| 本文提出的带倒角矩形花键铣刀的设计方案简便易行，与原有计算方式相比，缩短了设计周期，采用该方案设计制造的带倒角矩形花键铣刀经用户实际使用后效果很好。 |
在机械制造业中常常用到花键联接。在各种花键联接形式中，矩形花键因为加工方便，因此在生产中应用最为广泛。加工矩形花键一般采用铲齿成形铣刀进行铣削。由于该铣刀经铲齿后所得的齿背曲线为阿基米德螺旋线，铣刀沿前刀面重磨后，其轴向剖面形状可保持不变，同时直径和后角也变化不大，因此铣刀重磨方便，使用寿命较长，成本较低。经铲齿成形铣刀铣削加工后的矩形花键表面粗糙度能达到Ra1.6µm，可满足常用矩形花键联接的要求。但在设计用户定制的带倒角的矩形花键轴铣刀时，由于没有现成的设计依据，只能借用成形铣刀的部分数据进行近似设计，给工作带来许多不便。为了方便设计工作，笔者对带倒角矩形花键铣刀的设计思路和步骤进行了总结。
1 铣刀截形设计
带倒角矩形花键。通常根据花键轴的各参数来设计铣刀，即已知齿数N、小径d、大径D和键宽B。由于铣刀的齿部截形实际上就是花键轴的槽形，因此花键轴的各已知参数是确定铣刀齿部形状的基础。(1)齿形角2ψ
铣刀的齿形角即为花键轴两键间的夹角，即2ψ=360°/N(2)齿顶圆弧半径Rd
铣刀齿顶圆弧半径为花键轴槽底弧半径Rd=dmin/2(3)齿顶宽Lb
槽底宽Lb应按弦长计算Lb=dminsinØ式中Ø=ψ-arcsin(B/dmin)(4)齿形高h
齿形高h根据花键轴的键全高h0和倒角大小来确定，即h=h0-c式中h0=[(D2-B2)½-(d2min-B2)]/2，因其与公式(D-dmin)/2计算结果相差较小，使用后者不影响齿形高h的确定。因此，为方便计算，用(D-dmin)/2代替[(D2-B22)½-(d2min-B2)]/2，故有h=[(D-dmin)/2]-c
(5)铣刀宽Ld
铣刀宽度根据轴槽宽度而定(通常在槽宽基础上加大1～3毫米)，故Ld=Lb+2b1+2b2+(1～3)(取整数)式中：b1=hsinψb2=√2c·cos(45°-ψ)(6)齿顶圆角半径rd
齿顶圆角半径与槽底圆角半径相等，所以rd=r
2 铣刀结构参数的确定
(1)铣刀孔径d0及键槽尺寸的确定
常用花键铣刀的孔径d0和键槽尺寸均已标准化，可按GB6132-85选取。也可以按用户要求直接确定孔径d0，再选取键槽宽b。(2)容屑槽槽底形式
成形铣刀槽底形式有平底形和加强形两种。由于花键铣刀齿形深度差别不大，一般采用便于加工制造的平底形槽底。(3)铣刀其它参数
| 花键铣刀结构尺寸表 |
工件最大
廓形高h0 | 铣刀外径
D0 | 孔径
d0 | 全齿高
hd | 全齿高
H | 齿数
Z | 铲背量
K | 槽夹角
θ | 槽底半径
r |
|---|
| ≤3 | 60 | 22 | ≤4 | 8 | 14 | 2 | 30° | 0.75 |
| >3～5 | 70 | 27 | 4～6 | 11 | 12 | 3 | 30° | 1.0 |
| 5～7 | 80 | 27 | 6～8 | 14 | 10 | 4 | 25° | 1.5 |
| 7～9 | 90 | 32 | 8～10 | 17 | 10 | 4.5 | 25° | 1.5 |
| 9～11 | 100 | 32 | 10～12 | 20 | 10 | 5 | 25° | 2 |
| 11～13 | 110 | 32 | 12～14 | 23 | 10 | 6 | 25° | 2 |
| 13～15 | 120 | 32 | 14～16 | 27 | 10 | 6.5 | 25° | 2.5 |
铣刀的齿形高度hd、直径D0、容屑槽夹角θ、齿数Z以及铣刀的校验，均可参照《刀具工程手册》中《成形铣刀》一章，这里不再赘述，仅将有关数据列于右表，以方便使用。3 铣刀切削部分几何角度
(1)前角γ0
为了便于设计和制造，通常铣刀的前角取为0°：如廓形要求不高，也可取γ0=3～5°，同时勿需作廓形修正计算。(2)后角α0和铲背量K
花键铣刀的后角一般可取10～14°，相应的铲背量可由下式求出K=(πD0/Z)tgα0计算得到的K值应圆整到0.5mm，工作图中只标注K值而不标α0值。4 设计实例
已知花键轴尺寸为20×102-0.04-0.24×
115-0.1-0.8×8-0.10-0.04，倒角0.6×45°mm及键根圆角r=0.2mm，要求设计加工该花键轴的花键铣刀。(1)截形确定
齿形半角ψ=180°/N=9°齿顶圆弧半径R=dmin/2=50.88mm齿顶宽LbLb=dminsinØ=dminsin[ψ-arcsin(B/dmin)]=dminsin4.5°=7.97mm齿高h=(D-dmin)/2-C=6.02mm因b1=hsin(180°/N)=0.942mm
b2=√2ccos[45°-(180°/N)]=0.680mm则铣刀宽LdLd=Lb+2b1+2b2+(1～3)=13mm齿顶圆角半径rd=r=0.2mm
(2)确定铣刀孔径d0
用户要求取d0为27mm，根据GB6132-85，则b=7mm(3)其余参数
其余参数按上表选取:铣刀直径D0=80mm，容屑槽夹角θ=25°，齿数Z=10，铲背量K=4，全齿高H=14mm。(4)校验
铣刀壁厚m=(D0-2H-d0)/2=12.5>0.4d0=10.8mm刀齿齿根厚度C={(D0/2)-[K(a-1)/a]-hd}×sin[(360°/Z)×(a-1)/a]上式中取δ=60°，a=360°/δ=6，则C=7.64>0.8H(6.4)设计的花键铣刀。本文提出的带倒角矩形花键铣刀的设计方案简便易行，与原有计算方式相比，缩短了设计周期，采用该方案设计制造的带倒角矩形花键铣刀经用户实际使用后效果很好。
