數控機床中球形部件加工工藝的設計

張 佳 ，孫 全

1.沈陽機床進出口有限責任公司（服務部），遼寧沈陽 110141

2.沈陽第一機床廠（總裝三車間），遼寧沈陽 110141

數控機床中球形部件加工工藝的設計

張 佳1，孫 全2

1.沈陽機床進出口有限責任公司（服務部），遼寧沈陽 110141

2.沈陽第一機床廠（總裝三車間），遼寧沈陽 110141

在數控機床的加工過程中，一些不規則的部件總是通過不同的設計和改造，才能有效地加工出適合其要求的部件。本文針對一些球形部件的加工實踐，探討了加工過程中所遇到的這種加工工藝的流程設計與改造技術，為方便和實現不規則的部件的加工提供一定的參考依據。

球面部件；球頭加工；數控機床

在數控機床的加工中，總是會遇到一些不規則的加工部件，這些不規則的零件是很難在普通機床上進行直接的加工，最常用的方法就是利用雙手操作法實現車床上的加工，這樣做不但效率低，而且很難收到高精度的加工要求。所以一些生產廠家通過對機床具體結構進行必要的改造或者增加一些輔助器件來解決這一問題，在保持了機床設備原有用途和技術性能的基礎上，還能很好地完成一些不規則不見的加工，文章結合筆者實際工作針對幾種軸端球頭部件的具體加工進行研究和分析。

1 雙手操作法

在加工過程中最常見的球面加工技術就是雙手操作法，該種方法的加工就是在加工的過程中通過雙手操作中、小拖板，利用雙手的協調動作，將刀尖的運行軌跡運轉成所需要的具體加工曲線，如圖1所示。

圖1 雙手操作示意圖

圖2

1.1 參數的運算

上式中: D表示球頭的直徑，L表示應車削的實際長度，E表示弦心距，d表示具體的軸徑。

1.2 加工的步驟

將部件的外圓車削到直徑和球徑D等同的位置；然后，利用切槽刀切好加工部件所需要的實際長度L；選用雙手的操作法除去兩端長余的部分，盡量讓部件形狀靠近球狀，之后在用帶有一個小圓頭的外圓精車刀進行精車，這個時候車床主軸的轉速一定要選擇最高；最后才是砂紙和銼刀的修光。雙手操作法對于加工者的實際操作技術和經驗有著很高的要求，不過由于加工的效率比較低，加上精度也相比較差，所以只能滿足一些小批量的生產和加工。

2 雙刀旋風銑削軸端球頭

依據球體的性質，在球體上隨機截面都是一個圓，它的圓心就是球心在這個截平面上的實際投影，所以在加工一些球面部件的時候，只要能夠確保銑刀的旋轉中心線和工件的旋轉軸線在同一個平面上，同時還能夠成一定的夾角，在銑削的過程中，銑刀繞他們的中心線進行旋轉主運動，兩個旋轉運動的所形成的包絡線就是球面，兩個旋轉的中心線實際交點就是球心的定位置。因為在實際加工中要考慮到加工的球頭直徑之間的差異，銑刀的夾角和回轉半徑也就不能一樣，所以只要選擇了銑刀回轉半徑和夾角才能確定具體的球面。

2.1 參數的計算

依據實際加工我們可以得出，D刀=Dsinα，sin2α=d/D，

D刀代表銑刀刀尖具體回轉的直徑，在D刀取分別不同的值時，就能根據其所選的數值加工出具體所需的部件，在具體的加工過程中，銑刀刀尖的回轉直徑通常都是選擇計算值較大，這樣能夠防止因為對刀誤差而導致的漏切削。

2.2 在銑床上的實現

將銑刀架安裝在具體的銑床主軸之上，工件安裝在銑床的工作臺上的分度頭或者專門設計的具體的夾具上，按參數D刀，調整好刀具與工件之間的相對位置，并保證兩軸線在同一平面內，因為采用雙銑刀，為了確保對刀的精度，對刀時兩把刀必須與刀架中心對稱并保證等高，否則，由于切削過程中兩把刀運動軌跡不同，加工質量很難保證。

3 利用連桿機構基本原理車削軸端球頭

3.1 車削原理

連桿機構是一種應用十分廣泛的機構.圖3是利用連桿機構基本原理車削球頭的如圖2，圖中滑桿3為主動件，它可以上下移動，帶動回轉桿1和刀架桿2運動，BC段安裝車刀，角度依據實際情況進行調整，C點為刀尖，C點的運動軌跡是以R為半徑，（a，-b）為圓心的圓，當工件再繞自身軸線作旋轉運動時，就能加工出部件。如圖，C點的坐標為Xc=Rcosθ+α,Yc=Rsinθ-b,(Xc-α)2+( Yc+b)2=R2。

3.2 受力分析

鉸鏈A處受到滑桿3施加的垂直方向的力F，將該力沿切向和徑向分解，得Ft=Fcosθ，Fr=Fsinθ，當=90°時，Ft=0，Fr=F，回轉桿1只在Y方向受力，因此在該位置機構很容易卡死。所以，這種連桿機構一般只適用于小于半球的球頭的加工,因為連桿機構制造比較方便，換不同尺寸的桿件就能加工出所需要的球頭，所以解決了大型球頭的制造困難。

4 結論

在沒有專用球面加工設備的情況下，采用這些方法不僅能夠提高生產效率，節約成本，而且球面的形狀和精度都能得到有效的保證。目前國內精密微型軸廠家均采用進口專用球頭磨床來加工，但隨著產品的不斷更新，精密微型軸軸端球頭的尺寸、形狀和精度的要求也不斷變化，許多原有進口設備已不適應新零件的加工，必須自行研究解決。

[1]劉志峰.旋風銑削球面原理及調整參數的分析計算[J].機械制造，2011(8)：17-19.

[2]孫桓.機械原理[M].5版.北京：高等教育出版社，2008.

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1674-6708（2011）50-0197-02