內(nèi)球面車削工具的研制

摘 要：在普通車床上車削球面工件，一般加工方法是：直徑小的或精度不高的圓弧面可用成形車刀或用半圓弧車刀雙手控制法車削。用成形刀加工時(shí)由于刀頭太寬，加上刀頭的圓刃難以磨出準(zhǔn)確的圓度、刀刃與工件接觸面大、容易產(chǎn)生振動(dòng)、尺寸精度難保證。雙手控制法更由于雙手走刀動(dòng)作難以協(xié)調(diào)，時(shí)快時(shí)慢，使刀尖走過的軌跡與球面要求的圓度難以相符，表面凹凸不平，表面粗糙度達(dá)不到要求。對于精度要求高的圓弧及球面，特別是較大的圓弧表面工件，以上加工方法是不理想的。如果設(shè)備條件充足，最理想是利用數(shù)控車床加工。但一些小型工廠設(shè)備簡陋，缺乏高精設(shè)備，只能考慮在普通車床上采用專用工具加工。專用工具加工圓球、圓弧的方法很多，根據(jù)產(chǎn)品加工的需要，作者設(shè)計(jì)制作了一套內(nèi)球面車削工具，用作加工帶內(nèi)球面的工件。文章主要介紹車削工具的研制及如何在普通車床上加工進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：大圓弧球面工件；內(nèi)球面車削工具；車刀

前言

經(jīng)過參閱大量的技術(shù)書籍，作者設(shè)計(jì)了內(nèi)球面車削工具制作方案：擬采用連桿可調(diào)節(jié)式結(jié)構(gòu)原理制作，特點(diǎn)是操作簡單，裝夾方便，有較大的半徑調(diào)節(jié)范圍，通用性強(qiáng)，效果好，能用于批量生產(chǎn)。在試制過程中又考慮到工件材料強(qiáng)度雖然不高，但塑性和韌性大，存在切削加工性能較差，加工硬化趨勢強(qiáng)烈，切削負(fù)荷大，導(dǎo)熱性差等問題，分析了加工時(shí)熱量易集中在切削刃上，產(chǎn)生積屑瘤，使刀具出現(xiàn)磨損加劇情況，刀具也作了一些改進(jìn)。對加工的主要難點(diǎn)如精度要求高，表面粗糙度難控制，加工質(zhì)量不容易保證的問題探索，擬出最佳的切削用量。具體研制過程如下：確定研制方案——查閱相關(guān)資料——繪制圖樣——零件加工——裝配——實(shí)物試驗(yàn)——改進(jìn)完善——投放生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)及產(chǎn)品加工中。文章主要介紹在普通車床上如何使用內(nèi)球面切削工具進(jìn)行加工。

圖1 內(nèi)球面車削工具

1 問題的提出

工件原來是在普通車床上車削加工，在精加工時(shí)要求一次完成及內(nèi)球面的車削，在加工過程中很難控制表面粗糙度。根據(jù)普通車床的加工特點(diǎn)，刀桿不能伸出太長，否則剛性不足，強(qiáng)度降低，在加工過程中用兩手來控制，利用大滑板和中滑板來控制，或者利用中滑板和小滑板來控制進(jìn)行切削。使用雙手縱橫聯(lián)合進(jìn)刀加工方法，不僅效率低，質(zhì)量也不容易保證。孔壁的表面粗糙度值很難控制，對操作者的操作技能要求很高，質(zhì)量很難達(dá)到要求，也難以適應(yīng)大批量生產(chǎn)。經(jīng)過研究探索設(shè)計(jì)制作了專用加工工具進(jìn)行車削解決生產(chǎn)中的技術(shù)問題。

隨著科學(xué)技術(shù)水平不斷發(fā)展，先進(jìn)的加工設(shè)備日益增多，車削內(nèi)球面也不難，如在數(shù)控車床上進(jìn)行車削，尺寸精度及圓度都容易控制，效率又快又好，編程中只需知道大徑或小徑及R半徑值就可以車削出來了。而目前我們在很多小企業(yè)是沒有數(shù)控車床的。為了滿足生產(chǎn)的需要，使工件加工質(zhì)量保持穩(wěn)定，提高生產(chǎn)效率，解決沒有數(shù)控車床加工內(nèi)球面的不足，設(shè)計(jì)了車削端面內(nèi)球面的專用刀具，可在普通車床上進(jìn)行端面內(nèi)球面的切削加工。

2 工具的設(shè)計(jì)

按照工件的深度和內(nèi)圓R直徑，根據(jù)連桿機(jī)構(gòu)的原理，設(shè)計(jì)的車削端面內(nèi)球面專用刀具如圖1所示。

如圖2所示，車削內(nèi)球面的專用刀具主要由壓刀螺釘，推桿，推桿座，圓柱銷，左螺桿，螺母，調(diào)整螺母，右螺桿，錐柄，車刀，平鍵等組成。圓柱銷4的一端是滑桿座3，它緊固在刀架上，滑桿2可在滑桿座3內(nèi)滑動(dòng)，孔內(nèi)以平鍵13定位，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，圓柱銷10的一端是莫氏錐柄11固定在尾座中，兩圓柱銷的中心距為內(nèi)球面的加工尺寸R，旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母7使其螺孔內(nèi)左螺桿和右螺桿9作相反方向移動(dòng)，從而改變中心距的長短，以適應(yīng)加工各類不同尺寸的內(nèi)球面。

為了避免在車削內(nèi)球面過程中，連桿機(jī)構(gòu)出現(xiàn)死點(diǎn)，在組裝專用刀具時(shí)應(yīng)將旋轉(zhuǎn)體向前移動(dòng)一個(gè)角度。

工件應(yīng)進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力處理，經(jīng)粗、精車內(nèi)端面孔，外圓后。將專用刀具安裝上，利用推桿座固定在車床的刀架上，連接莫氏錐柄固定在車床的尾座上，調(diào)整其兩個(gè)左右螺桿的中心距為內(nèi)球面的加工尺寸R。加工時(shí)，中滑板作橫向移動(dòng)，通過推桿作軸向移動(dòng)，帶動(dòng)連桿旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)車刀切削出內(nèi)球面，需要調(diào)節(jié)內(nèi)球面中心和球面深度時(shí)，使尾座套筒前伸或后移，若需要改變內(nèi)球面半徑時(shí)，可增大或縮小調(diào)節(jié)左右螺桿及調(diào)整車刀的伸出長度。

3 刀具的選擇

設(shè)計(jì)專用刀具應(yīng)考慮能使切屑順利排出，盡量提高刀桿的強(qiáng)度和剛度，避免加工過程中刀桿的振動(dòng)，確保加工精度，并實(shí)現(xiàn)刀具的移動(dòng)，達(dá)到車削內(nèi)球面的功能。

車削時(shí)，刀具的選擇，我們平時(shí)在車削圓弧時(shí)，基本上都是用圓頭車刀來進(jìn)行車削，很少用尖刀或螺紋車刀來進(jìn)行車削，選擇這些刀具來進(jìn)行車削，對操作者的技術(shù)要求很高，需要用左右手同時(shí)作縱向進(jìn)刀和橫向進(jìn)刀。而作者使用了內(nèi)球面車削工具后，除了圓頭車刀外，還可以使用尖刀及螺紋車刀來進(jìn)行車削。使內(nèi)球面表面粗糙度值能夠達(dá)到要求。

車削時(shí)，在工件右端面進(jìn)行對刀，可以控制內(nèi)球面的尺寸。為避免切屑成帶狀纏繞在車刀上，拉傷孔壁，根據(jù)精車時(shí)的切削用量在車刀上磨出合適的斷屑槽，控制斷屑效果。用高速鋼車刀時(shí)，應(yīng)加充足的切削液。

圖2 內(nèi)球面車削工具加工原理圖

精車時(shí)車刀要保持鋒利，增強(qiáng)刀頭的強(qiáng)度，改善散熱條件，減小摩擦和由此而引起的加工硬化趨勢，車刀還應(yīng)具有合理的切削角度。加工時(shí)隨時(shí)觀察切屑的形狀和顏色，注意排屑的情況，以及加工時(shí)刀具在孔中發(fā)出的聲響，用手觸摸刀桿觀察其振動(dòng)情況。如出現(xiàn)反?，F(xiàn)象，應(yīng)立即進(jìn)行檢查，并采取措施予以解決。

4 合理的切削用量

選取合適的切削用量是車削質(zhì)量的保證，刀具要保證排屑順暢才有好的車削效果。粗加工時(shí)切削速度不宜過快，以免產(chǎn)生振動(dòng)，可使用鋒利的高速鋼車刀，加充足的切削液進(jìn)行，精加工時(shí)換硬質(zhì)合金車刀，切削速度可選高些。

5 使用效果

用此方法車削的內(nèi)圓弧球面精度準(zhǔn)確，由于是利用車床中拖板的手柄自動(dòng)進(jìn)給，粗、精車加工選擇不同的進(jìn)給量，走刀均勻，刀紋細(xì)膩，球面表面粗糙度Ra值達(dá)3.2μm以上。

6 結(jié)束語

在普通車床上通過專用工具，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)球面的車削，不僅生產(chǎn)效率提高，加工成本降低，而且加工質(zhì)量可以得到保證。

內(nèi)球面加工工具結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，加工尺寸可以調(diào)節(jié)，適用范圍較大。其特點(diǎn)是制造容易，拆裝方便，操作簡單。最適宜批量加工特殊形面工件。由于制作了這套教具，本校車工專業(yè)中級(jí)、高級(jí)、技師班的實(shí)習(xí)課能夠增加了這方面內(nèi)容教學(xué)。

“車削內(nèi)球面工具”作為教具進(jìn)行實(shí)習(xí)教學(xué)，又可作為工具加工產(chǎn)品時(shí)使用。已在本校車工專業(yè)作為實(shí)用性工具、教具。由于結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，操作方便，有一定的推廣使用價(jià)值，也可作為解決類似問題提供參考。由于研制者水平所限，工夾具難免存在一些不足，如剛性稍差等問題，有待進(jìn)一步改進(jìn)和完善。

在車工生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)工作中，為了促使學(xué)生理論結(jié)合實(shí)踐，致力培養(yǎng)和提高學(xué)生整體操作技能和應(yīng)變能力，根據(jù)教學(xué)改革的需要，作為技工學(xué)校，培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)具備掌握全面技能及解決生產(chǎn)實(shí)際的能力，目前教材及教學(xué)大綱內(nèi)容比較單一。把工輔具的研制技能也作為一項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容，目的是提高學(xué)生整體操作技能及應(yīng)變能力，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造性思維。作為實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，技能的傳播者，一定要多想辦法，多動(dòng)腦筋，發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性，才能把專業(yè)實(shí)習(xí)課搞得更活，培養(yǎng)更多適應(yīng)市場需求的人才。通過實(shí)踐，收到較好的效果。

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