原标题：数控插齿机在插削内型面方面上的应用研究

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针对均布多边内方、多(或单)键槽等通常采用普通插床进行插削加工的内型面,由于插床精度低、插刀定位不准确,导致高精度的内型面尺寸和位置精度难保证、加工效率低等。根据数控插齿机工作原理及功能特点,用数控插齿机代替普通插床进行各种多内方、多(或单)键槽的插削加工。实践表明:数控插齿机插削内型面技术上可行,加工质量稳定可靠,技术成熟度高,效果十分理想,具有重要的推广应用价值。

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目前各种均布的多边内方、多(或单)键槽、缺齿等内型面采用机加工方法时通常是在普通插床上进行插削加工。由于插刀切削刃与定位基准不同心(刀具制造难以实现)，插床刀卡定位孔(四方孔)位置不能使插刀准确定位，装刀时需要操作者自行调整，同时工作台可左右前后移动等，导致加工时需要进行复杂的找正，需要多次进刀和试加工。

这种加工方式:加工效率低，对工人技术要求高，质量难以有效保证(特别是键槽对称度及高精度尺寸要求)，质量不可控。电火花或线切割等也可加工上述型面，但都有一定的局限性。如图1所示的非通孔型面(输入齿轮螺母) 类似零件无法采用线切割，航空产品特别是航空发动机产品往往不允许采用电腐蚀加工。

作者以某型直升机减速器的输入齿轮螺母内方加工为案例，根据数控插齿机工作原理及功能特点，用数控插齿机代替普通插床进行各种多内方、多(或单) 键槽的插削加工研究，探索采用数控插齿机加工的解决方案和方法，挖掘其潜能，扩展其功能。

要解决的技术问题

从图1可知，此输入齿轮螺母可以认为是内六方，也可认为是12内角。如按内六方加工，则刀具切削宽度特别大，形状难以形成，单位进给量切削力大，刀具易损耗，粗糙度差，加工质量也难保证。如采用等分12内角(或按槽方式)，刀具采用成形插刀，插削采用单分齿程序且每单个槽单独插削完成后再进行下一槽的插削方案比较容易实现加工。为此需解决的技术问题有下列三点:插刀的结构设计、插刀制造、数控程序的编制。

图1 输入齿轮螺母

技术方案及具体实施方式

插刀的结构设计

插刀采用与插齿机主轴联接的方式结构。考虑到内方底孔比较小，故采用带柄插刀且刀柄采用2号莫氏锥体，插刀的前刀面后刀面角度可按插齿刀设计。

为降低刀具成本，刀具设计成两对称刀齿，且每个刀齿由两相交成120°的两切削刃组成，每次进行单个刀齿插削。刀具结构参数见图2 (插刀主视图) 、图3(插刀P向视图) 。

图2 插刀主视图

图3 插刀P 向视图

插刀的制造

插刀制造难点

( 1) 保证刀头型面120°±10'并对基准A ( 莫氏锥外圆) 的对称度为0. 02 mm;

( 2) 同时要调角度保证刀头后角5°;

( 3) 刀尖连线对侧面的平行度为0. 01 mm;

( 4) 基准转换多，存在累积误差。

插刀加工路线及其主要精加工内容

( 1) 万能磨。以中心孔为基准，粗磨莫氏锥外圆及18mm 外圆，外圆留精磨量0. 07 mm;

( 2) 精外磨。以中心孔为基准，精磨莫氏锥外圆及18mm 外圆;

( 3) 平面磨。找正外圆基准，磨削前端面槽对称两面，中心对称0. 005mm;

( 4) 刀磨。找正锥外圆，粗磨前刃面;

( 5) 工具磨后刀面。

辅助装夹: ①光学分度头( 精度±2″) ; ②锥套，四号莫氏外锥与光学分度头配着色95%，插齿的锥柄按锥套的二号莫氏内锥配着色95%。将光学分度头装到工具磨工作台上，插刀连同锥套安装到光学分度头上，柄部用螺杆拉紧，分度头调整好后角5°，安装时需找正18mm 外圆及12mm 扁的中心对称0. 005，再利用分度头调60°角度，锁紧分度头。为防止刀具表面磨削烧伤，粗磨时，进刀量控制在0. 02～0. 03 mm，精磨时控制在0. 01～0. 02mm。

后刀面磨削时插刀安装状态见图4 和图5。

图4 加工插刀后角安装图

图5 加工插刀不同后刀面安装图

( 6) 刀磨。找正锥外圆，精磨前刃面。

数控程序编制

在国产配置西门子数控系统的插齿机按照单刀

片、均分槽方式，编制专用数控程序，程序如下:

N10 MSG( " 工件进行单分齿加工! " )

N20 M26; 上停

N30 Ｒ100 = 360 /CTＲ［1］

Ｒ101 = 0

N40 FFWON

N50 IF CTＲ［14］= = 0 GOTOF N80 ; 判断循环是否

指定角度

N60 MSG( " 定角度旋转" )

N70 G90 G01 B = ACP ( CTＲ［15］) C = ACP ( CTＲ

［16］) F =CTＲ［17］; B、C 移动到指定角度

N80 MSG( "Y 轴快进" )

N90 G90 G01 Y=CTＲ［6］－CTＲ［8］F = CTＲ［7］;

Y 轴快进

N92 G4F1

N94 M03 S =CTＲ［18］

N100 IF CTＲ［50］= = 0 GOTOF N112 ; 冷却是否加

入循环

N110 M07

N112 G4F1

N140 MSG( " 慢进" )

N150 G91 G64 G01 Y=CTＲ［8］F =CTＲ［9］* CTＲ［18］

N160 G90 Y=CTＲ［6］F =CTＲ［9］* CTＲ［18］

N180 MSG( " 进刀" )

N200 CTＲ［89］=CTＲ［140］* CTＲ［20］

N240 G91 G64 G01 Y=CTＲ［19］F =CTＲ［89］S =

CTＲ［18］

G4F4

N250 MSG( " 退刀" )

N260 G90 G01 Y=CTＲ［6］－CTＲ［8］F =CTＲ［7］

N270 G91 G01 C =Ｒ100 F =CTＲ［17］

N280 Ｒ101 =Ｒ101+1

N290 IF Ｒ101＜Ｒ1 GOTO N180

N1870 IF CTＲ［14］= = 0 GOTOF N1900; 判断循环

是否指定角度

N1880 MSG( " 定角度旋转" )

N1890 G90 G01 B =ACP( CTＲ［15］) C =ACP( CTＲ

［16］) F =CTＲ［17］; B、C 移动到指定角度

N1900 MSG( "Y 轴快退" )

N1910 G90 G01 Y=CTＲ［12］F =CTＲ［13］

N1920 ＲET

应用效果

运用上述程序及专用插刀加工产品，内六方对称面的对称度误差0. 01 mm，尺寸也全部合格，尺寸变化0. 03mm以内、粗糙度达到Ｒa1. 6μm ( 试料材料为45 钢，棒料，硬度HＲC30～37) 。产品效果图见图6。

图6 产品效果图

采用数控插齿机，通过编制专门的数控程序，运用特殊插刀，可加工各种均分内键槽(或内型面) 且尺寸稳定，如刀具精度得以保证，则加工面形位误差完全可以达到插齿机加工渐开线花键精度等级。从试样加工结果可见，加工效率高、产品质量可以有效保证，工艺成熟度可达到8 级以上。

完

★作者：陈湘辉等 中国航发中传机械有限公司

★来源：机床与液压

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