率，提高产品质量的技术难题。
3.目前该类盲孔矩形内花键的加工方式主要有两种：一种是采用电火花加工；另一种是通过插床加工（图2为传统的插齿机），使用如图3所示的常规插刀加工内矩形花键（如公开号为cn210848649u的中国专利文献公开了一种“一种用于加工矩形内花键的插刀及设置该插刀的插齿机床”）。
4.电火花加工的工艺过程如下：1、将工件花键端内孔车加工至小径尺寸；2、制作矩形花键铜制电极；3、使用电脉冲夹持铜制电极放电融化工件，从而形成矩形内花键。该种加工方式加工效率低，图1所示工件加工时间需要1个小时。另外铜制电极损耗极快，花键几何尺寸波动大；加工定心方式通过目测或铜制电极自定心，花键相对与轴系的同轴度无法保证。
5.插床加工的工艺过程如下：1、将工件放置在机械分度盘上找正；2、将刀具与工件对刀；3、将机械分度盘对准第一齿位置，刀具上下冲刺，并对工件径向进刀；4、完成第一齿加工后，刀具及工作台退刀，操纵机械分度盘转直第二齿位置，如此反复操纵直到完成所有键槽的加工。但存在以下缺陷：1. 传统插床的机械分度盘分度精度低，一般在60"左右，机床精度保持率低；2.刀杆刀片角度无法旋转，刀具轴线角度调整困难，会导致加工出来的矩形花键平行度及位置度超差；3. 刀杆和刀片一般采用分体结构，降低了刀具刚性，特别是花键小径小于φ30的零件，根本无法加工；4. 插刀刀片材料为普通高速钢，无法加工表面硬度超过hrc40的零件；5. 往往采取的工艺流程为插矩形花键-热处理-磨外圆，无法消除热处理对花键尺寸及形位公差的影响。


技术实现要素：

6.为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种矩形内花键的加工方法，具有生产效率高、质量稳定、自动化程度高的优点，能够被广泛应用。
7.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种矩形内花键的加工方法，包括数控插齿机和专用插刀，所述专用插刀包括一体式的刀柄和切削刃，其中刀柄采用莫式锥柄，切削刃的前角为10
°
，后角为5
°
；所述加工方法包括以下步骤：将专用插刀通过莫式转接套装入数控机，将工件放入工作台并找正；回转专用插刀，同时径向进给工作台进行对刀，对刀完成后，将此时刀具回转的数值和工作台径向进给的数值归零；输入加工参数；开始自动加工：工作台回转至第一齿位置，专用插刀上下冲刺切削的同时，工作台径向进给实现专用插刀的进刀插槽，完成第一次加工；工作台径向复位并回转至第二齿，重复上述自动加工步骤，直至完成所有齿槽的加工；完成加工后，专用插刀退回至最高位，工作台完全退回并取下工件。
8.进一步的，所述切削刃采用型号为hss-e的白钢，且与刀柄之间通过铜焊固定成一体。
9.进一步的，所述切削刃的刀背为圆弧面构造，且刀背圆弧面一直延伸至刀尖。
10.进一步的，所述切削刃的侧后角为2
°
。
11.进一步的，所述切削刃的后刃角为1
°
。
12.进一步的，所述专用插刀采用s390超耐磨高韧性粉未高速钢整体加工而成。
13.进一步的，所述专用插刀表面设有涂层，涂层采用xpro-si硅系膜层。
14.进一步的，针对渗碳淬火热处理要求的工件，先依次进行渗碳淬火和切碳工序，之后再进行矩形内花键的加工步骤。
15.本发明的优点在于：利用三轴数控插齿机现代化通用数控设备和专用插刀，用于加工盲孔矩形内花键的工件，其具有生产效率高，适用性广，产品质量稳定，生产劳动强度低等特点。
附图说明
16.图1(a)为背景技术中齿轮轴的构造示意图；图1(b)为图1中c-c的剖视示意图；图2为背景技术中传统插齿机的三维构造示意图；图3为背景技术中传统插刀的构造示意图；图4为实施例3中三轴数控插齿机的三维构造示意图；图5(a)为实施例1中专用插刀的主视示意图；图5(b)为图5(a)的右视示意图；图5(c)为图5(a)的切削刃侧的下视示意图；图6(a)为实施例2中专用插刀的三维构造示意图；图6(b)为图6(a)的主视示意图；图6 (c) 为图6(a)的下视示意图；图7(a)为实施例3中三轴数控插齿机进行工件加工的状态示意图；图7(b)为图7(a)的下视示意图；
标号说明盲孔矩形内花键1，插刀2，刀柄21，切削刃22，刀体221，切削部222，工件3，前角4，后角5，侧后角6，后刃角7，工作台8。
具体实施方式
17.以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
18.实施例1本实施例提出一种专用插刀，该插刀结构可以加工花键小径φ15以上的零件，包括一体式的刀柄21和切削刃22，采用材料为s390超级耐磨高韧性粉末高速钢整体加工而成，表面涂覆xpro-si硅系膜层，具有比较优异的刚性和硬度。如图5（a）所示，刀柄采用莫式锥柄，采用3号莫氏短圆锥规格，具有与插齿机联接稳定可靠，拆卸安装方便的优点。
19.如图5（a）至图5（b）所示，切削刃包括刀体221和远离刀柄21一端的切削部222，刀体221的背面为圆弧面且一直延伸至切削部222的刀尖，这样在切削工件时，在避免内孔干涉的同时还提高了刀具刚性。为保证插刀的锋利程度，切削部的前角为10
°
，同时为保证插刀的刚性，切削部的后角为5
°
。切削部的宽度由内花键的键宽要求来确定。如图5（b）所示的视角中，切削部222两侧的侧面为向外倾斜的斜面，该视角平面中，侧面向外倾斜的角度称作后侧角，本实施例中后侧角为2
°
（即切削部宽度由顶面向底面变窄）。如图5（c）所示的视角中，切削部两侧的侧面向外倾斜，该视角平面中，侧面向外倾斜的角度称作后刃角，本实施例中后刃角为1
°
（即切削部宽度由刃尖端向刀柄端变窄）。
20.本实施例的专用插刀具有较好的刚性和硬度，可加工表面硬度hrc45-50的工件，可批量生产。
21.实施例2本实施例提出另一种专用插刀，如图6（a）至图6（c）所示，包括一体式的刀柄和切削刃，其中刀柄采用莫式锥柄，采用3号莫氏短圆锥规格，具有与插齿机联接稳定可靠，拆卸安装方便的优点，切削刃的前角为10
°
，同时为保证插刀的刚性，切削部的后角为5
°
，切削刃的宽度由内花键的键宽要求来确定。与实施例1不同，本实施例切削刃不具备侧后角和后刃角，切削刃的背面以及背面至刀尖处均为平面构造。切削刃采用型号为hss-e的白钢，且与刀柄之间通过铜焊固定成一体，并外涂xpro-si硅系膜层，相比与传统插刀，本实施例插刀的刚性和硬度得到了提升。
22.本实施例的专用插刀相对于实施例1的插刀结构，具有制作过程简单、方便的优点，但插刀的刚性和硬度均不及实施例1中的插刀结构，所以不适合批量生产。
23.实施例3本发明提出一种矩形内花键的加工方法，包括型号三轴联动数控插齿机以及实施例1或实施例2中的专用插刀。三轴联动数控插齿机如图4、图7（a）、图7（b）所示，三轴包括回转插刀处的x轴、回转工作台处的y轴、工作台径向进给方向的z轴，三轴位置通过驱动器、伺服电机、编码器准确定位分度，y轴和z轴的分度精度小于10"，精度稳定性高，数控插齿机可自动分度加工，可以实现一人多机操作，降低劳动强度，减少人工成本，通过增加机床配置选项，可以组成自动化生产加工线。
24.该一种矩形内花键的加工方法包括以下步骤：
1、将专用插刀通过莫氏转接套装在数控插齿机上；2、将夹具放入工作台找正并夹紧，然后放入工件复检夹具跳动；3、通过回转插刀（x轴）及移动工作台径向进给（z轴）进行专用插刀的对刀步骤，以工件内孔上出现两条均匀的擦痕为准，将此时刀具回转（x轴）数值及工作台径向进给（z轴）数值归零；4、编辑程序，输入齿数，冲程，进给等加工参数（可以通过西门子宏程序代码进行编辑并运行，也可以通过厂家进行参数化界面定制）；5、开启机床程序自动运行，机床自动将工作台回转（y轴）运动到第一齿位置，刀具上下冲刺并径向进刀插槽，完成第一齿加工后，工作台径向（z轴）退回，工作台回转（y轴）运动到第二齿位置继续进行加工，按上述步骤自动完成所有槽的加工；6、完成加工后刀具退回到最高位，工作台退出，此时可以松开压板取下工件。
25.上述实施例仅用于解释说明本发明的构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。