花键轴加工工艺.docx
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花键轴加工工艺
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；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
二、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、刀具材料以及工件加工精度有关。
用高速钢车刀车削时，V=0.3～1m/s，用硬质合金刀时，V=1～3m/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D＝200mm的铸铁棒料，选取的切削速度V＝0.9m/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0.2～0.3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0.1～0.2毫米／转；Ra1.6时，选用0.06～0.12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0．5～1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0.1～0.2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1～3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，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40b）错误：
直接退至30c）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
一．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、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.6μm，小径表面为Ra3.21μm，其余（包括键侧）表面Ra6．3μm。
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2．5mm的B型中心
孔，而且有Ø25mm×30mm的外圆柱面，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3．7mm）。
仍按上述方法，在工件水平位置的两侧外圆上划出键宽线。
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0.3～0.5mm，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0．4mm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（0.3～0.5）=16．2mm
（式中0.3～0.5mm是试铣时键侧单面保留的铣削余量。
）
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0．15mm，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0．15mm。
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，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（7.355～7.445）mm范围内；小径尺寸应在28.355～28.445mm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0．07mm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GB／Tll44—2001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。
GB／Tll44q00l（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6×23f7×26a11×6d10，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GB／Tll44q001）
轻系列
中系列
d/mm
标记
N
D/mm
B/mm
标记
N
D/mm
B/mm
1l
13
16
18
21
23
26
28
32
36
42
46
52
56
62
72
82
92
102
112
6×23×26
6×26×30
6×28x32
8×32×36
8×36×40
8×42×46
8×46×50
8×52×58
8×56×62
8×62×68
10×72×78
10×82×88
10×69X98
10×I02×l08
10×112×120
6
6
6
8
8
8
8
8
8
8
10
10
lO
10
10
26
30
32
36
40
46
50
58
62
68
78
88
98
108
120
6
6
7
6
7
8
9
10
lO
12
12
12
14
16
18
6×11×14
6×13×16
6×l6×20
6X18X22
6×21×25
6×23X28
6X26×32
6×28×34
8×32×38
8×36×42
8×42×48
8×46×54
8×52×60
8×56×65
8×62×72
10×72×82
10×82×92
10×92×l02
10X102X112
10×112×125
6
6
6
6
6
6
6
6
8
8
8
8
8
8
8
10
lO
10
10
10
14
16
20
22
25
28
32
34
38
42
48
54
60
65
72
82
92
102
112
125
3
3.5
4
5
6
6
6
7
6
7
8
9
10
10
12
12
12
14
16
18
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13M8612A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——修整圆弧半径（mm）。
主视图
侧视图
A）
图14M8612A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14M8612A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ll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）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（μm）；
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
1一显微镜2一分度盘3一测头4一被测花键轴
花键轴磨削废品分析见表2。
磨削花键轴应设法减小花键小径的圆度误差和圆柱度误差，提高花键键侧的位置精度，以满足工件的加工精度要求。
表2花键轴磨削废品分析
缺陷
原因及消除方法
花键轴小径圆产生锥形、腰鼓形误差，小径中心偏移
1．头尾架中心不等高。
重新调整尾座中心，使头尾架中心等高
2．细长花键轴弯曲变形。
使用中心架，提高定位刚度
3．修圆弧修整器中心与分度机构中心不重合。
用对刀样板重新找正金刚石位置
4．砂轮主轴中心与分度机构中心不垂直。
重新调整，使之垂直
5．砂轮磨损，重新修整砂轮
大、小径同轴度误差
1．中心孔的误差。
重新研磨中心
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