成形铣削的花键装置和用于制造该装置的成形铣削过程的制作方法

成形铣削的花键装置和用于制造该装置的成形铣削过程的制作方法
【专利摘要】本发明涉及成形铣削的花键装置和用于制造该装置的成形铣削过程。通过组合成形和铣削动作，或者成形铣削，切削刀具能够移动通过花键的整个可用部分，并且在收回、反向和重复循环之前在诸如轴肩的相邻特征部的表面中加工退刀部。成形铣削装置和制造方法消除了对环形花键退刀部的需要，并且花键接合件的全长能够被用于强度。通过所述成形铣削过程制造的花键连接装置的有效宽度节省了空间并且提高了所述花键连接件的负荷承载能力。
【专利说明】成形铣削的花键装置和用于制造该装置的成形铣削过程

【技术领域】
[0001] 本发明属于花键领域，该花键具有邻近该花键的相邻特征部，例如轴肩和沉孔面。

【背景技术】
[0002] 机械花键通常用于联接轴和轴环，以传递旋转运动和转矩。假如不存在诸如轴上 的轴肩和轴环上的沉孔之类的相邻特征部，则花键的全长被接合并且能被用于强度，并且 能够使用传统的制造方法来生产每个部件。然而，假如一个或两个构件具有相邻特征部，则 需要花键退刀部以供刀具后角用。环形退刀部（多个环形退刀部）的长度（或宽度）减 小了花键结合的全长，这按比例地降低了连接的强度。靠近相邻特征部机械加工花键的常 见现有技术的方法包括成形和铣削。成形包括将与花键轴线平行的固定切削刀具移动通 过花键的可用部分，移入环形退刀区域，并且在收回、反向和重复循环之前未到达相邻特征 部。铣削包括将与花键轴线正交的旋转切削刀具移动通过花键的可用部分，移入环形退刀 区域，并且在收回、反向和重复循环之前未达到相邻特征部。
[0003] 图1是沿现有技术的外花键的图IA的线1-1剖取的剖视图100,与传统的刀具成 形器106和其工作路径108 -起示出了工件101A，该工件具有基部101、肩部102、圆柱形外 花键部199以及环形退刀部103。圆柱形外花键包括多个齿104。附图标记105表示花键 的顶端部。
[0004] 仍参看图1，刀具成形器106包括多个刀具成形器刀片107,该刀具成形器刀片切 削工件101A，或者更具体地，切削圆柱形花键部199。刀具运动108包括：刀具成形器106 的向下行程109 ;然后侧向或横向行程110,以从花键（工件）移除刀具成形器106 ;然后刀 具成形器的纵向或向上行程111 ;并且最后重新定位行程112,以为另一个切削以对准方式 移动刀具成形器106。使刀具成形器进行若干次或多次操作，以形成完成的零件。工件IOlA 与刀具成形器106同时旋转。
[0005] 图IA是图1的立体图100A，并且示出了环形刀具成形器退刀部103,该刀具成形 器退刀部绕支承外花键的上圆柱形部周向延伸，并且位于外花键齿的下方。参看图1A，示出 了齿121、齿的侧面122以及齿根过渡曲面123。图IB是现有技术的图IA的正视图100B。 图IC是现有技术的图IA的俯视图100C，示出了与以上所述相同的部件。
[0006] 图2是立体图200,示出了阴连接构件（轴环构件）201A的基部201、沉孔接合面 206、圆柱形内花键部（齿205、齿槽204)以及刀具成形器退刀部203。附图标记202用于 表示阴连接构件201A的顶部。附图标记220A表示内花键。制造阴轴环连接件的现有技术 的刀具成形器未被示出。
[0007] 图2A是沿图2的线2A-2A剖取的现有技术的剖视图200A。图2A中示出了内周刀 具成形器环形退刀部203,还示出为沉孔接合面206。在图2A和图2B中还示出了典型的齿 205和典型的齿槽204。图2B是图2的俯视图200B。
[0008] 图3是联接在一起的现有技术的内花键220A和现有技术的外花键199的示意性 剖视图300,示出了有效表面宽度EF、环形刀具成形器退刀部103、203以及花键连接件的总 长度SC。现有技术的花键连接件的有效表面宽度EF相当短，因此长度限制了负荷。相当短 是指有效表面宽度EF仅是花键连接件长度的一部分。现有技术的花键连接件的EF可能仅 为花键连接件的长度的50%。如图3所示，外花键199和内花键220A的制成的表面宽度 FW相等。
[0009] 在设计花键时，确定需要由花键连接件传递的负荷（转矩）。接下来，作为所需的 转矩的函数的花键尺寸确定必要的节圆直径的大约范围。花键的转矩承载能力是节圆直 径、剪切应力和花键连接件的长度SC的函数。一旦节圆直径被指定，则设计工程师考虑内 花键齿和外花键齿的所有齿不可能啮合来计算花键连接件的长度。重要的是有效地使用花 键连接件并使有效表面宽度EF最大，以便有效地传递转矩。在图1、认、川、1(：、2、24、28和 3所示的现有技术中，在花键的端部与相邻特征部之间需要大的环形刀具成形器退刀部，以 允许刀具成形器完全切削花键并且从花键收回。环形刀具成形器退刀部在图3中被表示为 CR，并且有效表面宽度被如下表达：
[0010]EF=SC-2CR
[0011] 此外，SC=FW+CR，因此，从图3能容易地看出，环形刀具成形器退刀部的长度减小 了现有技术的花键连接件的有效表面宽度。无论何时相邻特征部制造花键，都会发生关于 环形刀具成形器退刀部的问题。通常，相邻特征部是轴肩和沉孔，但是与所赋予其的名称 无关，任何相邻特征部都会因其将需要基本的退刀部而引起问题。


【发明内容】

[0012] 花键的形式由刀具的形状限定，并且可以是直侧面的、角形侧面的、渐开线、完全 曲线或者可以对于本设计有利的其它形式。可利用常见的机器设备和相对廉价的加工工具 在外轴和内轴环上进行成形铣削。成形铣削是词语成形和铣削的组合。成形铣削过程具有 成形的一些特征和旋转铣销的一些特征，因此，给予该过程的名称是"成形铣削"。通过所述 成形铣削过程生产的产品被称为已被"成形铣削"。
[0013] 通过组合成形和铣削动作，或者成形铣削，切削刀具能够移动通过所述花键的整 个可用部分，并且在收回、反向和重复循环之前在相邻特征部的表面中加工角形退刀部。所 述角形退刀部包括多个成圆锥形的部分。所述成形铣削设计和制造方法消除了对环形花键 退刀部的需要，并且花键接合的全长能够被用于强度。通过所述成形铣削过程所制造的花 键连接装置的有效宽度节省了空间并且提高了所述花键连接件的负荷承载能力。
[0014] 使用所述成形铣削刀具仅需要一个操作就可以完成确定每个齿槽的大小。所述 旋转刀具基本上是标准的，具有形成齿槽形式的端部的形状。所述形式可以是直侧面的 (90° )、角形的（30°或45° )、渐开线（如由基圆和压力角限定）、全半径（fullradius) (与正弦波类似）等。所述工件在完成每个齿槽（360° /齿数）时被转位。保持角（倾斜 角）归刀具设计者负责（当进入轴肩以形成角形退刀部时，45°提供刚性迎角）。一个突 出方面是刚好超过花键接合的全长在相邻轴肩内成形铣削，使得配合件以最大接合并肩定 位。超过所述轴肩的退刀凹部不互相接合。
[0015] 已令人满意地测试出所述成形铣削花键连接件具有超过传统的形状和退刀部构 造64%的转矩承载能力。
[0016] 公开了一种阳花键连接装置，该阳花键连接装置包括：基部、肩部以及圆柱形部。 所述肩部位于所述基部和所述圆柱形部的中间。所述圆柱形部包括其上的外花键，并且所 述外花键包括多个彼此周向间隔开的齿槽，以在相邻齿槽之间形成多个齿。所述齿槽由相 邻的齿的侧面和与所述相邻的齿接合的齿根过渡曲面形成。所述多个齿槽中的每个均包括 用于刀具后角的花键退刀部，该花键退刀部成角度地延伸到所述阳花键连接装置的所述肩 部和所述基部中。所述外花键的所述多个齿中的每个均包括侧面，所述侧面可以是角形侧 面、直侧面、渐开线侧面或者全曲侧面（fullcurveside)。
[0017] 公开了一种阴轴环连接装置，该阴轴环连接装置包括基部和上部。所述上部包括 凹入其中的大体圆柱形的毂部。所述毂部包括内花键，所述内花键终止在沉孔接合面中。所 述内花键包括多个彼此周向间隔开的齿槽，以在相邻齿槽之间形成多个齿。所述齿槽由相 邻的齿的侧面和与所述相邻的齿接合的齿根过渡曲面形成。所述多个齿槽中的每个均包括 用于刀具后角的成角度地取向的花键退刀部，该花键退刀部成角度地延伸到所述沉孔接合 面中。所述内花键的所述多个齿中的每个均包括侧面，所述侧面可以是角形侧面、直侧面、 渐开线面或者全曲侧面。
[0018] 本文公开了一种花键连接装置，该花键连接装置包括阳花键装置和阴轴环装置。 所述阳花键连接装置包括：基部、肩部以及圆柱形部。所述肩部位于所述基部和所述圆柱形 部的中间。外花键位于所述圆柱形部上，所述外花键包括多个彼此周向间隔开的第一齿槽， 以在相邻的第一齿槽之间形成外花键齿。所述多个第一齿槽中的每个均由相邻的外花键齿 的侧面和与所述相邻的外花键齿接合的齿根过渡曲面形成。所述多个第一齿槽中的每个均 包括用于刀具后角的角形花键退刀部，该花键退刀部成角度地延伸到所述阳花键装置的所 述肩部和所述基部中。所述阴轴环装置包括：基部和上部。大体圆柱形的毂部凹进所述阴 轴环装置的所述上部中。所述凹进的毂部包括内周和内花键。所述内花键终止在沉孔接合 面中。所述内花键包括多个彼此周向间隔开的第二齿槽，以在相邻的第二齿槽之间形成内 花键齿。所述第二齿槽由相邻的内花键齿的侧面和与所述相邻的内花键齿接合的齿根过渡 曲面形成。所述多个第二齿槽中的每个均包括用于刀具后角的内花键退刀部，该内花键退 刀部成角度地延伸到所述沉孔接合面中。
[0019] 所述外花键的所述多个外花键齿中的每个均位于所述内花键的所述多个第二齿 槽中的相应的一个中。所述内花键的所述多个内花键齿中的每个均位于所述外花键的所述 多个第一齿槽中的相应的一个中。所述外花键的所述多个外花键齿中的每个均可以与所述 多个内花键齿中的两个相互啮合，并且所述多个内花键齿中的每个均可以与所述外花键的 所述多个外花键齿中的两个相互啮合。所述阳花键装置的所述外花键的所述多个外花键齿 中的每个均具有第一长度，并且所述阴轴环装置的所述毂部的所述内花键的所述多个内花 键齿中的每个均具有和所述第一长度相等的第二长度。所述第一长度和所述第二长度是通 过所述成形铣削过程制成的所述花键连接装置的有效表面宽度EFs。所述外花键的整个长 度与所述内花键的整个长度接合以使转矩传递的效率最大。
[0020] 所述阳花键装置的所述圆柱形部与所述大体圆柱形的毂部的所述沉孔接合面接 合，所述毂部在所述阴轴环装置的所述上部中凹进，并且所述阳花键装置的所述肩部与所 述阴轴环部的所述上部接合。如上所述，所述多个外花键齿的一部分与所述多个内花键齿 的一部分相互啮合。
[0021] 本发明的另一种表达包括一种花键连接装置，该花键连接装置包括：阳构件和阴 构件。所述阳构件包括：肩部和圆柱形部。所述阳构件的所述圆柱形部从所述肩部延伸至 所述上部的顶部，并且该圆柱形部上包括具有第一长度的外花键。所述阴构件包括基部和 上部。所述上部包括沉孔，该沉孔具有内花键，该内花键具有第二长度。所述内花键终止在 沉孔接合面中。所述阳构件和所述阴构件联接在一起，其中所述阳构件的所述肩部与所述 阴构件的所述上部接合。所述阳构件的所述圆柱形部的上表面与所述阴构件的所述沉孔接 合面接合。所述花键的所述第一长度和所述第二长度相等。所述外花键与所述内花键完全 地互相啮合，并且所述成形铣削的连接件的有效表面宽度等于所述花键的所述第一长度和 所述第二长度。
[0022] 公开并要求保护一种用于制造外花键的成形铣削过程。该过程包括确定待由所述 外花键承载的负荷的步骤。所述负荷通过应用的参数来确定。基于所确定的负荷为所述外 花键选择节圆直径。然后选择齿数，使得所述圆周齿距足够大，并且使得所述外花键的所述 齿足够大并且能够处理规定负荷。然后基于所确定的负荷和所选择的所述外花键的节圆 直径确定所述外花键的长度。接着，选择刀具倾斜角β，并且还选择部分空间夹角α。从 通常期望以容纳适当的压力角的合理的角范围内选择所述部分空间夹角。基于用β和α 表达的算法计算刀具锥面夹角2τ。一旦刀具锥面夹角2τ已知，则基于所需要的实际的 外花键尺寸确定旋转切削刀具的长度。所述旋转切削刀具具有大体成圆锥形的切削部分。 接着，将所述工件夹紧在端铣刀中。在夹紧之后，通过适当大小的刀具和5轴梅扎克锌基合 金（Mazak)端铣刀利用成形铣削过程对所述工件进行铣削，以形成适当的外部空间角（齿 槽）。该过程还包括在所述工件的相邻结构件中铣削用于所述刀具后角的角形退刀部。所 述退刀部局部成圆锥形。通常，所述工件是圆柱形的，并且所述相邻结构件是轴肩或沉孔 面。为了形成所述花键，所述工件被可旋转地转位，这使能够绕所述工件的周向铣削多个相 等隔开的角，以形成周向隔开的花键齿。
[0023] 基于所需要的实际的外花键尺寸确定刀具大小的步骤包括使用根据倾斜角β和 部分空间夹角α表达的算法，以得出刀具空间夹角2τ。一旦2τ已知，则下降至成形直径 的齿冠半径确定刀具的一端，并且所刀具锥面延伸得长至足以到达所述外花键外，以根据 期望完全成形铣削所述花键。通常但不排他地，所述倾斜角β优选地在30°至60°的范 围内，并且所述部分空间夹角α优选地在40°至75°的范围内。能利用Excel电子制表 软件执行所述算法，该软件例如合并本文以下表达的方法。
[0024]所述旋旋转切削刀具包括硬质合金的成圆锥形的切削部分，并且所述刀具包括用 于形成角形花键的两个直出屑槽和一半径齿冠。还可以在成形铣削角形花键中使用单个出 屑槽。假如期望渐开线花键，则所述切削刀具包括多个渐开线半径，以形成适当的空间角 (齿槽）和渐开线齿。所述渐开线半径由所述渐开线齿的期望形状确定。
[0025]公开并要求保护一种用于制造内花键的过程。该过程包括与针对所述外花键在 上面描述的相同的确定待由所述内花键承载的负荷的步骤。接着，如上所述选择配合外花 键的节圆直径。接着，基于所确定的负荷和所选择的所述外花键装置的节圆直径确定所述 内花键装置的长度。接着，选择齿数N，使得所述外花键的所述圆周齿距足够大，并且使得 所述外花键的所述齿能够处理所述负荷。接着，选择外部空间夹角2α°，并且利用公式 2α° -((360/N)° )确定内部空间夹角。选择刀具倾斜角β，以基于用刀具倾斜角β和 所述内部空间夹角2α° _((360/Ν)° )表达的算法确定刀具锥面夹角2τ。然后，基于用 所述倾斜角β和所述内部空间夹角2α° _((360/N)° )表达的算法确定旋转切削端铣刀 具的尺寸，以得出刀具空间夹角2τ。一旦2τ已知，则下降至成形直径的齿冠半径确定所 述刀具的一端，并且所述刀具锥面延伸得长至足以到达所述部分外，以根据期望完全成形 铣削所述部分。然后将适当的工件夹紧在Mazak端铣刀中或者市场上有售的任何其它多轴 线的端铣刀中。然后利用所述旋转切削硬质合金刀具和端铣刀成形铣削所述工件，以在所 述工件中形成适当的内空间角（齿槽）。然后在所述工件的相邻结构件中成形铣削旋转切 削硬质合金刀具角形退刀部。通常，所述适当的工件包括沉孔，所述沉孔继而具有内周。为 了形成适当的周向间隔开的内花键齿和相等地间隔开的适当的内空间角（齿槽），所述工 件被可旋转地转位，这使能够绕所述工件的所述沉孔的所述内周成形铣削多个相等地间隔 开的适当的内空间角（齿槽），从而形成周向间隔开的内花键齿。所使用的旋转切削刀具比 通常用于制造具有环形退刀部的花键的刀具成形器便宜很多。
[0026] 公开并要求保护一种用于邻近相邻结构件制造花键的过程。所述工件包括上圆柱 形部和相邻结构件，并且所述上圆柱形部包括端部和长度。旋转切削刀具相对于所述工件 的所述上圆柱形部以一倾斜角取向，当然，所述旋转切削刀具旋转以执行期望的切削动作。 所述工件的所述上圆柱形部的所述端部由所述旋转的旋转切削刀具接合。所述旋转切削刀 具被从所述工件的所述上圆柱形部的所述端部移动，以通过其沿所述上圆柱形部的所述长 度的切削动作去除材料，并且移入所述工件的所述相邻结构件中，以形成旋转切削刀具退 刀部。所述旋转切削刀具退刀部呈由成圆锥形的切削刀具形成的角形凹部的形式。通过所 述刀具的切削动作还形成了齿槽。接着，沿所述旋转的旋转切削刀具的所述倾斜角从所述 工件的所述相邻结构件收回所述旋转切削刀具。然后，使所述旋转切削刀具坚直地返回至 其初始位置（原位置），并且为下次成形铣削操作定位所述工件。在切削每个齿槽之后，使 所述工件旋转或转位。然后重复以下所述步骤：使所述工件的所述上圆柱形部的所述端部 与所述旋转的旋转切削刀具接合；从所述工件的所述上圆柱形部的所述端部移动所述旋转 的旋转切削刀具，以通过其沿着所述上部的切削动作去除材料，并且将其移入所述工件的 所述相邻结构件中，以形成旋转切削刀具退刀部；并且，沿所述旋转的旋转切削刀具的所述 倾斜角从所述工件的所述相邻结构件收回所述旋转切削刀具。
[0027] 针对该过程，确定用于外花键的所述旋转切削刀具的大小的步骤基于所述部分空 间夹角和所述倾斜角。刚刚所述的过程可形成外花键，其中所述相邻结构件是轴肩，并且所 述旋转切削刀具退刀部以所述倾斜角延伸至所述轴肩中。
[0028] 公开并要求保护一种用于邻近相邻结构件制造花键的另一个过程。该过程的步骤 包括固定工件，所述工件包括沉孔和与该沉孔邻近的相邻结构件。所述沉孔包括端部和长 度。在原位置，所述旋转切削刀具相对于所述工件的所述沉孔的所述端部以一倾斜角取向。 当然，使所述旋转切削刀具旋转并使其与所述工件的所述沉孔的所述端部接合。接着，所述 旋转的旋转切削刀具从所述工件的所述沉孔的所述端部移动，以通过其沿着所述沉孔的所 述长度的切削动作去除材料，并且将其移入所述工件的所述相邻结构件中以形成旋转切削 刀具退刀部。在形成所述旋转切削刀具退刀部之后，沿所述旋转的旋转切削刀具的所述倾 斜角从所述工件的所述相邻结构件收回所述旋转切削刀具。
[0029] 该过程还包括其它步骤：使所述旋转切削刀具返回至初始位置（原位置）；在形 成每个齿槽之后通过旋转所述工件来使所述工件转位；并且重复以下所述步骤：使所述工 件的所述沉孔的所述端部与所述旋转的旋转切削刀具接合；从所述工件的所述沉孔的所述 端部移动所述旋转的旋转切削刀具，以通过其沿着所述沉孔的所述长度的切削动作去除材 料，并且将其移入所述工件的所述相邻结构件中以形成旋转切削刀具退刀部；并且，沿所述 旋转的旋转切削刀具的所述倾斜角从所述工件的所述相邻结构件收回所述旋转切削刀具。
[0030] 刚刚所述的过程可以制造内花键，所述相邻结构件可以是沉孔接合面，并且所述 旋转切削刀具退刀部以所述倾斜角延伸至所述沉孔中。针对该过程，确定所述旋转切削刀 具的大小的步骤基于所述部分空间夹角和所述倾斜角以得出刀具锥面夹角。
[0031] 本发明的目的是使成形铣削的花键连接件长度短于相同的负荷承载能力的利用 环形退刀部的传统花键连接件。
[0032] 本发明的另一个目的是使成形铣削的花键有效表面宽度等于花键连接件的宽度。
[0033] 本发明的另一个目的是对于给定的花键连接件长度和给定的节圆直径提高负荷 承载能力。
[0034] 本发明的再一目的是制造一种成形铣削的花键连接件，该成形铣削的花键连接件 包括阳花键连接装置和阴花键连接装置，其中在相邻轴肩和沉孔中成形铣削角形退刀部或 者成圆锥形的退刀部。
[0035] 本发明的再一目的是制造可以与预先存在（已用）的花键一起使用的阳花键连接 装置和阴花键连接装置。
[0036] 本发明的再一目的是除去花键连接件中的环形退刀部，以使它们的有效表面宽度 最大，并且以使它们的有效表面宽度（或长度）等于花键连接件长度。
[0037] 当参考附图和下面阐述的本发明的说明时，将最佳地理解本发明的这些和其它目 的。

【专利附图】

【附图说明】
[0038] 图1是沿现有技术的图IA的线1-1剖取的剖视图，与传统的刀具成形器和该刀具 成形器的工作路径一起示出了基部、肩部、圆柱形外花键部以及退刀部。
[0039] 图IA是图1的立体图。
[0040] 图IB是现有技术的图IA的正视图。
[0041] 图IC是现有技术的图IA的俯视图。
[0042] 图2是现有技术的立体图，示出了阴连接构件（轴环构件）的基部、肩部、圆柱形 内花键部以及退刀部。
[0043] 图2A是沿图2的线2A-2A剖取的现有技术的剖视图。
[0044] 图2B是图2的俯视图。
[0045] 图3是联接在一起的现有技术的内花键和外花键的示意性剖视图，示出了花键连 接件的有效表面宽度、环形刀具退刀部以及总长度。
[0046] 图4是利用成形铣削过程制造的角形花键连接装置的外花键和内花键的示意图， 示出了节圆直径、大外径、小外径、大内径、小内径和圆周齿距。
[0047] 图4A是利用成形铣削过程制造的角形花键连接装置的外花键和内花键的示意 图，示出了外空间角、内齿角、内空间角以及外齿角。
[0048] 图4B是利用成形铣削过程制造的渐开线花键连接装置的外花键和内花键的示意 图，示出了节圆直径、大外径、小外径、大内径、小内径和圆周齿距。
[0049] 图5是沿图5A的线5-5剖取的工件的局部剖视图，该工件利用角形硬质合金端铣 刀加工以形成外花键，该外花键具有在工件的肩部和基部中切出的角形退刀部。
[0050] 图5A是工件的立体图，示出了上圆柱形部上的完成的外花键以及在中间肩部和 基部中切出的用于刀具后角的角形退刀部。
[0051] 图5B是图5中所示的工件的俯视图。
[0052] 图5C是沿图5B的线5C-5C剖取的剖视图。
[0053] 图6是位于工件的沉孔中的内花键的示意立体图，沉孔终止在沉孔接合面中。
[0054] 图6A是沿图6的线6A-6A剖取的剖视图，示出了在工件的沉孔接合面和上部中切 出的内花键和角形退刀部。
[0055] 图6B是图6和6A所示的工件的俯视图，示出了工件的顶部的上表面。
[0056] 图7是完全相互接合或联接在一起的阳花键装置和阴轴环装置的剖视示意图。
[0057] 图7A是局剖相互接合或联接在一起的阳花键装置和阴轴环装置的剖视示意图。
[0058] 图7B是彼此隔开的阳花键装置和阴轴环装置的剖视示意图。
[0059] 图7C是沿图7的线7C-7C剖取的剖视图，示出了相互接合的阳花键装置的外花键 和阴花键装置的内花键。
[0060] 图7D是图7C的放大部。
[0061] 图7E是彼此相关地示出的图7和图3的示意性剖视图，示出了由成形铣削过程制 成的图7中所示的装置的有效表面宽度EFs与花键连接件的长度SC相等，并且示出了图3 中的现有技术的有效表面宽度EF比用于花键连接件的相同长度SC的EFs小很多。
[0062] 图8是本发明的实施例、即阳花键装置的前视图，示出了利用呈45°倾斜角取向 的端铣刀在工件上铣削的外花键。
[0063] 图8A是另一个工件的立体图800A。
[0064] 图8B是8A的工件的俯视图800B。
[0065] 图8C是沿图8B的线8C-8C剖取的图8B的剖视图800C。
[0066] 图8D是本发明的另一个实施例，S卩，与图8和图8A中所示的工件相似的工件，该 工件具有位于与外花键相邻的肩部中的圆周退刀部。
[0067] 图8E是图8D的俯视图。
[0068] 图8F是沿图8E的线8F-8F剖取的剖视图。
[0069]图8G是沿图8的线8G-8G剖取的俯视图，示出了在阳花键装置的圆柱形部中铣削 外间隔（齿槽）的刀具，所述外间隔能够与内花键的齿相配合。
[0070] 图9是成形铣削过程的示意图，示出了成形铣削硬质合金刀具相对于工件呈45° 倾斜角。
[0071] 图9A是成形铣削硬质合金刀具的示意图，该成形铣削硬质合金刀具呈β倾斜角 和2α部分空间夹角，以确定刀具锥面夹角2τ，部分空间夹角示出为椭圆投影。
[0072]图9Β是沿图9Α的线9Β-9Β获得的视图，其中椭圆投影逆时针旋转90°，以如图 9C所示通过刀具的切削轮廓确定部分空间夹角的椭圆投影方向。
[0073]图9C是图8G的放大部分，示出了沿部分空间夹角的椭圆投影的方向取向的硬质 合金成形铣削刀具。
[0074] 图9D是与图9A相似的示意图，示出了材料还未被从工件去除。
[0075] 图9E是刀具、刀具倾斜角和部分空间半角的示意图，用于刀具锥面夹角的方程式 基于该刀具倾斜角和部分空间半角。
[0076] 图10是其中具有由成形铣削过程形成的沉孔和内花键的承载件。
[0077] 图IOA是图10的俯视图。
[0078] 图11是具有第一出屑槽和第二出屑槽的渐开线硬质合金端铣刀切削刀具的前视 图。
[0079] 图IlA是沿线11A-11A的方向获得的渐开线硬质合金端铣刀切削刀具的端视图。
[0080] 图IlB是渐开线端铣刀的表面的放大图，示出了不同的半径Rl、R2和R3。
[0081] 图12是角形硬质合金端铣刀切削刀具的前视图。
[0082] 图12A是图12的角形硬质合金端铣刀切削刀具的端视图。
[0083] 附图标记
[0084] 100-沿图IA的线1-1剖取的阳连接构件（轴构件）的现有技术的剖视图，与传统 的刀具成形器和其工作路径一起示出了基部、肩部、圆柱形外花键部以及退刀部。
[0085] 100A-现有技术的立体图
[0086] 100B-现有技术的图IA的正视图
[0087] 100C-现有技术的图IA的俯视图
[0088] 101-基部
[0089] 101A-工件
[0090] 102-肩部
[0091] 103-退刀部
[0092] 104-齿
[0093] 105-圆柱部的顶端。
[0094] 106-刀具成形器
[0095] 107-切削刀片
[0096] 108-刀具运动的图
[0097] 109-刀具成形器的向下行程
[0098] 110-从花键（工件）移除刀具成形器的侧向或横向行程
[0099] 111-刀具成形器的纵向或向上行程
[0100] 112-重新定位行程，以用对准的方式移动刀具成形器。
[0101] 121_ 齿
[0102] 122-齿的齿侧面或侧面
[0103] 123-齿根过渡曲面
[0104] 199-圆柱形部
[0105] 200-现有技术的立体图，示出了阴连接构件（轴环构件）的基部、轴肩、圆柱形内 花键部以及退刀部
[0106] 200A-沿图2的线2A-2A剖取的现有技术的剖视图
[0107] 200B-图2的俯视图
[0108] 201-阴连接构件的基部
[0109] 20IA-阴连接构件
[0110] 202-阴连接构件的顶部
[0111] 203-阴连接构件的退刀部
[0112] 204-齿槽
[0113] 205-阴连接构件的齿
[0114] 206-阴连接构件的轴肩或底部
[0115] 300-相互接合的阳连接构件和阴连接构件的剖视图
[0116] 400-角形花键装置和主项的示意图
[0117] 400A-渐开线花键装置和主项的示意图
[0118] 400B-是利用成形铣削过程制造的渐开线花键连接装置的外花键和内花键的示意 图，示出了节圆直径、大内径、大外径、小内径、小外径和圆周齿距
[0119] 500-沿图5A的线5-5剖取的工件的局部剖视图，其中工件被用角形硬质合金端铣 刀加工以形成外花键，该外花键具有在工件的肩部和基部中切出的退刀部
[0120] 500A-工件的立体图，示出了位于上圆柱形部上的完成的外花键和在中间肩部和 基部中切出的用于刀具后角的角形退刀部。
[0121] 500B-图5中所示的工件的俯视图
[0122] 500C-沿图5B的线5C-5C剖取的剖视图
[0123] 503R、505R、507R、509R、511R、513R、515R、517R、519R、521R、523R、525R、527R、 529R-用于刀具后角的外花键退刀部
[0124] 503S、505S、507S、509S、511S、513S、515S、517S、519S、521S、523S、525S、527S、 529S-用于与内配合齿的齿槽，S卩外间隔
[0125] 504T、506T、508T、510T、512T、514T、516T、518T、520T、522T、524T、526T、528T、 530Τ-外花键齿
[0126] 531-阳连接装置，工件
[0127] 53IA-阳或外花键连接装置
[0128] 53IB-阳连接装置的基部
[0129] 531C阳连接装置的圆柱形部
[0130] 532-阳连接装置上的肩部
[0131] 535-柱的顶部
[0132] 536-端铣刀具，角形的、直的或者渐开线的
[0133] 536Α-刀具的有凹槽端
[0134] 536Β-刀具的有凹槽端
[0135] 536R-示出刀具506的旋转的箭头
[0136] 537Α-工件501的旋转，该工件定位以用于刀具506的下一个操作
[0137] 539-端铣刀具506的向下行程/操作
[0138] 540-刀具沿退刀部的轮廓收回的矢量
[0139] 541-刀具的坚直矢量
[0140] 542-刀具的定位矢量
[0141] 599S-朝向外花键的箭头
[0142] 600-位于工件中的沉孔中的内花键的示意性立体图，沉孔终止在沉孔接合面中
[0143] 600A-沿图6的线6A-6A剖取的剖视图，示出了内花键和退刀部，该退刀部在工件 的沉孔接合面和上部中切出
[0144] 600B-图6和6A中所示的工件的俯视图，示出了工件的顶部的上表面
[0145] 602R、604R、606R、608R、610R、612R、614R、616R、618R、620R、622R、624R、626R、 628R-用于刀具后角的外花键退刀部
[0146] 602S、604S、606S、608S、610S、612S、614S、616S、618S、620S、622S、624S、626S、 628S-用于外花键配合齿的齿槽，内间隔
[0147] 603T、605T、607T、609T、611T、613T、615T、617T、619T、621T、623T、625T、627T-内花 键齿
[0148] 630C-沉孔接合面
[0149] 631-阴轴环装置的基部
[0150] 63IA-内花键连接装置
[0151] 63IB-沉孔中的内花键
[0152] 632-阴轴环装置的上部
[0153] 700-完全互相接合或联接在一起的阳花键装置和阴轴环装置的示意性剖视图
[0154] 700Α-部分相互接合或者联接在一起的阳花键装置和阴轴环装置的示意性剖视图
[0155] 700Β-彼此隔开的阳花键装置和阴轴环装置的剖视图
[0156] 700C-沿图7的线7C-7C剖取的剖视图，示出了互相接合的阳花键装置的外花键和 阴花键装置的内花键。
[0157] 700D-图7C的一部分的放大图
[0158] 700Ε-与图3的现有技术相关联地示出的图7的示意性剖视图，示出了通过成形铣 削过程制造的装置的有效表面宽度EFs等于花键连接件的长度SC，并且示出了现有技术的 有效表面宽度EF比用于花键连接件的相同长度SC的EFs小得多。
[0159] 800-本发明的实施例，即阳花键装置的前视图，示出了利用以45°倾斜角取向的 端铣刀具在工件上成形铣削出的外花键
[0160] 800A-本发明的实施例，即主轴的立体图，该主轴具有阳花键装置，对工件完成成 形铣削过程之后该阳花键装置包括外花键
[0161] 800B-图8A的工件的俯视图
[0162] 800C-沿图8B的线8C-8C剖取的图8B的剖视图
[0163] 800D-本发明的另一个实施例，S卩，与图8A中所示的工件相似的工件，该工件具有 位于与外花键相邻的肩部中的周向退刀部
[0164] 800E-图8D的俯视图
[0165] 800F-沿图8E的线8F-8F剖取的剖视图
[0166] 800G-沿图8的线8G-8G获得的俯视图，示出了在阳花键装置的圆柱形部中成形铣 削外间隔的刀具，该外间隔能够与内花键的齿相配合
[0167] 801-工件的基部
[0168] 802-工件的中间部
[0169] 803-工件的圆柱形部的顶部
[0170] 804-工件上的肩部
[0171] 820-刀夹
[0172] 821-夹盘
[0173] 825_Mazak5 轴端铣刀
[0174] 831-主轴工件
[0175] 832-主轴的边缘
[0176] 833-螺栓孔
[0177]834_ 主轴
[0178] 836-相邻轴肩
[0179] 836A-相邻轴肩
[0180] 836G-相邻轴肩836A中的凹槽
[0181] 836C-斜面，凹槽836G的一部分
[0182] 837-阳花键装置的圆柱形部的顶部
[0183] 839T、841T、843T、845T、847T-外花键齿
[0184] 840R、842R、844R、846R、848R刀具后角退刀部
[0185] 840S、842S、844S、846S、848S-用于接纳配合内花键的齿的空间角
[0186] 860-主轴的边缘831中的凹部
[0187] 869T、871T、873T、875T、877T-外花键齿
[0188] 870S、872S、874S、876S、878S-用于接纳配合内花键的齿的空间角
[0189] 880-主轴中的通道
[0190] 888、889-工件夹盘
[0191] 897-指向图8A的外花键的箭头
[0192] 897A-外花键
[0193] 900-成形铣削过程的示意图，示出了成形铣削硬质合金刀具，该成形铣削硬质合 金刀具相对于工件呈45°的倾斜角
[0194] 900A-是成形铣削硬质合金刀具的示意图，该成形铣削硬质合金刀具的倾斜角β 和部分空间夹角2α，以确定刀具锥面夹角2τ，该部分空间夹角2α示出为椭圆投影的一 部分
[0195] 900Β-沿图9Α的线9Β-9Β获得的视图，其中椭圆投影逆时针旋转90°，以如图9C 所示通过刀具的切削轮廓确定部分空间夹角的椭圆投影的方向
[0196] 900C-是图8G的放大部分，示出了沿部分空间夹角的椭圆投影的方向取向的硬质 合金成形铣削刀具
[0197] 900D-与图9相似的图，示出了材料还未被通过成形铣削去除
[0198] 900Ε-刀具、倾斜角、部分空间角和用于计算刀具锥面夹角的椭圆的示意图
[0199] 901-成形铣削硬质合金刀具的方向
[0200] 1000-承载件，该承载件中具有通过成形铣削过程形成的沉孔和内花键
[0201] 1000Α-图10的俯视图
[0202] 1003Τ、1005Τ、1007Τ-内花键齿
[0203] 1002R、1004R、1006R、1008R-沉孔接合面 1030C中的退刀部
[0204] 1002S、1004S、1006S、1008S-用于接纳配合外花键的齿的空间角
[0205] 1020-沉孔和内花键
[0206] 1030C-沉孔接合面
[0207] 1100-具有第一出屑槽和第二出屑槽的渐开线硬质合金端铣刀切削刀具的前视图
[0208] 1100A-渐开线硬质合金端铣刀切削刀具的端视图
[0209] 1100B-渐开线端铣刀的表面的放大图，示出了不同半径Rl、R2和R3
[0210] 1101-刀具的长度，大约4英寸
[0211] 1102-渐开线端铣刀硬质合金切削刀具
[0212] 1103-刀具的柄直径，大约0. 56英寸
[0213] 1104-第一出屑槽
[0214] 1105-第二出屑槽
[0215]1107-通过半径Rl、R2和R3修正的第一切削角
[0216] 1200-角形硬质合金端铣刀切削刀具的前视图
[0217] 1200A-图12的角形硬质合金端铣刀切削刀具的端视图
[0218] 1201-角形硬质合金端铣刀切削刀具的柄直径，大约0. 56英寸
[0219] 1202-切削刀具的长度，4英寸
[0220] 1203-刀具间隔夹角41. 40°
[0221] 1204-切削表面的长度，大约0. 543英寸
[0222] 1205-出屑槽表面的长度，大约0.875英寸
[0223] 1206、1207-第一出屑槽
[0224] 1208、1209-第二出屑槽
[0225] B-齿隙
[0226] BC-基圆，渐开线花键齿廓由其构成的圆
[0227] Cr-齿根间隙
[0228]D-节圆直径，节圆的直径，其被确定为齿数与径节的比
[0229]Db-基圆的直径
[0230]CP-圆周齿距，沿相邻花键齿的对应点之间的节圆的直径
[0231]L1-通过成形铣削过程形成的外花键的长度
[0232]L2-通过成形铣削过程形成的内花键的长度
[0233]P-径节，每英寸节圆直径的花键齿数
[0234]Rl、R2、R3-渐开线端铣刀切削刀具具1102上的半径
[0235]TT-节圆直径处的齿厚
[0236]SW-节圆直径处的齿间距
[0237]Dfi-成形内径
[0238]Dfe-成形外径
[0239]Dai-小内径
[0240]Dre-小外径
[0241]Dae-大外径
[0242]Dri-大内径
[0243]SAi-空间角，内
[0244]SAe-空间角，夕卜
[0245]TAi-齿角，内
[0246]Tae-齿角，夕卜
[0247]CR-现有技术的环形刀具退刀部，相当于环形退刀部103、203
[0248]SC-花键连接件的长度
[0249]EF-有效表面宽度的长度，现有技术
[0250]EFs-有效表面宽度的长度，成形铣削
[0251]FW-制造的表面宽度的长度
[0252]α-部分空间半角
[0253]β-倾斜角
[0254]τ-刀具锥面半角
[0255]X-椭圆投影上的坐标
[0256]Y-椭圆投影上的坐标
[0257]W1=刀具椭圆长半轴
[0258] W2=刀具椭圆短半轴
[0259]Φ-压力角，与渐开线相切的线和通过切点的径向线之间的角

【具体实施方式】
[0260] 图4是利用成形铣削过程制造的角形花键连接装置的外花键和内花键的示意图 400，示出了节圆直径D、大内径Dri、大外径Dae、小内径Dai、小外径Dre和圆周齿距CP。图 4还示出了角形外齿的齿厚TT和内花键的齿间距SW。成形内径Dfi和成形外径Dfe在图4 中示出为工作高度WD和外花键齿之间的间隙Cr以及大内径Dri。
[0261] 图4A是利用成形铣削过程制造的角形花键连接装置的外花键和内花键的示意图 400A，示出了外空间角SAe、内齿角TAi、内空间角SAi以及外齿角TAe。SAe被假定为60°， 该角度等于2α，部分槽半角α的值用于计算刀具锥面夹角2τ。一旦2τ已知，则下降至 成形直径的齿冠半径确定刀具的一端，并且刀具锥面延伸得长至足以达到部分之外以形成 完整的部分。内部空间SAi的夹角（2α° -((360/Ν)° ))在图4中示出，其中α是部分 槽半角，N是齿数。在图4Α中还示出了齿隙Β。
[0262] 图4Β是利用成形铣削过程制造的渐开线花键连接装置的外花键和内花键的示意 图400Β，示出了节圆直径D、大内径Dri、大外径Dae、小内径Dai、小外径Dre和圆周齿距CP。 图4B还示出了渐开线外齿的齿厚TT和内花键的齿间距SW。在图4B中示出了成形内径Dfi 和成形外径Dfe。在图4B中还示出了压力角Φ和齿隙B。在渐开线的实例的情况下，SAe 被假定为60°，该角度等于2α，部分槽半角α的值和倾斜角用于计算刀具夹角，然后与其 它参数一起利用该刀具夹角计算用于实际成形铣削花键的刀具尺寸。一旦2τ已知，则下 降至成形直径的齿冠直径确定刀具的一端，并且刀具锥面延伸得长至足以到达部分之外以 成形铣削完整的部分。内部空间SAi的夹角（2α° _((360/Ν)° ))用于计算刀具夹角，其 中α是部分槽半角，N是齿数，刀具夹角然后与其它参数一起用于计算用于实际成形铣削 花键的刀具尺寸。一旦2τ已知，则下降至成形直径的齿冠直径确定刀具的一端，并且刀具 锥面延伸得长至足以到达部分之外以成形铣削完整的部分。在图4B中还示出了齿隙B和 基圆。
[0263] 图11是具有第一出屑槽1104和第二出屑槽1105的渐开线硬质合金端铣刀切削 刀具1102的前视图1100。附图标记1101用于表示刀具的长度，附图标记1103表示刀柄 的直径。图IlA是沿线11A-11A的方向获得的渐开线硬质合金端铣刀切削刀具1102的端 视图1100A。图IlB是渐开线端铣刀的表面的放大图1100B，示出了不同半径R1、R2和R3。 如本文所述这些半径切削并在外花键或内花键上形成渐开线齿。附图标记1107表示为刀 具锥面半夹角τ的角度。
[0264] 图12是角形硬质合金端铣刀切削刀具1201Α的前视图1200,该切削刀具大体成 圆锥形。图12Α是图12的角形硬质合金端铣刀切削刀具1201Α的端视图1200Α。在图12Α 中示出了角形硬质合金端铣刀切削刀具120IA的柄直径1201、切削刀具的长度1202以及刀 具锥面夹角1203。在图12Α中还示出了切削面长度1204和出屑槽表面的长度1205。附图 标记1206、1207表示第一出屑槽，附图标记1208、1209表示第二出屑槽。
[0265] 参看图4Α，对于部分空间夹角2α等于60°并且倾斜角β等于45°，利用从图 9Ε推导出下述的公式计算出刀具锥面夹角1203为41.40°。一旦2τ已知，则下降至成形 直径的齿冠直径确定刀具的一端，并且刀具锥面延伸得长至足以到达部分之外以成形铣削 完整的部分。
[0266] 图9是成形铣削过程的示意图900,示出了角形成形铣削硬质合金刀具536相对于 工件以45°倾斜角切削工件。附图标记845Τ是切削刀具536后面的齿。
[0267] 参看图4Α和图9,附图标记846S表示外空间角SAe，仅在图9中仅看得见一个齿 845T。通过组合成形和铣削动作或者成形铣削，切削刀具能够移动通过花键的整个可用部 分，并且在收回540、反向541和重复循环542、539、540、541之前在相邻特征部836的面中 加工切削刀具退刀部846R。在该实施例中，相邻特征部836是肩部。成形铣削的设计和制 造方法消除了对周向上位于花键下方或上方的环形花键退刀部的需要。利用成形铣削装置 和过程，花键的全长可以用于接合而提高了花键连接强度。花键连接装置的有效宽度节省 了空间并且提1? 了负荷承载能力。
[0268] 仍参看图9,角形取向的切削刀具536如图9所示仅向下进行一个操作。如图所 示切削刀具536是右手刀具。然而，可以使用任何切削取向，例如，可以使用左手刀具。图 9还示出了大外径Dae和小外径Dre。
[0269] 仍参看图9,工件的上圆柱形部的端部837由旋转的旋转切削刀具536沿路径542 接合。旋转切削刀具536根据图示路径539沿上圆柱形部的长度从工件的上圆柱形部的端 部837移动以形成空间角846S(齿槽），并且移入工件的相邻结构件836 (即，肩部836)以 形成旋转切削刀具退刀部846R。接下来，旋转切削刀具536以其倾斜角沿路径540从工件 的相邻结构部（肩部836)收回。然后旋转切削刀具536沿路径541返回至其初始位置，并 且定位工件以用于下一个成形铣削操作。工件在下一个成形铣削操作之前被可旋转地转 位。然后重复以下步骤：沿路径542使工件的上圆柱形部的端部837与旋转的旋转切削刀 具接合；沿路径539和上圆柱形部的长度从工件的上圆柱形部的端部837移动旋转的旋转 切削刀具，并且移入工件的相邻结构件836以形成旋转切削刀具退刀部；并且沿旋转的旋 转切削刀具的倾斜角从工件的相邻结构件沿路径540收回旋转切削刀具。然后使旋转切削 刀具536沿路径541返回至其初始位置，并且定位工件以用于下一个成形铣削操作。
[0270] 图9D是与图9A相似的示意图，示出了材料还未被从工件去除。如前所述，仅需要 一个操作来从外花键或内花键去除材料。
[0271] 图9A是成形铣削硬质合金刀具的示意图900A，该成形铣削硬质合金刀具在正交 图中呈倾斜角β，并且在横向图中呈部分空间夹角为2α，该部分空间夹角被示出为椭圆 投影的一部分。图9Β是沿图9Α的线9Β-9Β获得的视图900Β。其中椭圆投影逆时针旋转 90°，如图9C所示通过刀具的切削轮廓确定部分空间夹角的椭圆投影的方向。图9C是图 8G的放大部分900C，示出了沿部分空间夹角2α的椭圆投影的方向取向的硬质合金成形铣 削刀具536。
[0272] 图9Ε中所示的分析的目的是确定刀具锥面夹角2τ。刀具锥面夹角2τ的知识允 许刀具设计者用给定倾斜角β和部分空间半角α的适当比例来制造刀具。如下基于图9Ε 对给定的部分槽半角α和倾斜角β的τ的解进行推导。相同的推导可以针对图9Α和图 9Β进行,但这里未被示出。参看图9Ε,在刀具椭圆上定位点P的Χ、Υ坐标,该刀具椭圆与部 分槽表面相切，其中，W1 =刀具椭圆长半轴，W2 =刀具椭圆短半轴，然后确定高度Α，该高度 导致希望的结果τ。
[0273] 椭圆的公式是 尤2y2
[0274] 1 方程式（1)
[0275] 求椭圆的方程式的一阶导数以确定椭圆上的任意点P处的切线斜率。 2-XdX2-YdY^
[0276] 其中
[0277] 麗然后： ΟΛOA 2mY n
[0278] 角军出γ
[0279] 然后将Y代入以上的方程式（D并且解出X， W1tM 评.1 Λ,--
[0280] πξ
[0281] 其中Wl=I
[0282] W2 =W1 ·cosβ
[0283] Vt=tan(90-οι)=-- tana
[0284] 并且通过代入：
[0285] Λ~ ~-- /l^coipiaiAi
[0286] 和：
[0287] F=GOSp-Zi^Z5
[0288] 从图9E的三角法得出用于"a"和τ的值。 xr ft
[0289] a=---+Ft=arctan(sm-t-) (tana) a
[0290] 参看图9E,-旦刀具锥面半夹角τ已知，则明显地，2τ已知，该2τ是刀具锥面 夹角。一旦2τ已知，则下降至成形直径的齿冠半径确定刀具的一端，并且刀具锥面延伸得 长至足以到达部分之外以形成完整的部分。必须与外花键的期望规格一起考虑花键外空间 角2α的实际构造。
[0291] 用于确定用于旋转角形硬质合金端铣刀切削刀具和用于旋转渐开线硬质合金端 铣刀切削刀具的刀具的大小的过程基本上与针对渐开线刀具确定半径RUR2和R3的加法 相同。设计工程师基于渐开线齿的尺寸通过反复试验过程确定R1、R2和R3的大小。
[0292] 能够被用于通过成形铣削过程制造花键的材料是能够处理预期的负荷的任何工 程材料，诸如但不限于合金钢8620、8820、4820、4320、4340、4140、9310等或者延性铁等级 D4512、D5506、D7003等或者300系列的不锈钢。
[0293] 图5是沿图5A的线5-5剖取的工件531的局部剖视图500,用角形硬质合金端铣刀 536加工该工件531以形成外花键，该外花键具有在工件531的肩部532和基部531B中切 出的角形切削刀具退刀部 503R、505R、507R、509R、511R、513R、515R、517R、519R、521R、523R、 525R、527R、529R。
[0294] 图5A是工件的立体图500A，示出了完成的外花键，该外花键具有位于上圆柱形部 531C上的外花键齿 504T、506T、508T、510T、512T、514T、516T、518T、520T、522T、524T、526T、 528Τ、530Τ以及在肩部532和基部531Β中切出的用于刀具后角的角形退刀部503R、505R、 507R、509R、511R、513R、515R、517R、519R、521R、523R、525R、527R、529R。图 5A中还示出了 用于与内花键齿相配合的外间隔（齿槽）503S、505S、507S、509S、511S、513S、515S、517S、 5195、5215、5235、5255、5275、5295。如图7所示，当外花键装置53认联接到内花键装置631八 时，如本文以下所述的圆柱形顶部535与沉孔接合面630C接合。
[0295] 再次参看图5和图5A，如上所述，旋转切削刀具536被示出位于工件531的顶部， 刀具在该顶部处旋转切削刀具536开始切削。然而，如图所示，外空间角（齿槽）用附图标 记505S表示。如图5所示的刀具536是右手切削刀具并且箭头536R表示刀具的旋转。在 刀具上示出切削出屑槽536A。刀具还可以是左手切削刀具，并且其可仅使用一个出屑槽。
[0296] 刀具的原位置位于箭头541的顶部。刀具536以倾斜角β沿箭头542的路径与工 件接合。接着刀具沿箭头539的路径继续向下，以从上圆柱形部531C的外周切除材料，这导 致切出所示的槽/空间角/齿槽505S，并且在切削之后形成外花键齿506Τ。可以使用其它 刀具路径来形成相同的成形铣削过程。例如，当观察图5时，原位置可以更高。刀具继续沿 路径539行进，并且在肩部532和基部531Β中切出角形退刀部。附图标记540表示刀具沿 倾斜角β收回。附图标记541表示沿路径541将刀具重新定位至刀具的原位置。当刀具 被移动到其原位置时，工件531如箭头537Α所示旋转或者转位，以将工件重新定位以便用 于下一个成形铣削操作。仍参看图5,示出了槽/外空间角/齿槽519S和外花键齿518Τ。 附图标记519R表示已在肩部532中切出的附加的角形退刀部。每个齿槽均具有相应的角 形退刀部。
[0297] 图5Β是图5中所示的工件的俯视图500Β，并且示出了：用于刀具刀具后角的外 花键退刀部 503R、505R、507R、509R、511R、513R、515R、517R、519R、521R、523R、525R、527R、 529R;用于与内花键齿相配合的外间隔（齿槽）503S、505S、507S、509S、511S、513S、515S、 517S、519S、521S、523S、525S、527S、529S;以及外花键齿 504T、506T、508T、510T、512T、 514Τ、516Τ、518Τ、520Τ、522Τ、524Τ、526Τ、528Τ、530Τ。
[0298] 图5C是沿图5Β的线5C-5C剖取的剖视图500C，并且如在下文更加详细地讨论的， 该图是在图7中使用的外花键的视图（图5C)。
[0299] 参看图5和5A，公开了一种阳花键连接装置531A，该阳花键连接装置531A包括 基部531B、肩部532和圆柱形部531C。肩部532位于基部531B和圆柱形部531C的中间。 圆柱形部531C上包括外花键599S，并且外花键中包括多个周向彼此间隔开的齿槽503R、 505R、507R、509R、511R、513R、515R、517R、519R、521R、523R、525R、527R、529R，以在相邻的齿 槽之间形成多个外花键齿 504T、506T、508T、510T、512T、514T、516T、518T、520T、522T、524T、 526Τ、528Τ、530Τ。齿槽由相邻的齿的侧面和与相邻的齿接合的齿根过渡曲面形成。多个齿 槽中的每个均包括用于刀具刀具后角的花键退刀部，该花键退刀部成角度地延伸至阳花键 连接装置的部肩532和基部中。外花键的多个齿中的每个均包括侧面，所述侧面可以是角 形侧面、直侧面、渐开线侧面或者全曲侧面。
[0300] 图6是通过成形铣削过程制造的内花键的示意性立体图600。其中，沉孔631Β大体 位于工件631Α的中心。工件631Α包括基部631和上部632。如在本文中使用的，有时术语 阴轴环装置用于限定图6、6Α和6Β中所示的结构。周向沉孔631Β终止在相邻结构件，S卩，沉 孔接合面630C中。图6Α是沿图6的线6Α-6Α剖取的剖视图600Α，示出了 ：内花键631Β;在 沉孔接合面630C中切出的刀具角形退刀部602R、604R、606R、608R、610R、612R、614R、616R、 618R、620R、622R、624R、626R、628R;以及工件的上部632T。如下文将更详细地描述的，图6A 被用于图7中。图6B是图6和6A中所示的工件的俯视图600B，示出了工件的顶部的上表 面 632T。
[0301] 图6、6A和6B示出了位于工件631A的上部中的大体周向的沉孔631B。用于由外 花键配合齿互相啮合的多个内间隔（齿槽）602S、604S、606S、608S、610S、612S、614S、616S、 6185、6205、6225、6245、6265、6285在图6、6八和68中示出为绕沉孔的内周相等地间隔开。 沉孔在工件631A的顶部中继续行进而到达期望的深度（或者该深度可以表示为长度）并 且终止在平的沉孔接合面630C中。沉孔接合面630C是相邻结构件，在该沉孔接合面中利用 成形铣削过程形成刀具角形退刀部。在图6、6A和6B还示出了：多个内花键齿603T、605T、 607Τ、609Τ、611Τ、613Τ、615Τ、617Τ、619Τ、621Τ、623Τ、625Τ、627Τ;刀具角形退刀部 602R、 604R、606R、608R、610R、612R、614R、616R、618R、620R、622R、624R、626R、628R;以及沉孔接合 面630C。每个齿槽均具有与之相关联的相应的刀具角形退刀部。
[0302] 参看图6、6A和6B，公开了一种阴轴环连接装置631A，该阴轴环连接装置631A包 括基部631和上部632。上部包括凹入其中的大体圆筒形的毂部631B。毂部包括内花键，该 内花键终止在沉孔接合面630C中。内花键中包括多个彼此周向间隔开的齿槽602S、604S、 606S、608S、610S、612S、614S、616S、618S、620S、622S、624S、626S、628S，以在相邻齿槽之间 形成多个齿 603T、605T、607T、609T、611T、613T、615T、617T、619T、621T、623T、625T、627T。* 槽由相邻的齿的侧面和与相邻的齿接合的齿根过渡曲面形成。多个齿槽中的每个均包括用 于刀具后角的花键退刀部，该花键退刀部成角度地延伸至沉孔接合面630C中。内花键的多 个齿中的每个均包括侧面，所述侧面可以是角形侧面、直侧面、渐开线侧面、全曲侧面。
[0303] 图7是完全相互接合或联接在一起的成形铣削的阳花键装置531和成形铣削的阴 轴环装置631的剖视示意图700。图7是沿图7C的线7-7剖取的。在图7中示出如图6A 所示的阴轴环装置。在图7中示出与阴轴环装置631相配合啮合的如图5C所示的阳花键装 置531。仍参看图7,当阳花键装置和阴花键装置被完全联接时，外花键的圆柱形部的顶面 535与沉孔接合面630C互相接合。外花键齿504T示出为位于内花键装置的槽或者内间隔 (齿槽）618S中。外花键齿518T示出为位于阴构件的槽或者内间隔（齿槽）604S中。刀具 角形退刀部618R、604R示出为在沉孔接合面630C中切出，该沉孔接合面位于上部632中。 阴（内）花键装置（阴轴环装置）的顶部632T与阳（外）花键装置的中间肩部532接合。 阳花键的刀具角形退刀部在图7中不明显，这是因为如图5B所示如沿线5C-5C通过外花键 齿504T至518T进行截面切削。
[0304] 仍参看图7,有效表面宽度（成形铣削）EFs等于花键连接长度SC。利用外花键齿 和内花键齿的整个长度（其中外花键齿的长度L1和内花键齿的长度L2是相同的），对于给 定的花键连接长度以及内花键齿的给定的节圆直径和结构来说能够显著提高负荷承载能 力。此外，EFs=SC=L1 =L2。参见图7B，其中示出了 1^和L2。
[0305] 仍参看图5至7,其中公开了花键连接装置701，该花键连接装置包括阳花键装置 531A和阴轴环装置631A。阳花键连接装置531A包括：基部531 ;肩部532以及圆柱形部 531C。肩部532位于基部531B和圆柱形部531C的中间。外花键位于圆柱形部531C上， 并且其中包括多个彼此周向间隔开的第一齿槽503S、505S、507S、509S、511S、513S、515S、 517S、519S、521S、523S、525S、527S、529S，以在相邻的第一齿槽之间形成外花键齿。多个第 一齿槽中的每个均由相邻的外花键齿的侧面和与相邻的外花键齿接合的齿根过渡曲面形 成。多个第一齿槽中的每个均包括用于刀具后角的花键退刀部，该花键退刀部成角度地延 伸至阳花键连接件装置的肩部和基部中。阴轴环装置631A包括：基部631和上部632。大 体圆筒形的毂部凹进阴轴环装置的上部632中。凹进的毂部包括内周和内花键。内花键终 止在沉孔接合面630C中。内花键中包括多个彼此周向间隔开的第二齿槽602S、604S、606S、 608S、610S、612S、614S、616S、618S、620S、622S、624S、626S、628S，以在相邻的第二齿槽之间 形成内花键齿。第二齿槽由相邻的内花键齿的侧面和与相邻的内花键齿接合的齿根过渡曲 面形成。多个第二齿槽中的每个均包括用于刀具刀具后角的内花键退刀部，该内花键退刀 部成角度地延伸至沉孔接合面中。
[0306] 外花键的多个外花键齿中的每个均位于内花键的多个第二齿槽中的相应的一个 第二齿槽中。内花键的多个内花键齿中的每个均位于外花键的多个第一齿槽中的相应的一 个第一齿槽中。外花键的多个外花键齿中的每个均可与多个内花键齿中的两个相互啮合， 并且多个内花键齿中的每个均可与外花键的多个外花键齿中的两个相互啮合。
[0307] 参看图5A和7,阳花键装置的外花键的多个外花键齿中的每个均具有如从肩部 532至圆柱形部531C的顶面535测量的第一长度L1。参看图6A和7B，阴轴环装置的毂部 的内花键的多个内花键齿中的每个均具如有从上部632的顶部632T至沉孔接合面630C测 量的第二长度L2。外花键的第一长度L1等于内花键的第二长度L2。如图7所示，第一长度 L1和第二长度L2是由成形铣削过程制造的花键连接装置的有效表面宽度EFs。
[0308] 参看图，阳花键装置53IA的圆柱形部535与大体圆筒形的毂部的沉孔接合面630C 接合，该毂部凹进阴轴环装置631A的上部632中，并且阳花键装置531A的肩部532与阴轴 环装置632的上部632的顶面632T接合。如上所述，多个外花键齿的一部分与多个内花键 齿的一部分互相哨合。齿的哨合可以是完全哨合或者部分哨合。
[0309] 本发明的另一个实施例或者陈述涉及包括阳构件和阴构件的花键连接装置。阳构 件包括肩部532和圆柱形部531C。阳构件的圆柱形部531C从肩部延伸到上部的顶部，并且 在该圆柱形上包括具有第一长度L1的外花键599S。阴构件包括基部631和上部632。上 部中包括沉孔631，该沉孔具有内花键，该内花键具有第二长度L2。内花键终止在沉孔接合 面630C中通过将阳构件的肩部与阴构件的上部接合而将阳构件和阴构件联接在一起。阳 构件的圆柱形部的上表面与阴构件的沉孔接合面接合。花键的第一长度L1和第二长度L2 相等。外花键与内花键完全互相啮合，并且成形铣削的连接件的有效表面宽度EFs等于花 键的第一长度L1和第二长度L2。
[0310] 图7A是部分相互接合或者联接在一起的阳花键装置531和阴轴环装置631的示 意性剖视图700A。图7A示出了与外花键中的槽/空间角/齿槽相互啮合的阴内花键齿 605T、607T、609T、611T、613T、615T、617T。齿 504T与槽 / 空间角 / 齿槽 618S部分啮合，并 且齿518Τ与槽/空间角/齿槽604S部分啮合。齿槽604S、606S、608S、610S、612S、614S、 616S和618S也如图7A所示。应注意，外部装置用于例如当如图7所示花键被完全接合时 确保花键被保持在一起。
[0311] 图7B是彼此分离开的阳花键装置531和阴轴环装置631的剖视图700B。图7C是 沿图7的线7C-7C剖取的剖视图700C，示出了互相啮合的阳花键装置的外花键和阴花键装 置的内花键。在图7C中示出所有内花键齿、所有外花键齿、所有外部槽/空间角/齿槽以及 所有的内部槽/空间角/齿槽。图7D是图7C的放大部700D。外花键齿520T、522T、524T 在放大图700D中示出为是内齿601Τ、627Τ和625Τ。外部槽或齿槽521S、523S和525S在图 7D中示出为是内部槽或齿槽602S、628S和626S。
[0312] 图7E是彼此相关地示出的图7和图3的示意性剖视图700E，示出了通过成形铣削 过程制造的图7所示的装置的有效表面宽度EFs等于花键连接件的长度SC，并且示出了图 3中的现有技术的有效表面宽度EF比用于花键连接件的相同长度SC的EFs小得多。如图 3所示，制成的外花键199和内花键220A的表面宽度FW的长度相等。
[0313] 现有技术的有效表面宽度EF如下：
[0314]EF=SC-2CR
[0315]此外，SC=FW+CR
[0316] 并且比如下的（成形铣削）有效表面宽度EFs小得多：
[0317]EFs =SC
[0318]此夕卜，EFs=SC=L1 =L2,SC=FW=L1 =L2
[0319] 图7E允许对成形铣削花键连接件与图3的现有技术进行直接图解比较。成形铣 销的花键连接件更加有效，并且对于给定的连接长度SC，成形铣削的连接件的有效宽度EF 比现有技术的EF大得多。
[0320] 图8是本发明的实施例、S卩，阳花键装置的前视图800,示出了利用以45°倾斜角 取向的端铣刀具在工件上成形铣削出的外花键899。附图标记869T、871T、873T、875T、877T 是指图8的实施例的外花键齿，并且附图标记870S、872S、874S、876S、878S是指用于接纳配 合的内花键的齿的空间角（或齿槽）。附图标记801是指工件的基部，附图标记802是指 工件的中间部，附图标记803是指工件的圆柱形部的顶部，并且附图标记804是指工件上的 肩部。附图标记820是指刀夹，附图标记821是指夹盘，并且附图标记825是指Mazak5轴 端铣刀。任何能够使旋转切削刀具536以适当倾斜角取向的端铣刀均适于执行成形铣削过 程。附图标记888、889表示以将工件保持就位的夹盘。
[0321] 成形铣削过程的附加优点在于减少了机器设置时间，例如Mazak5轴端铣刀的机 器能够通过机器的一次设置加工工件的一个侧面的所有特征部，并且工件不必被运输到车 间周围的其它工作站。另外，由于用于工件的给定侧面的所有加工操作都由诸如Mazak5 轴端铣刀的单个端铣刀进行，因此实质上消除了对准误差。换言之，假如其中一个外花键齿 待相对于工件的另一个特征部对准，或者，工件的特定周向位置待相对于工件的另一个特 征部对准，则由于在工件的每个侧面存在单个夹具，所以由于重新夹紧（多次设置）造成的 未对准误差被消除。
[0322] 图8A是另一个工件831 (主轴）的立体图800A。边缘832包括用于将主轴固定 到另一个结构的螺栓孔。凹部860绕圆柱形主轴834周向延伸。通道880穿过主轴。轴肩 836是与外花键897相邻的结构。在图8A中示出外花键齿839T、841T、843T、845T;用于接 纳配合内花键的齿的空间角/齿槽/槽847T、840S、842S、844S、846S、848S以及刀具后角退 刀部 840R、842R、844R、846R、848R。
[0323] 图8B是图8A的工件/主轴831的俯视图800B，示出了图8A中所示的特征部。图 8C是沿图8B的线8C-8C剖取的图8B的主轴/工件831的俯视图的剖视图800C，示出了齿 槽846S和退刀部846R。
[0324] 图8D是以立体图880D示出本发明的另一个实施例，S卩，与图8和图8A中所示的 工件相似的工件，其中轴肩836A中的周向凹槽836G与外花键897A相邻。在图8D的视图 中，示出了凹槽836G和位于该凹槽内的斜面836C。在制造图8D的实施例的齿槽的过程中， 刀具后角退刀部不必使凹槽836G的功能与退刀部一样。图8E是图8D的俯视图800E，示 出了图8D的相同的元件和特征部。图8F是沿图8E的线8F-8F剖取的剖视图，示出了齿槽 846S、凹槽836G和斜面836C。
[0325] 图8G是沿图8的线8G-8G获得的俯视图，示出了在阳花键装置831的圆柱形部中 成形铣削的外齿槽的刀具，无数的外齿槽能够与内花键的齿相配合。图8G是结合图9C使 用的，以示出刀具的一些方面。
[0326] 图10是承载件1000的立体图，该承载件中具有通过成形铣削过程制造的沉孔和 内花键1020。图IOA是图10的俯视图1000A。承载件包括多个齿1003T、1005T、1007T，所 述多个齿绕装置的内周相等地间隔开。齿槽l〇〇2S、1004S、1006S和1008S绕承载件的内周 相等地间隔开，并且能够与外花键齿相配合。如上所述，硬质合金切削锥形刀具536被示出 处于在沉孔1020的内周中成形铣削齿槽的过程中。
[0327] 公开并要求保护一种用于邻近相邻结构件制造花键的过程，该过程包括固定工件 的步骤以及许多其它步骤。参看图5和9,工件531A包括上圆柱形部531C和相邻结构件 532,并且上圆柱形部包括端部或顶部535以及长度。旋转切削刀具536相对于工件的上圆 柱形部531C以倾斜角β取向，当然，旋转切削刀具536是旋转的536R。通过使旋转的旋转 切削刀具536从其原位置（箭头541的尖端）移动，而使工件的上圆柱形部的端部535被 旋转的旋转切削刀具536接合。旋转切削刀具沿线或矢量539从工件的上圆柱形部的端部 536移动以通过其沿上圆柱形部531C的长度的切削动作来去除材料，并且移入工件531A的 相邻结构件532以形成旋转切削刀具退刀部505R。诸如齿槽505S的齿槽通过刀具536的 切削动作而形成。接着，旋转切削刀具536沿线或矢量540从工件的相邻结构件沿旋转的 旋转切削刀具536的倾斜角收回。然后旋转切削刀具沿线或矢量541坚直地返回至其初始 位置（原位置）并且将工件定位以用于下一个成形铣削操作。在切削每个齿槽之后，使工 件531A旋转或者转位，使得可以形成另一个齿槽。在两个间隔开的齿槽之间形成花键齿。 然后重复以下步骤：使工件的上圆柱形部的端部与旋转的旋转切削刀具接合；使旋转的旋 转切削刀具从工件的上圆柱形部的端部移动以通过其沿上部的长度的切削动作来去除材 料，并且移入工件的相邻结构件以形成旋转切削刀具退刀部；并且，沿旋转的旋转切削刀具 的倾斜角从工件的相邻结构件收回该旋转切削刀具。
[0328] 针对该过程，基于以下角度进行确定用于外花键的旋转切削刀具536的大小的步 骤：刀具锥面夹角2τ，该刀具锥面夹角2τ如上文所述针对图9E来确定；部分空间夹角 2α，该部分空间夹角2α由设计者选择为名义上为60° ;以及倾斜角β。一旦角2τ已 知，就能确定旋转刀具的长度。在成形直径处确定齿冠半径，并且刀具锥面延伸得长至足以 到达部分之外以完全地成形铣削该部分的间隔/槽。刚才所述的过程可制造外花键，其中 相邻结构件是肩部，并且旋转切削刀具退刀部以所述倾斜角在肩部中延伸。
[0329] 根据图10和其它图公开并要求保护用于邻近相邻结构件制造花键的另一个过 程。参看图10,该过程的步骤包括固定工件，该工件中具有沉孔1020和邻近该沉孔1020的 相邻结构件1030C。附图标记1020通常被用于表示沉孔和在沉孔的内周上形成的内花键。 沉孔1020延伸至沉孔接合面1020的深度。沉孔包括端部1001和作为从端部1001至沉孔 接合面1030C的距离的长度。在原位置，旋转切削刀具相对于工件的沉孔1020的端部1001 以倾斜角取向。旋转切削刀具536当然是旋转的536R并且与工件的沉孔的端部1001接 合。接着，旋转的旋转切削刀具536从工件的沉孔的端部移动以通过其沿沉孔的长度（从 端部1001至沉孔1020)的切削动作来去除材料，并且移入工件的相邻结构件1030C以形成 旋转切削刀具退刀部，例如1002R。在形成旋转切削刀具退刀部之后，旋转切削刀具沿该旋 转的旋转切削刀具的倾斜角从工件的相邻结构件收回。
[0330] 该过程的其它步骤包括：使旋转切削刀具返回到初始位置（原位置）；在形成每个 齿槽之后通过旋转工件来使工件转位；并且重复以下步骤：使工件的沉孔的端部与旋转的 旋转切削刀具接合；使旋转的旋转切削刀具从工件的沉孔的端部移动以通过其沿沉孔的长 度的切削动作来去除材料，并且移入工件的相邻结构件以形成角形旋转切削刀具退刀部； 并且沿旋转的旋转切削刀具的倾斜角从工件的相邻结构件收回旋转切削刀具。
[0331] 刚刚所述的过程可制造内花键，并且相邻结构件可以是沉孔接合面，并且旋转切 削刀具退刀部以所述倾斜角延伸到沉孔中。针对该过程，确定旋转切削刀具的大小的步骤 基于刀具锥面夹角来进行，该刀具锥面夹角基于部分空间夹角和倾斜角。公开并要求保护 一种用于制造外花键的成形铣削过程。该过程包括确定待由外花键承载的负荷的步骤。负 荷由应用的参数确定。参看图4至4C以及图9至9Β，基于所确定的负荷选择用于外花键 的节圆直径D。然后选择齿数Ν，使得圆周齿距CP足够大并且使得外花键的齿足够大，并且 能够处理特定的负荷。然后基于确定的负荷、所选择的外花键的节圆直径、圆周齿距CP、齿 上和轴上的剪切应力和压缩应力、花键的配合以及在内花键齿和外花键齿之间可获得的相 互啮合来确定外花键的长度。接下来，选择刀具倾斜角β，并且还选择部分空间夹角2α。 部分空间夹角在相当大的角度范围内选择。基于用β和α表达的算法计算刀具锥面夹角 2τ。一旦刀具锥面夹角2τ已知，则下降至成形直径的齿冠半径确定刀具的一端，并且刀 具锥面延伸得长至足以到达部分之外以形成整个部分。
[0332] 接着，将工件夹紧在适当的端铣刀中。在夹紧之后，通过适当大小的刀具和5轴 Mazak端铣刀利用成形铣削过程来成形铣削工件以形成适当的外空间角（齿槽）。该过程 还包括在工件的相邻结构件中成形铣削用于刀具的后角的角形退刀部。通常，工件是圆柱 形的，并且相邻结构件是轴肩。为了形成成形铣削的花键，工件被可旋转地转位，这能够绕 工件的周向成形铣削多个相等的空间角（齿槽），以形成周向上间隔开的外花键齿。
[0333] 确定刀具的大小的步骤包括使用用倾斜角β和部分空间夹角α表达的算法，以 获得刀具锥面夹角2τ。一旦刀具锥面夹角2τ已知，则下降至成形直径的齿冠半径确定刀 具的一端，并且刀具锥面延伸得长至足以到达部分之外以形成完全的部分。通常但不排他 地，倾斜角β优选地在30°至60°的范围内，部分空间夹角α优选地在40°至75°的范 围内。
[0334] 旋转切削刀具包括硬质合金切削部，并且该刀具包括两个直出屑槽和用于形成角 形花键的半径齿冠。单个出屑槽可以使用于角形应用中。假如期望渐开线花键，则切削刀 具包括多个渐开线半径，以形成适当的空间角（齿槽）和渐开线齿。可以使用若干个出屑 槽来形成渐开线齿。
[0335] 假如成形铣削直侧面的花键，则旋转切削刀具（端铣刀）接近圆柱的形状，并且倾 斜角接近90°。在相邻结构件（诸如轴肩）中成形铣削出的退刀部接近圆形路径，其深度 是圆柱形旋转切削刀具的直径。
[0336] 公开并要求保护一种用于制造内花键的过程，该过程与用于制造外花键的过程类 似。该过程包括确定待由内花键承载的负荷的步骤，该步骤与以上所述的针对外花键的步 骤相同。接着，如上所述选择配合的外花键的节圆直径。接着，基于外花键装置的所确定的 负荷和所选择的节圆直径来确定内花键装置的长度。接着，选择齿数Ν，使得外花键的圆周 齿距足够大并且使得外花键的齿能够处理负荷。接着，选择外部空间夹角2α°，并且利用 公式（2α° _((360/Ν)° ))确定内部空间夹角。然后基于用倾斜角β和内部分空间夹角 2α° ((360/Ν) ° )表达的算法确定旋转切削端铣刀具的大小，以得出刀具锥面夹角2τ。 一旦2τ已知，则齿冠半径位于成形直径处，并且刀具的另一端延伸得远至足以到达部分 之外以确保完全成形铣削槽/间隔。然后将适当的工件夹紧在Mazak端铣刀或者市场上销 售的任何其它多轴端铣刀中。然后利用旋转切削硬质合金刀具和端铣刀成形铣削工件，以 在工件中形成适当的内空间角。然后在工件的相邻结构件中成形铣削旋转切削硬质合金刀 具角形退刀部。通常，适当的工件中包括沉孔并且沉孔继而具有内周。为了形成适当的周 向间隔开的内花键齿和相等地间隔开的内空间角（齿槽），工件被可旋转地转位，这能够绕 工件的内周成形铣削多个相等地间隔开的适当的内空间角（齿槽），因此形成周向间隔开 的内花键齿。
[0337] 已根据本文完全公开的本发明仅通过实施例对本发明进行了阐述。可以对本文提 供的实施例进行变化和修改，并且这些变化和修改具体地包含在本文中，并且这样的变化 和修改在所附的权利要求的范围内。
【权利要求】
1. 一种阳花键连接装置，该阳花键连接装置包括： 基部、肩部和圆柱形部； 所述肩部位于所述基部和所述圆柱形部的中间； 所述圆柱形部上包括外花键，所述外花键中包括多个彼此周向间隔开的齿槽，以在相 邻齿槽之间形成多个齿，所述齿槽由相邻的齿的侧面和与所述相邻的齿接合的齿根过渡曲 面形成；并且 所述多个齿槽中的每个均包括用于刀具后角的花键退刀部，该花键退刀部成角度地延 伸到所述阳花键连接装置的所述肩部和所述基部中。
2. 根据权利要求1所述的阳花键连接装置，其中，所述外花键的所述多个齿中的每个 均包括角形侧面。
3. 根据权利要求1所述的阳花键连接装置，其中，所述外花键的所述多个齿中的每个 均包括直侧面。
4. 根据权利要求1所述的阳花键连接装置，其中，所述外花键的所述多个齿中的每个 均包括渐开线侧面。
5. 根据权利要求1所述的阳花键连接装置，其中，所述外花键的所述多个齿中的每个 均包括全曲侧面。
6. -种阴轴环连接装置，该阴轴环连接装置包括： 基部和上部； 大体圆柱形的毂部，所述毂部中包括内花键； 所述内花键终止在沉孔接合面中； 所述内花键中包括多个彼此周向间隔开的齿槽，以在相邻齿槽之间形成多个齿，所述 齿槽由相邻的齿的侧面和与所述相邻的齿接合的齿根过渡曲面形成；并且 所述多个齿槽中的每个均包括用于刀具后角的花键退刀部，该花键退刀部成角度地延 伸到所述沉孔接合面中。
7. 根据权利要求6所述的阴轴环连接装置，其中，所述内花键的所述多个齿中的每个 均包括角形侧面。
8. 根据权利要求6所述的阴轴环连接装置，其中，所述内花键的所述多个齿中的每个 均包括直侧面。
9. 根据权利要求6所述的阴轴环连接装置，其中，所述内花键的所述多个齿中的每个 均包括渐开线侧面。
10. 根据权利要求6所述的阴轴环连接装置，其中，所述内花键的所述多个齿中的每个 均包括全曲侧面。
11. 一种花键连接装置，该花键连接装置包括： 阳花键装置，所述阳花键装置包括：基部、肩部和圆柱形部；所述肩部位于所述基部和 所述圆柱形部的中间；所述圆柱形部上包括外花键，所述外花键中包括多个彼此周向间隔 开的第一齿槽，以在相邻的第一齿槽之间形成外花键齿，所述第一齿槽中的每个均由相邻 的外花键齿的侧面和与所述相邻的外花键齿接合的齿根过渡曲面形成；并且所述多个第一 齿槽中的每个均包括用于刀具后角的花键退刀部，该花键退刀部成角度地并且成圆锥形地 延伸到所述阳花键装置的所述肩部和所述基部中； 阴轴环装置，所述阴轴环装置包括：基部和上部；大体圆柱形的具有内周的毂部，所述 毂部中包括内花键；所述内花键终止在沉孔接合面中；所述内花键中包括多个彼此周向间 隔开的第二齿槽，以在相邻的第二齿槽之间形成内花键齿，所述第二齿槽由相邻的内花键 齿的侧面和与所述相邻的内花键齿接合的齿根过渡曲面形成；并且所述多个第二齿槽中的 每个均包括用于刀具后角的花键退刀部，该花键退刀部成角度地并且成圆锥形地延伸到所 述沉孔接合面中； 所述外花键的所述多个外花键齿中的每个均位于所述内花键的所述多个第二齿槽中 的相应一个中；并且 所述内花键的所述多个内花键齿中的每个均位于所述外花键的所述多个第一齿槽中 的相应一个中。
12. 根据权利要求11所述的花键连接装置，其中： 所述外花键的所述多个外花键齿中的每个均与所述多个内花键齿中的两个互相啮合， 并且所述多个内花键齿中的每个均与所述外花键的所述多个外花键齿中的两个相互啮合。
13. 根据权利要求11所述的花键连接装置，其中，所述阳花键装置的所述外花键的所 述多个外花键齿中的每个均具有第一长度，并且所述阴轴环装置的所述毂部的所述内花键 的所述多个内花键齿中的每个均具有第二长度，并且所述第一长度和所述第二长度相等。
14. 根据权利要求12所述的花键连接装置，其中，所述阳花键装置的所述外花键的所 述多个外花键齿中的每个均具有第一长度，并且所述阴轴环装置的所述毂部的所述内花键 的所述多个内花键齿中的每个均具有第二长度，并且所述第一长度和所述第二长度相等。
15. 根据权利要求13所述的花键连接装置，其中，所述第一长度是所述阳花键装置的 所述外花键的有效表面宽度，并且所述第二长度是所述阴轴环装置的所述内花键的有效表 面宽度。
16. 根据权利要求11所述的花键连接装置，其中： 所述阳花键装置的所述圆柱形部与所述大体圆柱形的毂部的所述沉孔接合面接合，所 述毂部在所述阴轴环装置的所述上部中凹进；并且 所述阳花键装置的所述肩部与所述阴轴环部的所述上部接合。
17. 根据权利要求15所述的花键连接装置，其中： 所述阳花键装置的所述圆柱形部与所述大体圆柱形的毂部的所述沉孔接合面接合，所 述毂部在所述阴轴环装置的所述上部中凹进；并且 所述阳花键装置的所述肩部与所述阴轴环部的所述上部接合。
18. 根据权利要求11所述的花键连接装置，其中： 所述外花键的所述多个外花键齿的一部分与所述多个内花键齿的一部分相互啮合。
19. 根据权利要求11所述的花键连接装置，其中： 所述外花键的所述多个外花键齿中的每个均包括角形侧面；并且 所述内花键的所述多个内花键齿中的每个均包括角形侧面。
20. 根据权利要求11所述的花键连接装置，其中： 所述外花键的所述多个外花键齿中的每个均包括直侧面；并且 所述内花键的所述多个内花键齿中的每个均包括直侧面。
21. 根据权利要求11所述的花键连接装置，其中： 所述外花键的所述多个外花键齿中的每个均包括渐开线侧面；并且 所述内花键的所述多个内花键齿中的每个均包括渐开线侧面。
22. 根据权利要求11所述的花键连接装置，其中： 所述外花键的所述多个外花键齿中的每个均包括全曲侧面；并且 所述内花键的所述多个内花键齿中的每个均包括全曲侧面。
23. -种花键连接装置，该花键连接装置包括： 阳构件，所述阳构件包括：肩部和圆柱形部；所述圆柱形部上包括上表面和外花键，所 述外花键中包括多个彼此周向间隔开的第一齿槽，以在相邻的第一齿槽之间形成外花键 齿，所述多个第一齿槽中的每个均包括用于刀具后角的花键退刀部，该花键退刀部成角度 地延伸到所述阳构件的所述肩部中； 阴构件，所述阴构件包括：基部和上部；大体圆柱形的具有内周的毂部，所述毂部中包 括内花键；所述内花键终止在沉孔接合面中；所述内花键中包括多个彼此周向间隔开的第 二齿槽，以在相邻的第二齿槽之间形成内花键齿，所述第二齿槽由相邻的内花键齿的侧面 和与所述相邻的内花键齿接合的齿根过渡曲面形成；并且所述多个第二齿槽中的每个均包 括用于刀具后角的花键退刀部，该花键退刀部成角度地延伸到所述沉孔接合面中； 所述外花键的所述外齿具有第一长度，并且所述内花键的所述内齿具有第二长度，所 述第一长度和所述第二长度相等； 所述阳构件和所述阴构件联接在一起，所述阳构件的所述肩部与所述阴构件的所述上 部接合，所述阳构件的所述圆柱形部的所述上表面与所述阴构件的所述沉孔接合面接合， 所述外花键的所述外齿沿所述外齿所述第一长度和所述内齿的所述第二长度与所述内花 键的所述内齿完全地互相啮合，使得所述接合部的有效表面宽度等于所述外齿和所述内齿 的长度。
24. -种花键连接装置，该花键连接装置包括： 阳构件，所述阳构件包括：肩部和圆柱形部；所述圆柱形部上包括上表面；所述阳构件 的所述圆柱形部从所述肩部延伸，并且包括具有第一长度的外花键； 阴构件，所述阴构件包括：基部和上部；所述上部中包括沉孔，该沉孔中具有内花键， 所述内花键具有第二长度；所述内花键终止在沉孔接合面中； 所述阳构件和所述阴构件联接在一起，所述阳构件的所述肩部与所述阴构件的所述上 部接合，所述阳构件的所述圆柱形部的所述上表面与所述阴构件的所述沉孔接合面接合， 所述第一长度和所述第二长度相等，所述外花键与所述内花键完全地互相啮合，并且所述 连接件的所述有效表面宽度等于所述花键的所述第一长度和所述第二长度。
25. -种用于制造外花键的过程，该过程包括以下步骤： 确定待由所述外花键承载的负荷； 基于所述确定的负荷选择所述外花键的节圆直径； 选择齿数，使得圆周齿距足够大，并且使得所述外花键的所述齿足够大并且能够处理 所述负荷； 基于所述确定的负荷和所述外花键的所述选择的节圆直径确定所述外花键的长度； 选择刀具倾斜角β ; 选择部分空间夹角α ; 基于用β和α表达的算法确定刀具锥面夹角2 τ ; 基于所需要的实际的外花键尺寸确定所述刀具的大小； 将适当的工件夹紧在端铣刀中； 利用所述刀具和端铣刀在所述工件中铣削适当的齿槽。
26. 根据权利要求25所述的用于制造外花键的过程，其中，确定所述刀具的大小的所 述步骤包括在所述刀具的一端处形成齿冠半径，并且确定刀具长度，使得所述刀具锥面延 伸得长至足以到达所述外花键外。
27. 根据权利要求25所述的用于制造外花键的过程，其中，所述倾斜角β优选在30° 至60°的范围内。
28. 根据权利要求25所述的用于制造外花键的过程，其中，所述部分空间夹角α优选 在40°至75°的范围内。
29. 根据权利要求25所述的用于制造外花键的过程，该过程还包括以下步骤： 在所述工件的相邻结构件中铣削用于所述刀具后角的退刀部。
30. 根据权利要求25所述的用于制造外花键的过程，其中，所述工件是圆柱形的，并且 所述相邻结构件是轴肩。
31. 根据权利要求25所述的用于制造外花键的过程，该过程还包括以下步骤： 使所述工件可旋转地转位，并且使能够绕所述工件的周向铣削多个相等地间隔开的齿 槽，以形成周向间隔开的外花键齿。
32. 根据权利要求25所述的用于制造外花键的过程，其中，所述刀具包括两个直出屑 槽和一半径齿冠。
33. 根据权利要求25所述的用于制造外花键的过程，其中，所述刀具包括多个渐开线 半径，以形成所述适当的空间角、即齿槽和渐开线齿。
34. -种用于制造内花键的过程，该过程包括以下步骤： 确定待由所述内花键承载的负荷； 选择配合外花键的节圆直径； 基于所述确定的负荷和所述外花键装置的所述选择的节圆直径确定所述内花键装置 的长度； 选择齿数Ν，使得所述外花键的圆周齿距足够大，并且使得所述外花键的所述齿能够处 理所述负荷； 选择外部空间夹角2α° ; 利用公式2α ° -((360/Ν)° )确定内部空间夹角； 选择刀具倾斜角β ; 基于用所述刀具倾斜角β和所述内部空间夹角2α ° _((360/Ν)° )表达的算法确定 刀具锥面夹角2τ ; 确定所述刀具的大小，以在所述刀具的一端处在所述成形直径处确定齿冠半径，并且 使所述刀具锥面延伸得长至足够到达所述部分之外以形成所述刀具的第二端； 将适当的工件夹紧在端铣刀中； 利用所述刀具和端铣刀在所述工件中铣削适当的内空间角、即齿槽。
35. 根据权利要求34所述的用于制造内花键的过程，该过程还包括以下步骤： 在所述工件的相邻结构件中铣削退刀部。
36. 根据权利要求34所述的用于制造内花键的过程，其中，所述适当的工件中包括沉 孔，所述沉孔具有内周。
37. 根据权利要求34所述的用于制造内花键的过程，该过程还包括以下步骤： 使所述工件可旋转地转位，并且使能够绕所述工件的所述内周铣削多个相等地隔开的 适当的内空间角、即齿槽，以形成周向间隔开的内花键齿。
38. -种用于邻近相邻结构件制造花键的过程，该过程包括以下步骤： 固定工件，所述工件包括上圆柱形部和相邻结构件，并且所述上圆柱形部包括端部和 长度； 使旋转切削刀具相对于所述工件的所述上圆柱形部以倾斜角取向； 旋转所述旋转切削刀具； 使所述工件的所述上圆柱形部的所述端部与所述旋转的旋转切削刀具接合； 沿所述工件的所述上圆柱形部的所述长度从所述工件的所述上圆柱形部的所述端部 移动所述旋转的旋转切削刀具，以从所述工件的所述上圆柱形部去除材料，并且将所述旋 转的旋转切削刀具移入所述工件的所述相邻结构件中，以形成旋转切削刀具退刀部；并且 沿所述旋转的旋转切削刀具的所述倾斜角从所述工件的所述相邻结构件收回所述旋 转切削刀具。
39. 根据权利要求38所述的用于邻近相邻结构件制造花键的过程，该过程还包括以下 步骤： 使所述旋转切削刀具返回至初始位置； 使所述工件转位； 重复以下所述步骤：使所述工件的所述上圆柱形部的所述端部与所述旋转的旋转切削 刀具接合；沿所述工件的所述上圆柱形部的所述长度从所述工件的所述上圆柱形部的所述 端部移动所述旋转的旋转切削刀具，以从所述工件的所述上圆柱形部去除材料，并且将所 述旋转的旋转切削刀具移入所述工件的所述相邻结构件中，以形成旋转切削刀具退刀部； 并且，沿所述旋转的旋转切削刀具的所述倾斜角从所述工件的所述相邻结构件收回所述旋 转切削刀具。
40. 根据权利要求38所述的用于邻近相邻结构件制造花键的过程，其中，所述花键是 外花键，所述相邻结构件是轴肩，并且所述旋转切削刀具退刀部以所述倾斜角延伸至所述 轴肩中。
41. 根据权利要求38所述的用于邻近相邻结构件制造花键的过程，其中，所述花键是 外花键，并且基于所述刀具的所述刀具锥面夹角、所述部分空间夹角以及所述倾斜角确定 所述旋转切削刀具的大小。
42. -种用于邻近相邻结构件制造花键的过程，该过程包括以下步骤： 固定工件，所述工件中包括沉孔和相邻结构件，所述沉孔包括端部和长度； 使旋转切削刀具相对于所述工件的所述沉孔的所述端部以倾斜角取向； 旋转所述旋转切削刀具； 使所述工件的所述沉孔的所述端部与所述旋转的旋转切削刀具接合； 沿所述沉孔的所述长度从所述工件的所述沉孔的所述端部移动所述旋转的旋转切削 刀具，并且将所述旋转的旋转切削刀具移入所述工件的所述相邻结构件中以形成旋转切削 刀具退刀部；并且 沿所述旋转的旋转切削刀具的所述倾斜角从所述工件的所述相邻结构件收回所述旋 转切削刀具。
43. 根据权利要求38所述的用于邻近相邻结构件制造花键的过程，该过程还包括以下 步骤： 使所述旋转切削刀具返回至初始位置； 使所述工件转位； 重复以下所述步骤：使所述工件的所述沉孔的所述端部与所述旋转的旋转切削刀具接 合；沿所述沉孔的所述长度从所述工件的所述沉孔的所述端部移动所述旋转的旋转切削刀 具，并且将所述旋转的旋转切削刀具移入所述工件的所述相邻结构件中，以形成旋转切削 刀具退刀部；并且，沿所述旋转的旋转切削刀具的所述倾斜角从所述工件的所述相邻结构 件收回所述旋转切削刀具。
44. 根据权利要求42所述的用于邻近相邻结构件制造花键的过程，其中，所述花键是 内花键，所述相邻的结构是沉孔接合面，并且所述旋转切削刀具退刀部以所述倾斜角延伸 至所述沉孔中。
45. 根据权利要求42所述的用于邻近相邻结构件制造花键的过程，其中： 所述花键是内花键； 基于作为部分空间夹角和所述倾斜角的函数的刀具锥面夹角来确定所述旋转切削刀 具的大小； 齿冠半径形成在所述成形直径处以确定所述刀具的第一端，并且所述刀具锥面延伸得 长至足以到达所述花键外，以形成所述刀具的第二端。
【文档编号】B23F21/12GK104279209SQ201110323718
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2011年10月21日 优先权日:2011年5月2日
【发明者】D·E·菲布斯, W·H·哈伊沃德 申请人:费尔菲尔德制造公司