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小孔内花键加工过程问题分析与改善

常靖塬王景

陕西法士特齿轮有限责任公司宝

鸡722109

【摘要】本文分析了目前小孔拉花键出现的端圆跳动和径向圆跳动散差较大

的现象以及产生的原因，根据现场的加工情况，从这两个方向提出了经济高效的

解决方法。

【关键词】小直径内花键跳动

1引言

在日常的生产中，需要加工大量带渐开线花键内孔的齿轮零件，如齿座，齿

圈。加工齿轮内花键，需要以已加工的外圆及端面为基准，定位拉削内花键齿。

根据车间现有加工设备，分别为立式拉床和卧式拉床，立式拉床结构先进，加工

过程稳定，比较容易保证内花键的精度要求。立式拉床在加工过程中，利用立拉

夹头对拉刀夹持后，进行拉削加工，由于立式拉床配备的夹头最小尺寸为φ32，

所以当花键内孔直径小于φ32时，无法在立拉上进行加工。卧式拉床夹头更换

方便，调整简单，可兼容各种尺寸拉刀，满足小直径内孔花键加工要求，但是卧

式拉床在拉削零件时，往往因被拉零件的自身质量和拉刀质量的共同重力作用下，

使得拉刀的拉削力与被拉零件的中心线不重合，导致最终拉削的零件，在以其自

身内花键为基准，检测零件端面及外圆的端圆跳动和径向圆跳动时，出现散差较

大的现象，加工过程极不稳定，合格率不到50%。因此解决卧拉拉床加工小直径

内孔花键精度，很具有实用和推广的意义。

图1小孔花键

2渐开线花键制造难点及对策

根据现场花键加工过程，发现产生齿轮轴向圆跳动和径向圆跳动不好的两个

主要影响因素是拉刀长度和工装夹具。

2.1.拉刀长度

拉内花键前，毛坯已经过粗车加工，内孔和端面是一刀加工，这时轴向圆跳

动以内孔为基准在跳动仪上检测，均可到达0.01mm以内。但是经过卧式拉床拉

削内花键后，轴向圆跳动和径向圆跳动精度降低，一般只能保证在0.10mm以内，

也经常会出现跳动超过0.25mm，加工过程极不稳定。跳动过大导致了后续精车无

法进行调整，加工。其根本原因是由于在拉刀拉削花键孔时，粗车零件与拉刀应

保证相互垂直运动，当拉刀由于重力出现偏移变动，定位端面与拉刀无法保证垂

直，所以拉刀长度决定了拉刀的偏移，进而影响轴向圆跳动和径向圆跳动精度。

2.1.1对比拉刀长度对轴向圆跳动的影响

齿升量（每齿的切削厚度）决定齿面加工质量，拉削力及拉削长度。齿升量

越大，拉刀越短，拉刀由于重力出现偏移变动也就越小，但是齿升量过大，会造

成切削力过大，卷削困难，齿面质量下降，严重时引起拉刀断裂。综合考虑几方

面要求，齿升量、容屑槽和拉刀长度进行计算，确定用长度为90cm和110cm拉

刀，分别进行试验。

现场通过对比试验，发现长度为90cm的拉刀加工出来零件跳动基本在0.18-

0.25mm之间，长度为110cm的拉刀加工出来零件跳动基本在0.1-0.2mm之间，由

试验结果可以判断，110cm的拉刀长度有利于保证端面跳动。

2.1.2改变拉刀定位方式

采用原结构拉刀加工时，拉削完成后，发现内花键一侧齿顶部拉削（顶部出

现拉削痕迹）如图1所示，另一部分齿顶没有参与拉削（顶部为车刀纹）如图1

所示，可以判断内孔被拉偏，当内孔拉偏一定导致端面及外圆跳动大。

图1顶部出现拉削痕迹图2顶部为车刀纹

为避免拉偏产生，需要在拉削过程中，保证拉刀和零件内孔同心。因此，在

设计拉刀时采用小径定位，增加导向端保证零件内孔和拉刀的同心度，以避免拉

刀在拉削过程中，内花键被拉偏。经过上述改进，内孔拉偏现象有明显改善，零

件跳动基本维持在0.15mm以内。

2.2.工装夹具

分析原有夹具定位形式，由于零件大端面与夹具接触面大，设计夹具时采用

以大端面进行定位。加工过程中，小端面上的内孔参与切削，内孔受到拉力的作

用，端面可能会朝出刀方向产生凹心现象，由此，重新设计夹具，以小端面进行

定位，对拉刀出刀时的力进行补偿，从而减少凹心现象。

如图所示，为了避免拉刀与夹具干涉，在设计夹具过程中，考虑夹具的定位

内孔需要单边让刀3-5mm，发现夹具定位面与零件接触的面积过小，会产生定位

不稳的现象。为解决这个问题，将