摘要：對于中小批量的花鍵生產(chǎn)而言，從專門滾齒工藝外包轉(zhuǎn)變?yōu)椴捎脙?nèi)部多任務(wù)機床圓盤銑刀加工，有助于實現(xiàn)重型汽車行業(yè)花鍵供貨的快速周轉(zhuǎn)和靈活性。

      在齒輪加工探討中，花鍵往往被忽略。但是，多數(shù)復(fù)雜的齒輪加工中的回轉(zhuǎn)要素也涉及到花鍵加工。花鍵在重型汽車，礦山，建筑施工，農(nóng)業(yè)等大型工程機械中都很常用，但是他們沒有得到應(yīng)有的重視，確實是一大遺憾。實際工作中，花鍵無處不在，軸與軸之間的旋轉(zhuǎn)運動傳遞便需要花鍵連接。在對負(fù)荷有要求的情況下（例如重型機械的花鍵軸），需要采用很復(fù)雜的花鍵（不同槽型采用多齒花鍵軸），才能最大限度地加大表面接觸面積，甚至從外花鍵向內(nèi)花鍵分布重負(fù)荷。

      OEM（原始設(shè)備制造商）及其一級供應(yīng)商要求生產(chǎn)廠家提供高精度部件。這并非什么新鮮事情，部件供應(yīng)商在生產(chǎn)重型汽車直接可使用的花鍵方面，具有成熟的技術(shù)。為滿足大批量生產(chǎn)規(guī)模生產(chǎn)效率的需要，人們已生產(chǎn)出大量的傳統(tǒng)高速鋼（HSS）刀具（如花鍵軋制搓齒刀、滾刀、拉刀和剃齒刀）。但是，人們迫切希望解決的問題是增加花鍵的靈活性。花鍵技術(shù)變革已經(jīng)加快了步伐，通常利用嶄新平臺，新產(chǎn)品上市的速度比以前更快。但歷史上花鍵制造廠很難在如此小的零件上下工夫，更不用說經(jīng)常進行設(shè)計改進。

傳統(tǒng)經(jīng)驗中的內(nèi)在缺陷

      對于每套花鍵的切深、結(jié)構(gòu)和形狀來說，幾乎都有專門設(shè)計的高速鋼滾刀、拉刀或搓齒刀。對于單批量生產(chǎn)而言，如果是長期生產(chǎn)，那么這些工藝很好，能夠按嚴(yán)格的規(guī)范生產(chǎn)出重復(fù)性非常高的產(chǎn)品。

      其缺點是滾刀配置過多、規(guī)格繁雜，需要重新修磨和重新涂層等日常維護保養(yǎng)工作，并且這些工作都需要從機床上取下并送往廠外完成。花鍵生產(chǎn)期間，工廠隨時需要至少兩套同樣的HSS刀具，才能保證按計劃重磨／重新涂層及應(yīng)對意外的事故。

      隨著重工業(yè)技術(shù)變革步伐加快，面對各種規(guī)范或設(shè)計變化或需要制作各種各樣的樣品時，保持靈活性的唯一方式是擁有全套形狀和規(guī)格齊全的滾刀，適合所有應(yīng)用。并且在生產(chǎn)過程中，每樣刀具需要兩套。多年來，專業(yè)廠家的花鍵和齒輪按行業(yè)分得很細(xì)，所以產(chǎn)品名目繁多。

小批量生產(chǎn)更靈活

      當(dāng)今，增強靈活性技術(shù)取得了跨越式發(fā)展，因為多軸多任務(wù)機床可采用圓盤銑刀完成以前長期只能由滾刀、拉刀、花鍵軋制才能完成的工序。槽銑或盤銑花鍵外齒和內(nèi)齒是加工花鍵最經(jīng)濟的方式。隨著成功研發(fā)多任務(wù)機床和刀片解決方案，可采用一把刀具完成多種工作。這對中小批量生產(chǎn)特別重要，這些生產(chǎn)往往要求在整個加工和處理過程中頻繁換刀。因為這些工廠的生產(chǎn)不成批量，往往是一個類型的花鍵生產(chǎn)100件，另一個類型生產(chǎn)200件，而不是同一零件生產(chǎn)10,000件。

      山特維克可樂滿的CoroMill 172圓盤銑刀對使用的機床類型很靈活，反映了多任務(wù)機床的適用性。但是，對于給定的花鍵尺寸和齒數(shù)，需要采用專門的刀片。于是，客戶因為機床設(shè)計的靈活性（即多任務(wù)機床、裝有從動刀具和Y軸的車床以及裝有旋轉(zhuǎn)工作臺的加工中心）而強調(diào)滾刀的靈活性。

      例如，因為一臺多任務(wù)機床便能完成整個零件的所有工序，因此在加工花鍵時，無需分別采用車床和滾齒機床，或者，可采用配有旋轉(zhuǎn)工作臺的三軸加工中心車床。在一臺機床上加工整個零件的好處是縮短裝刀時間，改善各種不同加工件的公差。通過使用加工中心和旋轉(zhuǎn)工作臺，制造廠不會選用某一臺專門機床。加工中心可用于加工配有花鍵的零件時裝刀工序間的其他部件。同時，也可進行其他加工作業(yè)，例如銑槽、交叉孔和平面。

      對于很多加工車間或二級供應(yīng)商來說，這種靈活性使得他們自己能完成更多的加工。過去的花鍵分包給專業(yè)的齒輪加工廠加工，而如今在自己工廠便可完成——只需配一臺基本的三軸加工中心和配有安裝相對較小可轉(zhuǎn)位圓盤銑刀的主軸及旋轉(zhuǎn)工作臺。這些刀具的一個主要好處是在一把刀具上可更換不同的可轉(zhuǎn)位刀片，達到不同的總切深、齒根開頭或齒頂?shù)菇恰Ｅc單一工序的單個滾刀、花鍵搓齒刀或拉刀具規(guī)格和輪廓相比，方便得多。毋庸置疑，圓盤銑刀（特別是能用于具體刀體的刀片）要比滾刀、花鍵搓齒刀或拉刀便宜。圓盤銑刀確實經(jīng)濟實惠，主要表現(xiàn)在使用的刀具較少，能加工不同種類的花鍵，這些特點是圓盤銑刀的亮點。

      需要考慮的另一個因素是縮短裝夾時間。對于很多軸料制造廠來說，每一根軸都有一個小花鍵。加工軸時，如果需要頻繁更換機床才能完成多道工序，那么會浪費很多裝夾時間，同時增加了夾裝、搬運和重新夾裝中人為出錯的幾率。采用裝有圓盤銑刀的多任務(wù)機床，只裝一次裝夾便可加工這些花鍵連接的軸。

      當(dāng)今制造廠正在尋求更容易、更簡單、更智能化、更靈活的部件加工方案。阻力最小的路徑往往是最佳路徑，限制刀具庫存量和調(diào)質(zhì)處理，既可使工作簡單化，又可控制刀具系統(tǒng)庫存量和維護保養(yǎng)成本。

花鍵加工薄切屑基本參數(shù)

      當(dāng)使用圓盤銑刀時，準(zhǔn)確計算薄切屑對花鍵切削至關(guān)重要，因為薄切屑是工藝中最基本的參數(shù)。圓盤銑刀制造廠提出兩點主要的進刀建議，即通常需要設(shè)置每齒的進刀量 （fz） 和最大切屑厚度（hex）。當(dāng)?shù)毒咴O(shè)置成徑向吃刀量大于或等于其本身半徑時，這兩個值應(yīng)當(dāng)相等。但是，希望的薄切屑效果只有當(dāng)徑向切削寬度小于半徑時才很明顯。

      采用圓盤銑刀作為花鍵制造廠的基本銑槽刀具時，花鍵的徑向切削寬度比刀具直徑小，也就是說始終能保證薄切屑。為了得到最可能的hex值、優(yōu)化花鍵“銑槽”應(yīng)用，操作人員必須通過圓盤銑刀吃刀量和圓盤銑刀直徑計算fz。計算薄切屑的公式如圖1所示。

圖文說明；確定每齒進刀量（f_z）時，切屑厚度 （h_ex） 至關(guān)重要，因為切屑厚度最終提供優(yōu)化的工作臺進刀量。 

      如果操作人員不能優(yōu)化每齒進刀量，那么進刀速率可能太低而不適合于刀片的刃口處理或刀片槽型。因為刀體會產(chǎn)生跳動量誤差，所以作為經(jīng)驗法則，通常建議操作人員在選取hex時，不得小于0.003英寸（0.076毫米） 。如果hex太小，會發(fā)生磨擦，剛好與實際切削相反，這樣會產(chǎn)生更多的熱量，縮短刀具使用壽命，并降低工藝準(zhǔn)確性。圓盤銑刀制造廠應(yīng)當(dāng)能提供hex參數(shù)的最大值。

      記住最大輸出后，在類似銑槽工藝（例如用圓盤銑刀加工花鍵）中，薄切屑是一個關(guān)鍵因素。此因素對雙走刀粗加工來說特別重要，因為此階段中使生產(chǎn)效率降低的風(fēng)險更高。

調(diào)整偏移

      從專用滾齒機床到多任務(wù)機床或加工中心的重大變革是刀具僅支撐在心軸的接口側(cè)。傳統(tǒng)滾齒機床的滾刀支撐在心軸的兩端，但只有一端支撐刀具，刀具可能發(fā)生偏移。只需簡單的幾個步驟即可防止偏移。首先，選擇花鍵切削工藝的圓盤銑刀時，使用最穩(wěn)定的刀具，限制刀具偏移。不要使用比實際需要長的刀具。如有可能，避免L／D ＞5，因為刀具偏移和穩(wěn)定性要求兩次走刀以上，對生產(chǎn)效率影響很大。

      其次，還可保證心軸接口不能太弱而無法滿足給定的刀具直徑。圓盤銑刀制造廠應(yīng)當(dāng)指導(dǎo)操作人員能根據(jù)刀具長度選擇合適的刀具連接尺寸。最后，如有要求，使用兩次走刀策略，其中最后一次走刀的切深較淺。最后一次走刀期間，產(chǎn)生的切削力較低，使表面得到改善，將偏移誤差減至最小。當(dāng)有振動傾向時，零件和夾具也發(fā)揮重要作用。

   如果采取的預(yù)防措施不足以防止偏移，那么齒兩側(cè)的外形輪廓偏差很大。當(dāng)花鍵齒廓指示偏差斜率相等時，即齒左右兩側(cè)的傾斜方向相同時，表示需要加長或縮短設(shè)定長度。調(diào)整長度（x，單位為毫米）按下式計算：

圖2：調(diào)整刀具偏移度

      如果是左右側(cè)具有相同斜率的齒廓但方向相反的外齒輪，則表示齒輪直徑不正確，切入太深或太淺。如果型線斜面通過齒頂變窄點，表示齒輪直徑太小。解決方案是根據(jù) MdK （沿球的尺寸）測量值將切口調(diào)淺。 相反，如果型線斜面通過齒低變窄點，表示齒輪直徑太大。 解決方案是根據(jù) MdK 測量值將切口調(diào)深。

      輪齒左右兩側(cè)傾斜角度不同表示切深 （MdK 或MdR 測量值）和刀具偏移度都有誤差。

      為調(diào)整切深而保證正確的直徑和齒厚，操作人員必須首先確定MdK或MdR 測量值，其中MdK表示沿球的尺寸；MdR 表示沿銷的尺寸。加工試驗部件或至少兩個齒槽，測量齒輪MdK或MdR尺寸。只有在切削兩個齒槽后，才能用測量機或螺旋測微儀調(diào)整和測量齒輪直徑／切深。

      一旦達到正確的MdK 或MdR測量值，需要按照刀具偏移度調(diào)整公式（圖2）對刀具偏移度做出補償。

花鍵加工首選圓盤銑刀：具體實例

      在這種情況下，咱們同時用山特維克可樂滿的CoroMill 172與高速鋼刀具粗加工和精加工低合金鋼 （16MnCr5）軸上的外花鍵，然后加以比較。這種工藝的花鍵數(shù)據(jù)是采用DIN 5480m規(guī)定的26齒（z）的模塊5（尺寸與ANSI 5/10類似）。

      為了達到想要的結(jié)果，高速鋼刀具要求兩次粗加工走刀和一次精加工走刀，切削速度為165英尺每分，每齒進刀量設(shè)置成0.003英寸。由于只有一端支撐滾刀，所以需要額外粗加工走刀。但是CoroMill 172圓盤銑刀只需一次走刀便完成相同工序，粗加工走刀速度更快，每齒進刀量設(shè)置成0.008英寸時，速度為540英尺每分；每齒進刀量設(shè)置成0.007英寸時，精加工走刀速度為640英尺每分。

      完成整個加工的時間，高速鋼刀具需要250分鐘，而CoroMill 172僅需20分鐘。這種刀具節(jié)省了大量時間，堪稱多任務(wù)機床采用盤式銑刀加工花鍵改善速度的楷模。CoroMill 172切削的齒廓符合DIN 5480標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于花鍵的要求（（DIN 867關(guān)于齒輪的要求），并可同時加工內(nèi)外花鍵、齒輪和搓齒刀。應(yīng)用領(lǐng)域包括當(dāng)初討論的多任務(wù)機床、加工中心、車床中心甚至滾齒機床的精加工應(yīng)用。

      CoroMill 172的模數(shù)范圍為3～10 （DP 8/16～2.5/5）， 現(xiàn)在與新型CoroMill 171一起，模數(shù)范圍可達0.8～3 （DP 32/64～8/16）。這是山特維克可樂滿對花鍵有關(guān)的重型汽車行業(yè)常用的可轉(zhuǎn)位盤銑刀切削刀具規(guī)格的全面補充。CoroMill 171刀具可使用最小的刀片，加工重型汽車（即重型卡車和客車）較輕側(cè)采用的多種花鍵。但是，當(dāng)需要齒輪箱／變速器時，幾乎任何行業(yè)都會使用花鍵。

      汽車行業(yè)面對巨大壓力，重型汽車制造也不例外，即對于中小批量規(guī)模生產(chǎn)來說，人們迫切需要靈活性和更短的加工周期。這種趨勢使得更多工廠自己內(nèi)部加工花鍵。現(xiàn)在，制造廠可在其傳統(tǒng)的CNC機床（車床、加工中心和多任務(wù)機床）上采用新型盤銑刀切削技術(shù)，以可改編的程序進行花鍵加工，可節(jié)省大量財力和時間，同時減少切削刀具庫存量。