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一种小径定心矩形花键的加工方式探讨

摘要：矩形花键联接具有受力均匀、强度高、承载力大、导向性好、轴上联接对中性

好、联接精度高等优点在机械设计中普遍采用。由于《GB1144-2001矩形花键尺寸、公差和

检验》只有小径定心一种方式，故本文讨论了一种小径定心矩形花键的加工方法，从设备、

工装、工艺等方面进行了阐述。

关键词：小径定心；小径磨削；砂轮修整器

1前言

矩形花键联接具有受力均匀、强度高、承载力大、导向性好、轴上联接对中

性好、联接精度高等优点，因而在机械设计中普遍采用，运用非常广泛。老标准

矩形花键按定心方式分为小径定心和大径定心。大径定心通常要使用拉床配合拉

刀进行内花键的加工；小径定心定位精度高，定心稳定性好，配合面均要研磨，

磨削消除热处理后变形，加工较复杂，且硬度较高，耐磨性好。在矩形花键国家

标准GB/T1144-2001中已取消了大径定心方式，只保留了小径定心方式。不少行

业的设计中均采用大径定心，并且制造工厂的花键加工设备基本是按大径定心进

行配置，如何利用现有大径定心设备来加工小径定心的花键，达到设备的充分利

用，本文提出解决了方法。

2花键加工工艺流程

2.1外花键轴加工工艺流程

如图1所示的花键轴，材料为20CrMnMo，花键部位渗碳淬火HRC55-60，工

艺流程为：粗车——正火——半精车——滚花键——渗碳淬火——精车——磨外

圆——磨键侧——磨小径——交检。

图1外花键轴

2.2内花键加工工艺流程

如图2所示的内花键套，材料为20CrMnMo，花键部位渗碳淬火HRC55-60，

考虑批量较小，一般为100件以内，而且类似品种较，内花键采用线切割方式进

行加工。工艺流程为：粗车——正火——半精车——滚齿——渗碳淬火——磨内

孔——磨齿——线切割内花键——交检。

图2内花键套

3花键轴小径的磨削加工

由于内外花键的各工序除花键轴的花键底径的磨削以外的均有成熟工艺，无

需多讲，现对小径定心的花键磨削作重点介绍。

3.1花键小径磨削的设备及圆弧砂轮修整器

采用M8612K型花键磨床，该型机床是目前国内厂家采用最普通的花键磨床，

通常用于键侧磨削，要用于磨削花键小径，必须制作一个圆弧修整器。修整器的

回转中心与机床主轴中心必须高度重合，才能保证修整出的砂轮圆弧与工件圆弧

重合。而要做到这点，对修整器的加工精度要求是非常高的。

如图3所示，该矩形花键小径磨削的砂轮修整装置包括导板5、滑动板4、

夹持柄2、金刚石笔3、手轮6；导板5固定在连接底座1上；导板5呈L型结构；

滑动板4呈凸型结构，且与导板2配合并通过螺栓固定；滑动板4上设置有夹持

柄2，且夹持柄2通过轴承装在滑动板4上可并可沿自身轴线旋转；夹持柄2一

端设置有金刚石笔孔，夹持柄2另一端安装有手轮6；所述金刚石笔3穿过夹持

柄2上的金刚石笔孔并通过调节螺母固定。夹持柄2的轴向中心线与机床中心线

重合。

通过调节螺母，金刚石笔3可沿金刚石笔孔上行移动。

通过调节螺栓，滑动板4可沿到导板5移动。

为降低修整器制作难度，将其设计为分体式，利用花键磨床的主轴顶尖和尾

座顶尖，如图3，将夹持柄2用顶尖支撑，保证了金刚石回转中心与机床主轴同

轴，将连接底座1与床身连接，再用螺钉连接底座1、导板5和滑动板4，最后，

取下整个修整器，将底座1和导板2打入定位销固定，保证了中心高不变。

使用时，调节金刚石笔3的位置，用高度游标尺测量机床床身顶部至金刚石

笔3笔尖的距离，使得机床中心线到金刚石笔3笔尖的距离即金刚石笔的旋转半

径为矩形花键的小径圆弧半径，尺寸精度可控制在0.02mm，利用该修整器对砂轮

圆弧进行修整。

连接底座；2、夹持柄；3、金刚石笔；4、滑动板；5、导板；6、手轮

图3修整器调整安装示意图

3.2影响花键小径尺寸精度因素及调整方法

小径圆弧尺寸。小径理论圆弧尺寸应为一个标准圆，但在实际中，由于存在

误差，每个圆弧圆心与理论圆心将有一个不重合影响，测量的圆弧顶直径将比圆

弧两侧直径大，造成装配困难。因此，在磨削时将圆弧顶径加工为大于圆弧两侧

约0.005mm。在调整金刚石半径时，经过计算，金刚石半径误差对圆弧尺寸影响

较小，当金刚石半径比理论半径小