數(shù)控車床改造為車銑一體車床的研究

應(yīng)方直

（永和流體智控股份有限公司，臺州 317606）

數(shù)控車床改造為車銑一體車床的研究

應(yīng)方直

（永和流體智控股份有限公司，臺州 317606）

根據(jù)正多邊形回轉(zhuǎn)切削原理，分析銑正多邊形數(shù)控車床的優(yōu)缺點(diǎn)，介紹將數(shù)控車床改造成能一次性車和銑的車床方法。工件只需一次裝夾，一次性加工完成，既保證加工精度，又節(jié)約工藝成本。

正多邊形數(shù)控車床車銑一體一次裝夾

隨著閥門行業(yè)的迅速發(fā)展，閥門早已不局限于簡簡單單的普通球閥結(jié)構(gòu)，各種復(fù)雜、高精密的閥門已逐漸成為市場的新星。但是，如何進(jìn)行加工，既不投入昂貴的設(shè)備（如加工中心），又不增加工藝成本，又需保證其加工精度（產(chǎn)品質(zhì)量），對于小企業(yè)來說是個難題。

筆者單位有一款截止閥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，閥體一端需車削外圓、內(nèi)孔、外槽、外正六邊形，六邊形與外圓的同軸度為φ0.05。要達(dá)到此精度，產(chǎn)品必須一次裝夾、一次性加工完成，不可進(jìn)行二次裝夾加工。在沒有加工中心的情況下，普通數(shù)控車床根本無法加工。因此，要想節(jié)約成本，保證一次加工完成，必須將數(shù)控車床改造成為能車削能銑多邊形的車銑一體車床，才能滿足產(chǎn)品的加工方式。

1正多邊形切削原理

多邊形工件通常都是用銑削或刨削的方式進(jìn)行加工成形的，加工時要借助分度盤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)分度，依次將工件的各個面加工完成［1］。但是，這種最原始的加工方式效率并不是很高。因此，通過機(jī)械專家們的研究，發(fā)展了一種高效的多邊形車削法。采用這種方法只需要將車床稍加改造，就可以對工件進(jìn)行連續(xù)分度加工。車床結(jié)構(gòu)稍微更改，并增加一副工裝，使刀具與工件沿同一方向旋轉(zhuǎn)，并且車刀轉(zhuǎn)速是工件轉(zhuǎn)速的n倍（n為整數(shù)），就能在工件上切削出多邊形輪廓。例如：取n=2，在刀盤圓周上等距離地安裝三把車刀，如圖1所示，可以車削出正六邊形；若只安裝一把車刀，轉(zhuǎn)速比n=3，可以得到三角形。通過調(diào)整刀具與工件的轉(zhuǎn)速比n以及刀具的數(shù)量，就可以得到任意多邊形結(jié)構(gòu)。但是，這種加工方法加工出的型面近似。由于刀具跟著刀盤繞其自身軸線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，因此工件上被加工的邊并不是真正的直線，而是稍微凹向工件中心的凹形圓弧，且刀具回轉(zhuǎn)半徑越小，凹形越嚴(yán)重。調(diào)整刀盤與工件的中心距、刀尖回轉(zhuǎn)半徑，可以有效減小正多邊形直線度誤差。通過專家的一系列仿真研究與分析，發(fā)現(xiàn)此車削方法精度較高，直線度誤差值約為 0.002～0.01mm。所以，我們就可以將這種車削方式用來代替銑削方式。

2多邊形車銑一體數(shù)控車床結(jié)構(gòu)的設(shè)計

通過對市場上專門車削多邊形數(shù)控車床的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)如下：車床主軸與刀盤并非同一個輸出動力控制，采用的是兩個電機(jī)作為動力。與刀盤連接的裝置通常為普通電機(jī)與變頻器，這種配置的缺點(diǎn)是兩臺電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速不同步，轉(zhuǎn)速比無法達(dá)到整數(shù)，導(dǎo)致車削出來的多邊形會稍微不規(guī)則。當(dāng)然，也有驅(qū)動器與伺服電機(jī)作為配置的，但是這種精度較高的配置價格，相對來說比較昂貴。

經(jīng)過對一些機(jī)械技術(shù)資料進(jìn)行查閱，發(fā)現(xiàn)90年代已有CA6140普車改造成銑多邊形車床的案例，如圖2所示。

圖1刀盤圓周上等距離地裝三把車刀示意圖［2］

圖2　變速機(jī)構(gòu)運(yùn)動示意圖［3］

機(jī)構(gòu)原理：刀盤安裝在車床主軸，輸出動力為車床本身自帶的電機(jī)，通過萬向節(jié)連接小齒輪，中間的齒輪作為換向用，與大齒輪嚙合傳輸動力，大齒輪端連接三爪卡盤，裝夾工件。該裝置采用一個輸出動力，通過齒輪齒數(shù)之比作為變速條件，實現(xiàn)車削不同形狀。

結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：輸出動力唯一，保證了刀盤與工件轉(zhuǎn)速比的準(zhǔn)確性；通過更換齒輪，可以改變轉(zhuǎn)速比。

結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：刀盤安裝在主軸上，導(dǎo)致只能車削多邊形；其他刀具無安裝位置，無法進(jìn)行其他車削功能。

通過幾種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)對比，將其優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，再加上一些新型的機(jī)械配置，最終確定了車床改造方案，如圖3所示。

方案及原理：為保證輸出動力的一致，轉(zhuǎn)速比達(dá)到整數(shù)比，采用一個電機(jī)，通過同步帶來傳輸動力。為保證達(dá)到車銑一體的效果，采用電磁離合器作為連接與切斷刀盤選擇動力的裝置。工件安裝在主軸上，通過數(shù)控程序的編制，在進(jìn)行車削加工時斷開離合器，刀盤不進(jìn)行轉(zhuǎn)動，主軸旋轉(zhuǎn)，電動刀架進(jìn)行旋轉(zhuǎn)選擇刀具。根據(jù)程序，車床滑軌前后進(jìn)給進(jìn)行一般的車削加工。在需要銑多邊形時，離合器進(jìn)行工作，傳輸動力。與傳統(tǒng)方法一樣，同樣使用萬向節(jié)連接至從動軸上的大帶輪，再連接至動力頭端的小帶輪，通過改變大小同步帶輪的直徑比來改變工件與刀盤的轉(zhuǎn)速比。動力頭另一端則安裝刀盤，主軸與刀盤一起旋轉(zhuǎn)即可進(jìn)行多邊形車削加工。當(dāng)然，可以根據(jù)需加工的多邊形形狀來確定刀盤的分度情況以及刀具的數(shù)量。為了使其多邊形的端面都在同一平面，安裝刀具時要把相應(yīng)的幾把刀上的刀面安裝在同一平面內(nèi)，這時可通過調(diào)節(jié)刀具伸出刀盤的高度達(dá)到要求。此外，如果切削加工余量大或材料硬度高的工件時，可用多次走刀完成銑削工作。

圖3車銑一體數(shù)控車床結(jié)構(gòu)示意圖

3結(jié)束語

傳統(tǒng)的數(shù)控車床只能加工回轉(zhuǎn)面，經(jīng)過改造成為車銑一體的數(shù)控車床后，解決了單位加工特殊產(chǎn)品的疑難問題。工件只需裝夾一次，就可一次性加工外圓、內(nèi)孔及正多邊形等，既保證了產(chǎn)品的精度要求，又節(jié)約了工藝成本。此外，它可單獨(dú)加工正多邊形零件，速度快，操作簡單，尤其是在機(jī)械加工行業(yè)一次性加工復(fù)雜多變形零配件時。該設(shè)備改造成本低，制造容易，適合推廣至市場進(jìn)行批量生產(chǎn)，可以有效解決金屬加工行業(yè)大部分中小型企業(yè)的加工難題。

［1］張益方.多邊形工件車削加工的研究［J］.上海第二工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1988，（1）.

［2］徐軍.正多邊形型面的車削加工［J］.磚瓦，2000，（6）：22.

［3］侯伯強(qiáng).多邊形車床的切削原理與加工方法［J］.機(jī)械設(shè)計，1993，（2）：51-53.

［4］胡昌軍，錢瑞明，史雷.基于回轉(zhuǎn)車床的正多面體車削及刀尖軌跡仿［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2009，（12）：255-260.

Study on the Transformation of CNC Lathes Milling Integral Lathe

YING Fangzhi
（Yonghe fluid intelligence control Limited by Share Ltd，Taizhou 317606）

According to the principle of regular polygon rotary cutting，the advantages and disadvantages of the CNC milling machine areanalyzed.Theworkpieceonlyneedoneclamping，onetime processingiscompleted，whichnotonlyensuresthemachining accuracy，but also saves the processing cost.

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