论述如何高质量加工较大成型球面

论述如何高质量加工较大成型球面

张勇张永胜

中国核电工程有限公司北京市100840

摘要：对一台普通的C6140车床进行了适当的改装，采用齿轮齿条传动式车削法进行加工质量要求较高的较大成型球面。齿条用内六角螺钉先固定在中拖板的左侧面，齿轮通过一块自制的连接板与小拖板（含刀架）连接成一体，再通过一块安装板固定到床鞍上，工作时，中拖板在横向进给时，齿条就会随中拖板一起做横向进给运动，从而带动齿轮旋转，与齿轮联为一体的小拖板及刀架此时就做起了圆周进给运动，从而达到车削球面的目的。

关键词：C6140车床齿轮齿条传动式车削法较大成型球面

随着社会的进步，工业发展也越来越迅速，机械自动化在逐步代替着手工劳动，而随着各类机械渐渐向复杂化、多样化发展的趋势，也使得越来越多的工件表面的轮廓线不再是单一的直线，而是由各种曲线组成，如：手柄、手轮和圆球等，这些表面都称为成型面。

成型面的特点：一般的回转成型面通常外形比较简单，常用于车削加工，操作技术灵活、方便，不需要其它的辅助工具，但需要较高的技术水平，通常用于单件、小批量生产，当精度和表面形位要求较高时，需再进行磨削加工；直线成型面较复杂，外成型面的粗加工可用铣削或刨削，精加工则要用磨削和研磨；内成型面的粗加工通常采用铣削或插削，精加工则由钳工修整，某些内成型面也可以采用磨削加工；立体成形面则更加复杂，粗加工只能用铣削，精加工大多采用钳工修整、研磨或抛光。

成型面加工的技术要求：与其它表面类似，成型面的技术要求包括尺寸精度、形位精度和表面质量等，但是，成型面往往是为了实现特定的功能而设计的，因此，表面形状要求非常重要，加工时刀具的切削刃形状和切削运动都应满足表面形状的要求。

成型面的加工方式一般可分为成形刀具加工和利用刀具及工件做相对运动加工。成型面的加工方法有双手控制法、成型法、仿型法和专用工具车成型法。

针对我公司的实际生产现状，我这里主要是论述一种利用刀具和工件做相对运动加工较大成型球面的专用工具

在弹簧支吊架生产过程中，我们经常会遇到如下所示的零件（如下图）：

这种零件的加工难度主要在于SR88.9的半球面的加工，由于该球面的表面粗糙度为Ra1.6，这就给机加工带来了极大的难度，若采用常见的样板比对法进行加工，显然不能达到图示的粗糙度要求，若采用成形刀车削法，会因为切削力过大而不适应，同时其形位公差也无法保证，若采用一般的数控机床加工，则球面顶端部分由于车刀刀头不能旋转，从而会导致球面顶端部分的粗糙度不能达到图纸要求。

针对这种情况，对一台普通的C6140车床进行了适当的改装，采用齿轮齿条传动式车削法，就可以达到图纸要求，该齿轮齿条传动车削球面的基本原理如下：

齿条用内六角螺钉先固定在中拖板的左侧面，齿轮通过一块自制的连接板与小拖板（含刀架）连接成一体，再通过一块安装板固定到床鞍上，工作时，中拖板在横向进给时，齿条就会随中拖板一起做横向进给运动，从而带动齿轮旋转，与齿轮联为一体的小拖板及刀架此时就做起了圆周进给运动，从而达到车削球面的目的。

其齿轮的配套连接示意图如下：

安装时，先缷下刀架和小拖板（连刀架），借着小拖板上的两个原始螺纹孔与连接板相连接，连接板与齿轮用3个内六角螺钉相连接，这样，齿轮与刀架就联成了一体，在工作时可绕锁紧螺栓的中心旋转，这里值得注意的细节就是要减小齿轮转动时的摩擦力，由于齿轮与安装板之间是用锁紧螺栓和螺母进行锁紧的，其锁紧力是相当大的，若不作处理，齿条是很难带动齿轮旋转的，为了能解决这一困难，在设计时特地加大了安装板上的螺栓孔的孔径，为的是填入一个复合轴承（也可用合金隔套代替），轴承的高度要比安装板的厚度大0.2～0.4mm,这样,当锁紧螺栓锁紧时,齿轮和安装板之间就会留有间隙,从而能保证齿轮在工作时能顺利的旋转。

安装时借着中拖板的T形槽内紧固刀架的两个螺钉孔，可用螺钉将齿条固定在中拖板上，接着就可以通过床鞍上的两个螺纹孔把安装板（连着齿轮和刀架）固定上去，安装时应保证齿轮与齿条的间隙要适中。

该套工装在设计和加工过程中应注意以下几点：

1.安装板的中心孔轴线（锁紧螺栓的中心轴线）应与机床主轴垂直相交于O点。

2.工装的总高度应满足对刀要求，即刀尖要能够对准主轴中心，若通过调节垫刀块的厚度仍旧不能满足对刀要求时，可通过改变连接板和安装板的厚度来达到高度要求。

3.复合轴承的高度应略大于安装板的厚度，这样，可减少齿轮旋转时的摩擦力，同时也有利于螺母的锁紧。

4.齿轮安装时，应保证其与齿条的间隙要适中，若间隙太大或是太小，可以把安装板上两端的孔加工成腰形孔，从而有利于齿轮与齿条间隙的调整。

工作时，中拖板作横向进给，由齿条带动齿轮转动，即形成了车刀的圆弧进给运动，刀尖到O点的距离即为球面的半径SR。当然，如果改变齿轮转过的角度（齿轮与齿条安装时就应该把位置初步调整到位），同时调整好车刀的安装位置，就可以利用该套装置来加工零件外圆的圆弧面和端面的内圆弧面了。

该套工装设计原理清晰，制造时间短，成本低，安装时也不需要破坏机床的结构，通过实际的生产论证，该套工装加工出的球面完全能达到Ra1.6的要求，而且表面十分均匀，同时也能充分保证其形状公差，就连一般的数控车床也很难达到这样的效果!

参考文献

[1]张维纪：《车工实用手册》，浙江大学技术出版社，1997.

[2]陈家芳：《车工计算手册》，机械工业出版社，

[3]陈永镇、侯祖龄、周天祥：《车工实践》，上海科学技术出版社，1988