內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。用成形刀加工時由于刀頭太寬，加上刀頭的圓刃難以磨出準確的圓度、刀刃與工件接觸面大、容易產生振動、尺寸精度難保證。雙手控制法更由于雙手走刀動作難以協調，時快時慢，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。如果設備條件充足，最理想是利用數控車床加工。但一些小型工廠設備簡陋，缺乏高精設備，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，根據產品加工的需要，作者設計制作了一套內球面車削工具，用作加工帶內球面的工件。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行論述。

關鍵詞：大圓弧球面工件；內球面車削工具；車刀

前言

經過參閱大量的技術書籍，作者設計了內球面車削工具制作方案：擬采用連桿可調節式結構原理制作，特點是操作簡單，裝夾方便，有較大的半徑調節范圍，通用性強，效果好，能用于批量生產。在試制過程中又考慮到工件材料強度雖然不高，但塑性和韌性大，存在切削加工性能較差，加工硬化趨勢強烈，切削負荷大，導熱性差等問題，分析了加工時熱量易集中在切削刃上，產生積屑瘤，使刀具出現磨損加劇情況，刀具也作了一些改進。對加工的主要難點如精度要求高，表面粗糙度難控制，加工質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——查閱相關資料——繪制圖樣——零件加工——裝配——實物試驗——改進完善——投放生產實習教學及產品加工中。文章主要介紹在普通車床上如何使用內球面切削工具進行加工。

圖1 內球面車削工具

1 問題的提出

工件原來是在普通車床上車削加工，在精加工時要求一次完成及內球面的車削，在加工過程中很難控制表面粗糙度。根據普通車床的加工特點，刀桿不能伸出太長，否則剛性不足，強度降低，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行切削。使用雙手縱橫聯合進刀加工方法，不僅效率低，質量也不容易保證。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，質量很難達到要求，也難以適應大批量生產。經過研究探索設計制作了專用加工工具進行車削解決生產中的技術問題。

隨著科學技術水平不斷發展，先進的加工設備日益增多，車削內球面也不難，如在數控車床上進行車削，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是沒有數控車床的。為了滿足生產的需要，使工件加工質量保持穩定，提高生產效率，解決沒有數控車床加工內球面的不足，設計了車削端面內球面的專用刀具，可在普通車床上進行端面內球面的切削加工。

2 工具的設計

按照工件的深度和內圓R直徑，根據連桿機構的原理，設計的車削端面內球面專用刀具如圖1所示。

如圖2所示，車削內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內滑動，孔內以平鍵13定位，不能轉動，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球面的加工尺寸R，旋轉調整螺母7使其螺孔內左螺桿和右螺桿9作相反方向移動，從而改變中心距的長短，以適應加工各類不同尺寸的內球面。

為了避免在車削內球面過程中，連桿機構出現死點，在組裝專用刀具時應將旋轉體向前移動一個角度。

工件應進行消除內應力處理，經粗、精車內端面孔，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，調整其兩個左右螺桿的中心距為內球面的加工尺寸R。加工時，中滑板作橫向移動，通過推桿作軸向移動，帶動連桿旋轉，從而帶動車刀切削出內球面，需要調節內球面中心和球面深度時，使尾座套筒前伸或后移，若需要改變內球面半徑時，可增大或縮小調節左右螺桿及調整車刀的伸出長度。

3 刀具的選擇

設計專用刀具應考慮能使切屑順利排出，盡量提高刀桿的強度和剛度，避免加工過程中刀桿的振動，確保加工精度，并實現刀具的移動，達到車削內球面的功能。

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

車削時，在工件右端面進行對刀，可以控制內球面的尺寸。為避免切屑成帶狀纏繞在車刀上，拉傷孔壁，根據精車時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，應加充足的切削液。

圖2 內球面車削工具加工原理圖

精車時車刀要保持鋒利，增強刀頭的強度，改善散熱條件，減小摩擦和由此而引起的加工硬化趨勢，車刀還應具有合理的切削角度。加工時隨時觀察切屑的形狀和顏色，注意排屑的情況，以及加工時刀具在孔中發出的聲響，用手觸摸刀桿觀察其振動情況。如出現反常現象，應立即進行檢查，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。粗加工時切削速度不宜過快，以免產生振動，可使用鋒利的高速鋼車刀，加充足的切削液進行，精加工時換硬質合金車刀，切削速度可選高些。

5 使用效果

用此方法車削的內圓弧球面精度準確，由于是利用車床中拖板的手柄自動進給，粗、精車加工選擇不同的進給量，走刀均勻，刀紋細膩，球面表面粗糙度Ra值達3.2μm以上。

6 結束語

在普通車床上通過專用工具，實現了內球面的車削，不僅生產效率提高，加工成本降低，而且加工質量可以得到保證。

內球面加工工具結構簡單，使用方便，加工尺寸可以調節，適用范圍較大。其特點是制造容易，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，本校車工專業中級、高級、技師班的實習課能夠增加了這方面內容教學。

“車削內球面工具”作為教具進行實習教學，又可作為工具加工產品時使用。已在本校車工專業作為實用性工具、教具。由于結構簡單，制造容易，操作方便，有一定的推廣使用價值，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，有待進一步改進和完善。

在車工生產實習教學工作中，為了促使學生理論結合實踐，致力培養和提高學生整體操作技能和應變能力，根據教學改革的需要，作為技工學校，培養的學生應具備掌握全面技能及解決生產實際的能力，目前教材及教學大綱內容比較單一。把工輔具的研制技能也作為一項教學內容，目的是提高學生整體操作技能及應變能力，培養學習者的創造性思維。作為實習指導教師，技能的傳播者，一定要多想辦法，多動腦筋，發揮自己的主觀能動性，才能把專業實習課搞得更活，培養更多適應市場需求的人才。通過實踐，收到較好的效果。

參考文獻

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[2]車工技能訓練（第四版）[M].中國勞動出版社.

[3]上海柴油機廠工藝設備研究所.金屬切削機床夾具設計手冊[M].機械工業出版社，1984.