舵(圖1)是艦船上的重要零件之一，其對稱鍵槽既有尺寸精度要求，又有形位公差要求，而且其鍵槽長達575mm。如何有效地對其鍵槽進行加工一直困擾著許多企業。長期以來，實際加工時都是采用C630、C650 機床改制成懸臂銑，手工加工后，再進行研配，不僅勞動強度大，耗時長(加工時間長達1 個月)，而且對操作者要求高，使質量難以保證。為此，我們設計了專用銑鍵槽機床，較好地解決了舵鍵槽的加工。

　　1 設計方案的制定

　　鍵槽加工采用的工藝方案:用規格Ø30mm左右的粗齒立銑刀粗銑鍵槽，然后用Ø30mm左右的細齒立銑刀精銑鍵槽側面，再用飛刀銑削鍵槽的底面，最后研配鍵槽側面(該工序根據試加工情況確定是否采用)。

　　舵鍵槽切削參數表

　　切削參數

　　粗銑

　　精銑側面

　　飛刀銑削

　　切削速度(r/mm)

　　150

　　180

　　150

　　進給量(mm/齒)

　　0.15

　　0.10

　　切削深度(mm)

　　3.5

　　0.5

　　0.25

　　銑削時，立銑刀與飛刀一直在不連續地進行切削。當刀齒周期性地依次切入金屬時，從切入到切出，引起切削力周期性的變化。舵零件材料為ZB55，經正火處理，基體硬度為220～280HB，其銑削力較之普通碳鋼要大。鍵槽過長，懸臂銑削頭懸伸較長，懸臂系統的剛性從結構上不容易得到大的提高。為了充分發揮立銑刀的切削性能，提高生產效率，選擇較為合適的切削速度、進給量、切削深度及銑刀直徑顯得尤為重要。否則，造成切削功率增大，銑削電動機負荷超載，發生悶車，損壞刀具設備。為穩妥起見，我們在常規推薦切削參數的基礎上，增加了一個保險系數。同時，切削速度及進給量均采用變頻調速電動機實行無級調速，以便在實際銑削過程中，根據不同材料選用不同刀具及工步，并合理選擇切削深度、每齒進給量及切削速度。關于銑刀直徑的選擇，考慮到懸臂銑削剛性問題，盡量選用小直徑銑刀。因為直徑過大，切削力矩增大，易造成切削振動。而直徑過小，銑刀剛性差，生產效率低。設計時選擇Ø30mm左右的立銑刀作為動力參數設計依據。加工上述舵鍵槽擬采用如下表所示的切削參數。

　　由于鍵槽在錐孔的內壁上且底面為錐面，所以銑削的進給方向應與錐孔的母線方向一致，與舵零件錐孔中心線的夾角等于舵錐孔圓錐角的一半。通過回轉并平移工件中心來適應銑削進給方向，通過垂直方向手動進給輔以高精度的光柵讀數來保證鍵槽的寬度及相互間位置度。

　　1.擺線針輪減速機 2.滾珠絲杠副 3、9.調整螺釘

　　4.齒輪減速機 5.垂直移動手輪 6.旋轉銑頭

　　7.銑刀 8.垂直拖板 10.刻度盤 11. 橫向移動手輪

　　12.中拖板 13.縱向移動手輪 14.變換手柄

　　圖2 機床結構簡圖(俯視)

　　2 專機的主要結構及操作

　　圖2為銑鍵槽機床的結構簡圖。它由四個部分組成:縱向進給、橫向切深、垂直進刀和主運動機構。

　　縱向進給機構實現銑削縱向自動走刀，由擺線針輪減速機1(BWY-23-2.2kW)通過一對齒輪傳動滾珠絲杠副2推動旋轉銑頭6沿縱向移動。為方便機床的調整及保護變頻器，增加一對雙聯滑移齒輪通過變換手柄14實現手動與機動的轉換。變頻器調定的頻率范圍為35～50Hz，自動走刀速度范圍為30～325mm/min。

　　橫向切深機構控制鍵槽深度，垂直進刀機構保證鍵槽寬度。二者都是通過絲杠螺母、橫向移動手輪11、垂直移動手輪5手動實現。由于鍵槽寬度尺寸精度為H8級，垂直進刀時通過精密光柵讀數保證鍵寬要求。鍵槽深度由橫向手輪刻度圈確定。橫向及垂直拖板都設有調整螺釘3和9，在加工過程中鎖緊以消除間隙。

　　主運動機構實現銑刀旋轉運動，它由齒輪減速機4(TCJY132F-335-3)通過彈性圈柱銷聯軸器傳到傳動軸，經一對錐齒輪(齒數比1:1)傳到主軸。由于鍵槽寬90H8，而銑刀為Ø30mm，設計時，減速機、銑刀主軸箱等與垂直拖板緊固聯接，并隨垂直進給而移動。為銑削對稱鍵槽，銑刀主軸箱必須實現180°旋轉并定位。減速機電動機經變頻器變頻，使主軸轉速60～320r/min范圍內可調。

　　具體操作過程為：夾緊工件校正，粗銑一端鍵槽，旋轉工作臺安裝工件并移動，消除各部分間隙并鎖緊，旋轉銑刀主軸箱180°，粗銑另一端鍵槽。換細齒立銑刀，精銑鍵槽側面，垂直移動固定拖板銑鍵槽另一側面，同理換向銑對稱鍵槽兩側面。

　　實際銑削加工表明，精銑側面銑刀轉速應比預定速度低才能滿足側面粗糙度的要求。專機設計滿足了舵零件的加工要求，而且其鍵槽底面無需飛刀銑削就達到了用戶要求，比設計預想的效果好。

　　3 設計及操作注意事項

　　懸臂較長，而且銑削過程是一個斷續切削的過程，機械沖擊使切削力有波動，因此，設計過程中應充分考慮各部分結構的剛性、刀具直徑及切削參數的選擇。在操作過程中，手動橫向進刀及垂直進刀后必須鎖緊移動拖板以消除間隙。

　　ZG55的切削加工性能差，切削負荷大，工件的夾緊機構剛性要好，夾緊力要大，并使工件在銑削過程中夾持穩固。否則工件松動，會造成加工表面粗糙，銑刀崩刃，嚴重時會損壞刀體、工件甚至機床。

　　銑削的旋轉方向及縱向進給方向的選擇應盡可能使銑刀徑向抗力方向向下，以避免橫向拖板與床身因為銑刀徑向抗力方向的變化而造成間隙。