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一種利用普通車床加工球面的車刀工裝設(shè)計(jì)

2024-8-23 來(lái)源：云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院作者：高關(guān)勝

［摘要］普通車床不能自動(dòng)控制車刀的走刀軌跡，加工球面難度較大。文章介紹一種在普通車床上加工球面的車刀工裝夾具，保證普通車床加工球面的精度。

［關(guān)鍵詞］球面；工裝設(shè)計(jì) ；普通車床

0 引言

隨著社會(huì)需求的不斷提高，機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，加工難度越來(lái)越大。特別是復(fù)雜曲面的加工，基本上都需要使用數(shù)控機(jī)床。對(duì)于球面的加工，采用普通車床，可以減少高端設(shè)備的投入，降低加工成本，但是存在效率、精度低、操作繁瑣等缺點(diǎn)。為了解決這些問題，設(shè)計(jì)了一種利用普通車床加工球面的車刀工裝。

1、普通車床加工球面的方法

（1）手動(dòng)車削法。兩手配合，搖動(dòng)車床大拖板和中拖板的進(jìn)給手柄，車削出圓弧的大致形狀。然后用樣板檢驗(yàn)圓弧，修整不符合尺寸要求的地方，直至達(dá)到尺寸要求。該方法加工精度低，加工出的球面圓度誤差一般大于 0.5mm，無(wú)法滿足零件質(zhì)量要求。同時(shí)加工質(zhì)量靠操作人員的技術(shù)和手感控制，加工效率低，僅適合單件加工。

（2）靠模車削法。車床中拖板的進(jìn)給由靠模實(shí)現(xiàn)，這種加工方法優(yōu)點(diǎn)是加工精度和效率較高，缺點(diǎn)是半徑較小的圓弧不易加工，不能加工半球面以上的球面。由于產(chǎn)品精度全靠模板精度來(lái)保證，模板在使用過程中，容易磨損，而且磨損量不均勻，因此產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。同時(shí)，模板安裝需改變機(jī)床機(jī)構(gòu)。因此，在大批量生產(chǎn)時(shí)，這種方法也不宜采用。

（3）成型刀車削法。對(duì)于小直徑球面加工，這種加工方法能保證表面粗糙度和尺寸精度。加工半徑較大的球面時(shí)，由于成型車刀的刀刃較寬，切削抗力較大，易產(chǎn)生振動(dòng)。因此，其加工精度和表面粗糙度都較低。

針對(duì)以上加工方法存在的缺陷，設(shè)計(jì)一套加工球面的專用車刀工裝。該工裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用和維護(hù)方便，不但能保證產(chǎn)品的加工精度，而且產(chǎn)品的質(zhì)量也很穩(wěn)定，能保證了產(chǎn)品的互換性。

2、普通車床使用的球面切削工裝的設(shè)計(jì)

2.1　設(shè)計(jì)原理

球面工件的車削運(yùn)動(dòng)，可分解為工件以主軸軸線為中心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具以主軸軸線上一點(diǎn)為中心的圓周運(yùn)動(dòng)。工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由主軸帶動(dòng)，比較容易實(shí)現(xiàn)。文章設(shè)計(jì)的工裝解決刀具以主軸軸線上一點(diǎn)為中心的圓周運(yùn)動(dòng)。

2.2　設(shè)計(jì)目的

（1）確保加工精度。工裝的使用，對(duì)加工人員技術(shù)要求降低，不需要通過經(jīng)驗(yàn)去控制刀具做圓周運(yùn)動(dòng)。通過工裝即可讓刀具做標(biāo)準(zhǔn)的圓周運(yùn)動(dòng)，提高加工精度。

（2）提高加工效率。工裝的使用，使加工操作簡(jiǎn)化，減少加工輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)力。

（3）增強(qiáng)安全性。工裝的使用，可以使加工球面時(shí)，操作簡(jiǎn)單方便，避免因操作不當(dāng)造成的意外傷害。

（4）提高經(jīng)濟(jì)效益。工裝的使用，可以減少加工過程的人工投入和時(shí)間成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.3　設(shè)計(jì)思路

根據(jù)工裝設(shè)計(jì)的目的，以及機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的理念，工裝的設(shè)計(jì)要達(dá)到以下要求 :

①工裝整體結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單，要求工裝零部件加工工藝性好、工裝整體裝配簡(jiǎn)單。②工裝便于調(diào)節(jié)，能調(diào)節(jié)刀片位置，加工不同尺寸的球面。③工裝能安裝在車床刀架上，減少換刀的操作。

2.4　工裝結(jié)構(gòu)

該車刀工裝采用中望3D 繪圖軟件建模，設(shè)計(jì)的主體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

（1）刀桿。刀桿整體呈 L 形，如圖2所示，材料為不銹鋼板材，首先在銑床上加工出 L 形，根據(jù)刀片尺寸在銑床上銑出刀槽，刀槽用于安裝刀片，通過螺釘緊固刀片；腰槽用于刀桿和刀桿固定座連接，可以根據(jù)所加工球面尺寸調(diào)節(jié)刀片位置。如圖1所示，當(dāng)加工尺寸較大的球面時(shí)可將刀桿往上調(diào)，刀片就遠(yuǎn)離工裝中心，刀片轉(zhuǎn)動(dòng)圓周半徑變大，反之加工小球面時(shí)，刀桿往下調(diào)。

1.鎖緊螺母；2.把手；3.銷釘；4.套筒；5.心軸；6.滾動(dòng)軸承；7.刀桿固定座；8.刀桿固定螺釘；9.刀桿；10.刀片；11.刀片固定螺釘

圖1 車刀工裝結(jié)構(gòu)

1.腰槽；2.刀槽

圖2 刀桿

（2）刀桿固定座。整體呈圓柱形，如圖3所示，材料為不銹鋼棒材，在銑床上加工出刀桿槽，刀桿槽用于裝刀桿；心軸孔用于連接心軸。

1.刀桿槽；2.心軸孔

圖3 刀桿固定座

（3）心軸。心軸是一根典型的階梯軸，如圖4所示，材料為不銹鋼棒材，大端通過過盈配合與刀桿固定座連接，中段上通過滾動(dòng)軸承裝上套筒。小端上裝把手，通過鍵限制把手的周向運(yùn)動(dòng)，用螺母鎖緊。

1.大端；2.中段；3.鍵槽；4.螺紋

圖4 心軸

（4）套筒。整體呈圓柱形，如圖5所示，材料為不銹鋼棒材，中心鉆出通孔，用于穿過心軸，兩端有臺(tái)階孔，用于安裝軸承，槽用于安裝固定板。

1.軸承孔；2.螺釘孔；3.槽

圖5 套筒

（5）固定板。整體為長(zhǎng)方體，如圖6所示，通過螺釘和套筒連接為一體，通過固定板和刀架連接，從而使整個(gè)車刀工裝裝夾在車床刀架上。

圖6 固定板

（6）把手。如圖7所示，安裝在心軸上，通過鍵和螺母鎖緊，通過轉(zhuǎn)動(dòng)把手帶動(dòng)刀具做圓周運(yùn)動(dòng)。

圖7 把手

2.5　工裝運(yùn)動(dòng)原理

如圖8所示，調(diào)節(jié)好刀桿位置，通過緊固螺釘將車刀工裝安裝在車床刀架上，加工球面時(shí)，手握、轉(zhuǎn)動(dòng)工裝把手。通過心軸帶動(dòng)刀桿固定座和刀桿轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)刀片繞著工裝中心線做圓周運(yùn)動(dòng)，從而加工出球面形狀。

1.車床刀架；2.緊固螺釘；3.把手；4.心軸；5.套筒；6.固定板；7.刀桿固定座；8.刀桿；9.刀片；10.工裝中心線

圖8 車刀工裝裝夾圖

3、結(jié)束語(yǔ)

此款車刀工裝，可以在普通車床上加工出球面，簡(jiǎn)化了加工過程的操作，既能保證加工質(zhì)量，又能提高生產(chǎn)力。工裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工工藝性好、成本低，可以直接安裝在車床刀架上，不需要更換車床其他零部件就能使用，比較實(shí)用。

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