CN104942378B - 小模数盲孔内花键加工刀具装置及加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种小模数盲孔内花键加工刀具装置及加工方法。所述装置在刀座体底部开有定位键块槽并在槽内装有定位键块，刀座体上部的一侧装有刀具定位档块，并用档块锁紧螺栓与刀座体相连接，刀座体上部开有刀具槽并装有刀具，刀具用刀具压板压住，再用压板锁紧螺栓固定在刀座体上，刀具通过刀具锁紧螺栓固定，刀座体用刀座锁紧螺栓固定在加工设备上。所述加工方法按下列步骤进行：1、刀具和刀座体的安装；2、等高参数调节；3、参数设置；4、工件加工。该方法解决了传统技术采用展成插齿法等，加工效率低下、刀具成本高等问题，使用该装置和方法加工后的花键，同轴度好，精度高，棒间距通过数控调节方便，利于大批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及到机械加工领域，特别涉及到一种小模数盲孔内花键加工刀具装置及加工方法。
背景技术
在EPS转向管柱上广泛使用一种带外花键连接轴的电机与带内花键的蜗杆相连接的结构，精密配合用以传递电机的扭矩。然而当电机转动时，受零部件制造和安装精度的影响，导致以下缺陷：
1、内花键齿圈加工过大，装配后产生异响，且配合面受力后有打滑的风险；
2、内花键齿圈加工过小，且位置度误差过大，装配后转动不灵活，造成卡死。
目前，现有精密盲孔内花键的加工多采用如下方式：
方法一、展成插齿法，刀具简图如图8和图9所示。
该方法加工内齿需要使用标准的插齿机床，加工时切削刀具不仅要完成进刀退刀的插齿动作，而且在完成一次插齿后刀具要与工件作相对展成运动。
方法二、整体成型推齿法。
该方法的刀具与展成插齿刀相近，刀具的齿形与盲孔内花键形状尺寸一样，使用10吨位的压力机，一次性将刀具硬推入工件的盲孔内，去除多余的材料。如图10所示，图中17为工件，18为推刀头。
方法三、模具锻造法。
该方法在零件毛坯初期车加工内外形前，采用成型的模具，冷锻或热锻将内花键挤出。
但以上方法均有如下缺陷：
1、方法一因为要做展成运动，其加工效率低，且刀具设计难度大、制造成本极高，加工时刀具根部极细，加工刚度极差，尺寸稳定性极差。
2、方法二整体成型推齿法虽然使用压力机提高了工作效率，但去除的多余铁销堆积在工件盲孔内与工件成为一体无法排除，为后续处理增加了很大难度，且因推齿时受力不均匀，不稳定导致齿面粗糙度极差，齿形位置形状精度极差。
3、方法三模具锻造法虽然也提高了生产效率，但因内孔太小模具头极易变形、磨损、折断，消耗成本也极大，且也增加了后续内花键与车加工外圆位置精度的不确定度。
如何提高小模数盲孔内花键的加工精度和效率，其加工刀具装置及加工方法的改进成为提高效率，降低单件制造成本的关键所在。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小模数盲孔内花键加工刀具装置及加工方法，其目的为有效的解决传统展成插齿法产生的效率低、精度差、成本高的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种小模数盲孔内花键加工刀具装置，包括刀座体、刀座锁紧螺栓、定位键块、刀具定位档块、档块锁紧螺栓、刀具压板、刀具锁紧螺栓、刀具和压板锁紧螺栓，所述装置在刀座体底部开有定位键块槽并在槽内装有定位键块，刀座体上部的一侧装有刀具定位档块，刀具定位档块用档块锁紧螺栓与刀座体相连接，刀座体上部开有刀具槽，刀具槽内装有刀具，刀具通过刀具锁紧螺栓压住，刀具锁紧螺栓装在刀具压板，刀具压板用压板锁紧螺栓固定在刀座体上，刀座体用刀座锁紧螺栓固定在加工设备上。
所述刀具的刀头圆周上只有一个单一刀齿，刀齿的前刀面与主后刀面构成84-90°的夹角，两面的交线构成主切削刃，前刀面与副后刀面的交线构成副切削刃，刀杆靠刀底面处开有定位平面，定位平面与刀齿成固定的位置关系，定位平面在刀具装入刀座体时与刀具槽相接触，并用刀具锁紧螺栓顶紧固定。
一种小模数盲孔内花键的加工方法，所述加工方法按下列步骤进行：
1、刀具和刀座体的安装：
刀座体通过定位键块轴向精确定位在加工设备上，用千分表校正刀座基准平面和刀座基准底面后，由刀座锁紧螺栓将刀座体固定在加工设备上，根据刀具的刀杆、定位平面和刀底面，由刀座槽侧面、刀座槽底面和刀具定位档块将刀具精确定位在刀具槽中，最后用刀具锁紧螺栓压住，此时，刀座槽底面与刀座基准平面之间构成2-3°的夹角，而刀具的后主刀面和刀座基准面构成2-3°的后角；
2、等高参数调节：加工前，固定好工件后，使用数控床上的伺服z轴，调整刀具中心线高度与工件中心平面高度差＜0.01mm；
3、参数设置：将刀具进刀、切齿、退刀、回位、循环轨迹、循环次数参数输入数控机床的电脑中；
4、工件加工：加工时，通过数控机床的程序控制伺服x轴和伺服z轴，以2500-3000mm/min速度高速运行，完成一个工件的全齿进刀、切齿、退刀和回位加工过程，上述四个动作形成一个矩形路径运动轨迹，4-6个矩形循环加工完一个全形齿，其中完成一个矩形循环后，下一个矩形循环进刀的位置向前递增0.05-0.15mm，矩形循环过程中，刀具不与工件发生相对旋转运动，不做展成运动，加工完一个全形齿后，数控机床的旋转伺服A轴，带动工件转动360°/齿数，定位下一个齿的加工位置，重复上述的矩形循环加工过程。
本发明的积极效果为：
1、该方法解决了传统技术采用展成插齿法等，加工效率低下、刀具成本高等问题；
2、使用该装置和方法加工后的花键，同轴度好，精度高，棒间距通过数控调节方便，利于大批量生产。
附图说明
图1、小模数盲孔内花键加工刀具装置结构示意图；
图2、小模数盲孔内花键加工刀具装置俯视图；
图3、小模数盲孔内花键加工刀具装置侧剖视图；
图4、刀具结构示意图；
图5、刀座体侧剖视图；
图6、刀座体俯视图；
图7、刀座体主剖视图；
图8、现有展成插齿法刀具主视图；
图9、现有展成插齿法刀具仰视图；
图10、现有整体成型推齿法工件和推刀头示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-7进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例一
参见图1-7
1、刀具和刀座体的安装：刀座体1通过装在定位键块槽14内的定位块3轴向精确定位在加工设备上，用千分表校正刀座体1上的刀座基准平面12和刀座基准底面13后，由刀座锁紧螺栓2将刀座体1固定在加工设备上，用档块锁紧螺栓5将刀具定位档块4固定在刀座体1上，将刀具8放入刀具槽10中，刀杆8-6上的定位平面8-7与刀座槽底面11相接触，刀底面8-8与定位档块4相接触，此时由刀座槽侧面15、刀座槽底面11和刀具定位块4将刀具8精确定位在刀具槽10中，并通过刀具锁紧螺栓7压住，刀具锁紧螺栓安装在刀具压板6上，通过压板锁紧螺栓9将刀具压板锁紧在刀座体1上，此时，刀座槽底面11与刀座基准平面12之间构成2°的夹角，而刀具8的后主刀面8-4和刀座基准平面12之间构成2°的后角。
2、等高参数调节：加工前，固定好工件后，使用数控机床上的伺服z轴，调整刀具8中心线高度与工件中心平面高度差＜0.01mm；
3、参数设置：将刀具8的进刀、切齿、退刀、回位、循环轨迹、循环次数及工件旋转齿数等参数输入到数控机床的电脑中；
4、工件加工：通过数控机床的程序控制伺服x轴和伺服z轴，以2500mm/min速度高速运行，完成一个工件的全齿的进刀、切齿、退刀和回位加工过程，上述四个动作形成一个矩形路径运动轨迹，4个矩形循环外出一个全形齿的加工，完成一个矩形循环后，下一个矩形循环的进刀位置向前递增0.05mm，矩形循环过程中，刀具8不与工件发生相对旋转运动，不做展成运动。
加工时，由前刀面8-1上的主切削刃8-3和副切削刃8-2担任主要的切削任务，通过刀座底面8-8将切削力传递到刀具定位档块4上，最终均匀分散在加工设备的床身上，使得加工齿形与刀具齿廓完全一致。而且刀具8的主后刀面8-4和副后刀面8-5有一定的厚度，使用后可以多次复磨。
实施例二
参见图1-7
1、刀具和刀座体的安装：刀座体1通过装在定位键块槽14内的定位块3轴向精确定位在加工设备上，用千分表校正刀座体1上的刀座基准平面12和刀座基准底面13后，由刀座锁紧螺栓2将刀座体1固定在加工设备上，用档块锁紧螺栓5将刀具定位档块4固定在刀座体1上，将刀具8放入刀具槽10中，刀杆8-6上的定位平面8-7与刀座槽底面11相接触，刀底面8-8与定位档块4相接触，此时由刀座槽侧面15、刀座槽底面11和刀具定位块4将刀具8精确定位在刀具槽10中，并通过刀具锁紧螺栓7压住，刀具锁紧螺栓安装在刀具压板6上，通过压板锁紧螺栓9将刀具压板锁紧在刀座体1上，此时，刀座槽底面11与刀座基准平面12之间构成3°的夹角，而刀具8的后主刀面8-4和刀座基准平面12之间构成3°的后角。
2、等高参数调节：加工前，固定好工件后，使用数控机床上的伺服z轴，调整刀具8中心线高度与工件中心平面高度差＜0.01mm；
3、参数设置：将刀具8的进刀、切齿、退刀、回位、循环轨迹、循环次数及工件旋转齿数等参数输入到数控机床的电脑中；
4、工件加工：通过数控机床的程序控制伺服x轴和伺服z轴，以2800mm/min速度高速运行，完成一个工件的全齿的进刀、切齿、退刀和回位加工过程，上述四个动作形成一个矩形路径运动轨迹，5个矩形循环外出一个全形齿的加工，完成一个矩形循环后，下一个矩形循环的进刀位置向前递增0.10mm，矩形循环过程中，刀具8不与工件发生相对旋转运动，不做展成运动。
加工时，由前刀面8-1上的主切削刃8-3和副切削刃8-2担任主要的切削任务，通过刀座底面8-8将切削力传递到刀具定位档块4上，最终均匀分散在加工设备的床身上，使得加工齿形与刀具齿廓完全一致。而且刀具8的主后刀面8-4和副后刀面8-5有一定的厚度，使用后可以多次复磨。
实施例三
参见图1-7
1、刀具和刀座体的安装：刀座体1通过装在定位键块槽14内的定位块3轴向精确定位在加工设备上，用千分表校正刀座体1上的刀座基准平面12和刀座基准底面13后，由刀座锁紧螺栓2将刀座体1固定在加工设备上，用档块锁紧螺栓5将刀具定位档块4固定在刀座体1上，将刀具8放入刀具槽10中，刀杆8-6上的定位平面8-7与刀座槽底面11相接触，刀底面8-8与定位档块4相接触，此时由刀座槽侧面15、刀座槽底面11和刀具定位块4将刀具8精确定位在刀具槽10中，并通过刀具锁紧螺栓7压住，刀具锁紧螺栓安装在刀具压板6上，通过压板锁紧螺栓9将刀具压板锁紧在刀座体1上，此时，刀座槽底面11与刀座基准平面12之间构成3°的夹角，而刀具8的后主刀面8-4和刀座基准平面12之间构成3°的后角。
2、等高参数调节：加工前，固定好工件后，使用数控机床上的伺服z轴，调整刀具8中心线高度与工件中心平面高度差＜0.01mm；
3、参数设置：将刀具8的进刀、切齿、退刀、回位、循环轨迹、循环次数及工件旋转齿数等参数输入到数控机床的电脑中；
4、工件加工：通过数控机床的程序控制伺服x轴和伺服z轴，以3000mm/min速度高速运行，完成一个工件的全齿的进刀、切齿、退刀和回位加工过程，上述四个动作形成一个矩形路径运动轨迹，6个矩形循环外出一个全形齿的加工，完成一个矩形循环后，下一个矩形循环的进刀位置向前递增0.15mm，矩形循环过程中，刀具8不与工件发生相对旋转运动，不做展成运动。
加工时，由前刀面8-1上的主切削刃8-3和副切削刃8-2担任主要的切削任务，通过刀座底面8-8将切削力传递到刀具定位档块4上，最终均匀分散在加工设备的床身上，使得加工齿形与刀具齿廓完全一致。而且刀具8的主后刀面8-4和副后刀面8-5有一定的厚度，使用后可以多次复磨。
以上所述仅是本发明的非限定实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思和不作出创造性劳动的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种小模数盲孔内花键加工刀具装置，包括刀座体(1)、刀座锁紧螺栓(2)、定位键块(3)、刀具定位档块(4)、档块锁紧螺栓(5)、刀具压板(6)、刀具锁紧螺栓(7)、刀具(8)和压板锁紧螺栓(9)，其特征在于：所述装置在刀座体(1)底部开有定位键块槽(14)并在槽内装有定位键块(3)，刀座体(1)上部的一侧装有刀具定位档块(4)，刀具定位档块(4)用档块锁紧螺栓(5)与刀座体(1)相连接，刀座体(1)上部开有刀具槽(10)，刀具槽(10)内装有刀具(8)，刀具(8)用刀具压板(6)压住，再用压板锁紧螺栓(9)将刀具压板(6)固定在刀座体(1)上，刀具(8)通过刀具锁紧螺栓(7)固定，刀座体(1)用刀座锁紧螺栓(2)固定在加工设备上。
2.根据权利要求1所述的小模数盲孔内花键加工刀具装置，其特征在于：所述刀具(8)的刀头圆周上只有一个单一刀齿，刀齿的前刀面(8-1)与主后刀面(8-4)形成84-90°的夹角，两面的交线构成主切削刃(8-3)，前刀面(8-1)与副后刀面(8-5)的交线构成副切削刃(8-2)，刀杆(8-6)靠刀底面(8-8)处开有定位平面(8-7)，定位平面(8-7)在刀具(8)装入刀座体(1)时与刀具槽(10)相接触，并用刀具锁紧螺栓(7)顶紧固定。
3.一种小模数盲孔内花键的加工方法，其特征是：所述加工方法按下列步骤进行：
(1)、刀具(8)和刀座体(1)的安装：
刀座体(1)通过定位键块(3)轴向精确定位在加工设备上，用千分表校正刀座基准平面(12)和刀座基准底面(13)后，由刀座锁紧螺栓(2)将刀座体(1)固定在加工设备上，根据刀具(8)的刀杆(8-6)、定位平面(8-7)和刀底面(8-8)，并由刀座槽侧面(15)、刀座槽底面(11)和刀具定位档块(4)将刀具(8)精确定位在刀具槽(10)中，通过刀具锁紧螺栓(7)压住，刀具锁紧螺栓安装在刀具压板(6)上，并通过压板锁紧螺栓(9)将刀具压板锁紧在刀座体(1)上，此时，刀座槽底面(11)与刀座基准平面(12)之间构成2-3°的夹角，而刀具(8)的后主刀面(8-4)和刀座基准面(12)之间构成2-3°的后角；
(2)、等高参数调节：加工前，固定好工件后，使用数控机床上的伺服z轴，调整刀具(8)中心线高度与工件中心平面高度差＜0.01mm；
(3)、参数设置：将刀具(8)进刀、切齿、退刀、回位、循环轨迹、循环次数及工件旋转齿数参数输入数控机床的电脑中；
(4)、工件加工：加工时，通过数控机床的程序控制伺服x轴和伺服z轴，以2500-3000mm/min速度高速运行，完成一个工件的全齿的进刀、切齿、退刀和回位加工过程，上述四个动作形成一个矩形路径运动轨迹，4-6个矩形循环加工完一个全形齿，完成一个矩形循环后，下一个矩形循环进刀的位置向前递增0.05-0.15mm，矩形循环过程中，刀具(8)不与工件发生相对旋转运动，不做展成运动，加工完一个全形齿后，数控机床的旋转伺服A轴，带动工件转动360°/齿数，定位下一个齿的加工位置，重复上述的矩形循环加工过程。
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