键槽的数控加工工艺与编程

键槽的数控加工工艺与编程

摘要

本设计分析了数控机床加工轴外键槽的工艺以及引起加工误差的因素。分析对比了普通机床加工轴外键槽和数控加工的优劣。提出了加工轴外键槽的工装设计方案及加工工艺。在设计方案确定以后，根据具体使用要求和工作情况设计夹具的定位元件，夹紧机构，定位键和夹具体。在生产加工中，应用本设计装夹工件，定位夹紧可靠，可以提高工件的加工精度。

关键词：数控，键槽，加工工艺，编程

绪论

数控（英文名字：Numerical Control 简称：NC）技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。

数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数(主轴转数、进给量、背吃刀量等)以及辅助功能(换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等)，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上(如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器)，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。

这种从零件图的分析到制成控制介质的全部过程叫数控程序的编制。数控机床与普通机床加工零件的区别在于数控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床要由人来操作，我们只要改变控制机床动作的程序就可以达到加工不同零件的目的。因此，数控机床特别适用于加工小批量且形状复杂要求精度高的零件。

本文主要介绍了键槽及数控的加工工艺，还有键槽加工的编程。

第2章键槽

轴类零件外键槽是与键配合构成键连接。键是用来连接轴与轴上传动件（例如齿轮，带轮等等）以实现周向（或轴向）固定，以便传动件与轴一起转动传递转矩和旋转运动。轴外键槽的加工精度高，则键在键槽中的轴向固定良好，连接更为可靠。

键槽加工中，对称度是重要的技术指标。运用普通立铣床加工轴外键槽，采用传统加工工艺，一般用抱钳装夹工件，用键槽铣刀或是立铣刀加工，在加工过程中受力不均衡，容易引起加工误差。生产效率较低,运动刚性差，质量稳定性差.

运用数控铣床加工轴外键槽，可以实现X轴与Z轴联动，形成“之”字形走刀路线，较普通走刀路线受力更均衡，从而改变了工件的受力情况，有利于提高工件的加工精度。

2.1 零件的分析

2.1.1 零件的作用

轴类零件外键槽与键配合构成键连接。键是用来连接轴与轴上传动件（例如齿轮，带轮等等）周向或是轴向固定，以便传动件与轴一起转动传递转矩和旋转运动。轴外键槽的加工精度高，则键在键槽中固定良好，连接可靠。当被连接的毂类零件在工作过程中必须在轴上做轴向移动时（如变速箱中的滑移齿轮），需要采用导向平键或是滑键，则需铣削出较长的键槽，以实现毂类零件的轴向移动。

2.2 零件的工艺分析

轴类零件主要加工表面是各外圆表面。次要加工表面是轴外键槽，花键，螺纹。

通常先安排定位基面的加工，为加工其他表面做好准备。后安排次要表面的加工。所以轴外键槽的加工安排在外圆精车或粗磨以后，精磨之前进行。否则会在外圆终加工时产生冲击，不利于保证加工质量影响刀具的寿命，或是会破坏主要加工表面已经获得的精度。

轴外键槽与轴类零件外圆有位置要求。

键槽与工件外圆的对称度公差为0.08mm。

由以上分析，需要先加工工件的主要加工表面，然后借助专用夹具加工轴外键槽，并且保证它们之间的位置精度要求。

2.3 基面的选择

基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，会造成零件报废，使生产无法顺利进行。

（1）粗基准的选择。对于轴类零件的加工，以外圆作为粗基准。

（2）精基准的选择。采用顶尖孔作为定位基准。以顶尖孔为精基准可以实现基准统一，能够在一次装夹中加工出各段外圆表面及端面，可以很好的保证各外圆表面的同轴度以及外圆与端面的垂直度，加工效率高并且所用的夹具结构简单。所以对于实心轴（棒料或锻件毛胚），在粗加工之前，应先打顶尖孔，以后的工序都以顶尖孔定位。

（3）加工轴外键槽以工件外圆柱面作为定位基准。

2.4 制定工艺路线

对于7级精度，表面粗糙度R a1-0.5μm的一般传动轴，工艺路线方案为：

（1）用工件外圆表面作为粗基准，钻顶尖孔。

（2）用顶尖孔定位，粗车外圆表面和端面。

（3）用顶尖孔定位，精车外圆表面和端面。

（4）用外圆柱面定位，加工轴外键槽。

（5）热处理。

（6）修研顶尖孔。

（7）用顶尖孔定位，粗磨外圆。

（8）用顶尖孔定位，精磨外圆。

（9）检验。

第3章轴外键槽的传统加工工艺与传统加工方式

3.1 加工轴外键槽的传统工艺与传统工艺分析

3.1.1 传统工艺

运用传统工艺加工轴外键槽如图6所示：现将铣刀垂直进给移向工件，到一定深度后，将纵向进给切至键槽全长；再进行垂直进给，然后反向纵向进给，反复多次直至切刀要求深度。

3.1.2 传统工艺分析

运用传统工艺加工轴外键槽会带来两个弊端：

其一垂直切削分力加大，引起刀具挠度和转角加大，这样就加剧键槽侧面倾斜，另外顺铣与逆铣时产生的不对称变形，这些都会给对称度带来不利影响。

其二吃深较大，铣刀与工件接触弧长，切削沿前刀面滑动时间较长，因此前后刀面同时磨损，而后刀面磨损尤为严重，这样键槽宽度尺寸会受到影响，同时减少刀具重磨次数。

基于以上两点，此工艺对于加工轴外键槽的效果较差。

3.2 轴外键槽的传统加工方式

图6 传统加工方式

圆轴类外键槽通常使用键槽铣刀或立铣刀加工，如图6所示。用键槽铣刀铣削封闭式键槽时，一般用抱钳装夹工件或v型体装夹工件

夹紧工件前必须校正夹具在工作台中的位臵，然后利用螺栓与工作台T型槽连接。键槽长度进给量由工作台纵向进给手轮控制，深度进给由工作台升降进给手柄来控制，宽度由铣刀直径控制。其工作循环如图6所示；先将铣刀垂直进给移向工件，切削少量的深度，将工件纵向进给切至键槽的全长；再进行垂直进给，