摘要：對于中小批量的花鍵生產而言，從專門滾齒工藝外包轉變為采用內部多任務機床圓盤銑刀加工，有助于實現重型汽車行業花鍵供貨的快速周轉和靈活性。

      在齒輪加工探討中，花鍵往往被忽略。但是，多數復雜的齒輪加工中的回轉要素也涉及到花鍵加工。花鍵在重型汽車，礦山，建筑施工，農業等大型工程機械中都很常用，但是他們沒有得到應有的重視，確實是一大遺憾。實際工作中，花鍵無處不在，軸與軸之間的旋轉運動傳遞便需要花鍵連接。在對負荷有要求的情況下（例如重型機械的花鍵軸），需要采用很復雜的花鍵（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，甚至從外花鍵向內花鍵分布重負荷。

      OEM（原始設備制造商）及其一級供應商要求生產廠家提供高精度部件。這并非什么新鮮事情，部件供應商在生產重型汽車直接可使用的花鍵方面，具有成熟的技術。為滿足大批量生產規模生產效率的需要，人們已生產出大量的傳統高速鋼（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。花鍵技術變革已經加快了步伐，通常利用嶄新平臺，新產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，更不用說經常進行設計改進。

傳統經驗中的內在缺陷

      對于每套花鍵的切深、結構和形狀來說，幾乎都有專門設計的高速鋼滾刀、拉刀或搓齒刀。對于單批量生產而言，如果是長期生產，那么這些工藝很好，能夠按嚴格的規范生產出重復性非常高的產品。

      其缺點是滾刀配置過多、規格繁雜，需要重新修磨和重新涂層等日常維護保養工作，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／重新涂層及應對意外的事故。

      隨著重工業技術變革步伐加快，面對各種規范或設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格齊全的滾刀，適合所有應用。并且在生產過程中，每樣刀具需要兩套。多年來，專業廠家的花鍵和齒輪按行業分得很細，所以產品名目繁多。

小批量生產更靈活

      當今，增強靈活性技術取得了跨越式發展，因為多軸多任務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齒是加工花鍵最經濟的方式。隨著成功研發多任務機床和刀片解決方案，可采用一把刀具完成多種工作。這對中小批量生產特別重要，這些生產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不成批量，往往是一個類型的花鍵生產100件，另一個類型生產200件，而不是同一零件生產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，反映了多任務機床的適用性。但是，對于給定的花鍵尺寸和齒數，需要采用專門的刀片。于是，客戶因為機床設計的靈活性（即多任務機床、裝有從動刀具和Y軸的車床以及裝有旋轉工作臺的加工中心）而強調滾刀的靈活性。

      例如，因為一臺多任務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，例如銑槽、交叉孔和平面。

      對于很多加工車間或二級供應商來說，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位圓盤銑刀的主軸及旋轉工作臺。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位刀片，達到不同的總切深、齒根開頭或齒頂倒角。與單一工序的單個滾刀、花鍵搓齒刀或拉刀具規格和輪廓相比，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。圓盤銑刀確實經濟實惠，主要表現在使用的刀具較少，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機床，只裝一次裝夾便可加工這些花鍵連接的軸。

      當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質處理，既可使工作簡單化，又可控制刀具系統庫存量和維護保養成本。

花鍵加工薄切屑基本參數

      當使用圓盤銑刀時，準確計算薄切屑對花鍵切削至關重要，因為薄切屑是工藝中最基本的參數。圓盤銑刀制造廠提出兩點主要的進刀建議，即通常需要設置每齒的進刀量 （fz） 和最大切屑厚度（hex）。當刀具設置成徑向吃刀量大于或等于其本身半徑時，這兩個值應當相等。但是，希望的薄切屑效果只有當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、優化花鍵“銑槽”應用，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） 至關重要，因為切屑厚度最終提供優化的工作臺進刀量。 

      如果操作人員不能優化每齒進刀量，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。因為刀體會產生跳動量誤差，所以作為經驗法則，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，會發生磨擦，剛好與實際切削相反，這樣會產生更多的熱量，縮短刀具使用壽命，并降低工藝準確性。圓盤銑刀制造廠應當能提供hex參數的最大值。

      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效率降低的風險更高。

調整偏移

      從專用滾齒機床到多任務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。傳統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，因為刀具偏移和穩定性要求兩次走刀以上，對生產效率影響很大。

      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。圓盤銑刀制造廠應當指導操作人員能根據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，產生的切削力較低，使表面得到改善，將偏移誤差減至最小。當有振動傾向時，零件和夾具也發揮重要作用。

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

圖2：調整刀具偏移度

      如果是左右側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 MdK （沿球的尺寸）測量值將切口調淺。 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 MdK 測量值將切口調深。

      輪齒左右兩側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。這種工藝的花鍵數據是采用DIN 5480m規定的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，每齒進刀量設置成0.008英寸時，速度為540英尺每分；每齒進刀量設置成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。這種刀具節省了大量時間，堪稱多任務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標準關于花鍵的要求（（DIN 867關于齒輪的要求），并可同時加工內外花鍵、齒輪和搓齒刀。應用領域包括當初討論的多任務機床、加工中心、車床中心甚至滾齒機床的精加工應用。

      CoroMill 172的模數范圍為3～10 （DP 8/16～2.5/5）， 現在與新型CoroMill 171一起，模數范圍可達0.8～3 （DP 32/64～8/16）。這是山特維克可樂滿對花鍵有關的重型汽車行業常用的可轉位盤銑刀切削刀具規格的全面補充。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）較輕側采用的多種花鍵。但是，當需要齒輪箱／變速器時，幾乎任何行業都會使用花鍵。

      汽車行業面對巨大壓力，重型汽車制造也不例外，即對于中小批量規模生產來說，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部加工花鍵。現在，制造廠可在其傳統的CNC機床（車床、加工中心和多任務機床）上采用新型盤銑刀切削技術，以可改編的程序進行花鍵加工，可節省大量財力和時間，同時減少切削刀具庫存量。