銑削圓弧面和球面案例分析

■ 中車北京南口機械有限公司 （102202） 鄭文虎 張明杰

1. 用飛刀銑削較大半徑圓弧面

要加工較大半徑（幾十毫米到幾萬毫米）的內、外圓弧面時，可在立式銑床上把立銑頭扳轉一個角度α，用飛刀進行銑削，如圖1所示。但在銑削外圓弧面時，工件圓弧半徑R受到刀具旋轉半徑r及工件長度的限制，只能銑削較短的工件。

圖1

當銑頭主軸中心線垂直于銑床工作臺面時，即α=0°，走刀銑出的已加工表面為一平面（即R無窮大）。當α≠0°時，所銑出的表面為內或外圓弧面。圓弧面半徑的大小，與銑頭所扳角成反比。銑床立銑頭傾斜角α的計算公式為

式中，α為立銑頭主軸傾斜角（°）； R為工件圓弧半徑（m m）；r為飛刀旋轉半徑（mm）。

2. 用小直徑刀盤和回轉工件臺銑削大直徑球面

在生產中有時遇到球徑d＞300mm的外球面，其加工精度和表面質量要求較高。為此，可在臥式銑床上，把工件安裝在回轉工作臺上，采用刀盤進行銑削和滾壓加工，如圖2所示。

圖2 銑削大球徑球面1.工件 2.刀頭 3.刀盤

（1）銑削球面原理：在銑削球面時，只要使盤形銑刀和工件同時旋轉，并使它們的旋轉中心相交于球心，銑刀刀尖在工件所形成的軌跡就是球面的一部分。只要工件旋轉一周，工件表面就是一個球面。

（2）工件的安裝和銑刀直徑的選擇：把圖2所示的工件1和回轉工作臺一起安裝銑床工作臺上，并找正工件中心與回轉工作臺中心同軸，用萬向聯軸節把回轉工作臺傳動軸與銑床光杠傳動齒輪軸連接，通過銑床光杠傳動，帶動回轉工作臺旋轉，形成銑削時的進給運動。刀盤刀尖的旋轉直徑D應大于球面寬度B，一般D=（B+10）mm。

（3）銑削方法：工件在回轉工作臺上安裝好后，首先移動銑床縱向和升降工作臺的位置，使刀具旋轉中心線和工件球面中心相重合，其方法可采用劃線和試切法，直到銑出的刀紋為交叉網狀紋。銑削用量，在粗銑時，vc=100～150m/min，vf=50～100mm/min，ap=2～4mm；在精車時，vc=150～180m/min，vf=30～60mm/min，ap=0.5mm左右。此時工件球面的表面粗糙度值可達Ra=3.2μm。

（4）球面的滾壓加工：為了使球面表面粗糙度值達到Ra=1.6～0.8μm，可采用圖3所示的滾壓工具，把它安裝在刀盤上，對球面進行滾壓。滾壓時，使滾珠1與球面接觸后，在橫向進刀0.05～0.08mm，使其滾珠對工件有一定壓力。這時vc=50～80m/min，vf=25～30mm/min，并在工件表面涂上潤滑油，對球面進行滾壓。

3. 用回轉工作臺和刀盤銑削截球面

圖4所示為大直徑截球面工件。銑削前，先將粗車好的工件頂面劃一以工件中心的圓線，其尺寸為圖樣要求的直徑。然后在工件毛坯外圓上劃一條垂直于銑刀旋轉中心的線，并在此線上劃出中心點E，通過E點的水平面劃一條圓周線，再測量出此線的圓周直徑D。將劃好線的工件安裝在回轉工作臺上，將立銑頭在垂直面內扳轉一個α角，α角用下式計算：

圖3 滾壓工具1.滾珠 2.支承套 3.銷軸 4.軸承5.鎖母 6.工具體

圖4 銑削截球面1.工件 2.立銑頭 3.刀盤

式中，D為工件上E點的回轉直徑（mm）；R為工件球面半徑（mm）。

銑削時，調整盤銑刀刀尖旋轉直徑大于B，并將銑刀的旋轉中心線對準E點，采用縱向吃刀進行試切，再通過微調橫向工作臺，待銑削出的刀紋為交叉網狀紋，就說明工件橫向中心已對準刀具旋轉中心了。再縱向吃刀，與工件頂圓相切時，停止縱向吃刀，轉動回轉工作臺進行走刀圓周銑削，即可銑出球面。在銑削過程中，為了保證球面輪廓度，應用樣板檢測。如發現與樣板不符，應采用調整升降和縱向工作臺來消除。

4. 銑削帶柄外球面

在立式銑床上，用分度頭和刀盤銑削帶圓柱柄的圓球，如圖5所示。是將工件安裝在分度頭上，然后把分度頭扳起一個α角，α角的數值用下式計算：

式中，D為圓球直徑（mm）；d為圓柱柄直徑（mm）。

調整盤銑刀刀尖旋轉直徑e，按下式計算：

式中，D為圓球直徑（mm）。

圖5 銑削帶柄的圓球

銑削時，調整銑床工作臺，使銑刀旋轉中心對正工件球心后，先垂直進給，當刀尖快要接近B點時，停止垂直進給，再用手慢慢搖動分度頭手柄進行圓周進給，使工件轉動一周，即可銑出圓球。銑削時的切削用量，vc=150～180m/min，ap=2mm左右。一般分為粗銑和精銑，在粗銑后，進行測量球徑，根據余量大小，再垂直吃刀進行精銑。

5. 銑削內球面

在銑床上銑削內球面的原理與銑削外球面相同。在工件端面劃好內球面的中心線后，把它安裝在銑床分度上，然后把立銑頭扳轉一個α角，如圖6所示。先根據工件內球面半徑R和內球面深度H，計算立銑頭扳轉最大角度αmax，扳轉時只要刀桿不礙事，可選擇0＜α＜αmax的任一角度來扳轉立銑頭，其計算式如下：

sinαmax=（1－H/2R）1/2

確定了α角以后，就用下式計算刀尖旋轉半徑：

以上兩式中，e為刀尖旋轉直徑（mm）；R為內球面半徑（m m）；H為內球面深度（mm）；α為立銑頭扳轉角度。

圖6 銑削內球面

銑削時，刀尖必須通過球面中心，切削速度vc=120～180m/min，工件轉速nw=5～10r/min，便可以銑出內球面。吃刀時，采用移動縱向工作臺。

[1] 鄭文虎.機械加工技術經驗[M].北京：國防工業出版社，2015.