普通車床對典型曲面零件的加工技術(shù)探討

梁永福

摘? 要：相較于一般形狀較為規(guī)則的零件，曲面零件的構(gòu)成更加復(fù)雜，因此，如何利用普通車床來加工形狀精度要求非常高的曲面零件，值得深入探討。加工曲面槽零件，首先需要對普通車床進(jìn)行技術(shù)上的結(jié)構(gòu)改造，然后再按照一定的工藝流程進(jìn)行加工。利用普通車床加工曲面葉片零件，則需要配備好符合技術(shù)要求的硬件，對一些操作的注意事項(xiàng)應(yīng)引起足夠重視。

關(guān)鍵詞：普通車床;加工;曲面槽零件;曲面葉片零件;工藝流程

中圖分類號：TK263.3? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）10-0103-02

Abstract： Compared with the general parts with regular shape， the composition of curved parts is more complex. Therefore， how to use the ordinary lathe to process curved parts with very high shape accuracy requirements is worth in-depth discussion. To process curved groove parts， first of all， we need to carry out technical structural transformation of the ordinary lathe， and then carry on the processing according to the certain technological process. In order to process curved blade parts with the ordinary lathe， it is necessary to equip the hardware which meets the technical requirements， and pay enough attention to some operation precautions.

Keywords： ordinary lathe; process; curved groove parts; curved blade parts; technological process

掌握普通車床對曲面零件加工的技術(shù)，可使一些小型制造企業(yè)在有限的生產(chǎn)設(shè)備條件下，能夠完成較為精密的曲面零件加工，這對于節(jié)省生產(chǎn)成本，推動小型制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展有著非常重要的意義。

1 普通車床對典型曲面槽零件的加工要求

1.1 車床改造

在運(yùn)用普通車床加工曲面槽零件時(shí)，首先需要對普通車床加以改進(jìn)，使其能夠滿足曲面槽零件加工需求。普通車床切削運(yùn)動比較單一，主要包括主運(yùn)動、縱向進(jìn)給運(yùn)動和橫向進(jìn)給運(yùn)動。實(shí)際進(jìn)行曲面加工時(shí)，除了需要上述基本的切削運(yùn)動外，還需進(jìn)行垂直進(jìn)給運(yùn)動與縱橫合成進(jìn)給運(yùn)動等較為復(fù)雜的進(jìn)給運(yùn)動，這就需要結(jié)合曲面槽零件加工實(shí)際要求，做好普通車床的改造。

普通車床在進(jìn)行切削運(yùn)動時(shí)，主要依靠主軸通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，帶動工件與卡盤一起旋轉(zhuǎn)，做等速運(yùn)動，可以完成螺旋形狀零件加工的必備條件，所以不需要再改進(jìn)[1]。普通車床在進(jìn)行縱向進(jìn)給運(yùn)動時(shí)，主要依靠絲桿帶動滑板沿著車床導(dǎo)軌來實(shí)現(xiàn)，這與曲面槽零件縱向加工要求相符，因此可予保留，不需要再改進(jìn)。普通車床在進(jìn)行橫向進(jìn)給運(yùn)動時(shí)，通常會與車床導(dǎo)軌呈垂直狀態(tài)，并在水平垂直方向之上完成橫向進(jìn)給運(yùn)動，這同樣符合曲面槽零件橫向進(jìn)給運(yùn)動加工要求，因此予以保留，不做進(jìn)一步改進(jìn)。

由于普通車床無法進(jìn)行垂直進(jìn)給運(yùn)動，因此需要加以改造。同樣，普通車床沒有縱橫向進(jìn)給合成運(yùn)動，需要做出改進(jìn)，才能實(shí)現(xiàn)在普通車床之上完成曲面槽零件的加工。

首先是垂直運(yùn)動改造。利用銑床銑削的運(yùn)動原理來改造車床，以車代銑，銑削的實(shí)際運(yùn)動原理過程如下：在接通電源后，皮帶輪機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在皮帶的帶動下，會帶動主軸旋轉(zhuǎn)，主軸轉(zhuǎn)動自然會帶著刀具轉(zhuǎn)動，以此來實(shí)現(xiàn)銑刀的切削。要想實(shí)現(xiàn)機(jī)床刀具垂直運(yùn)動，需重新設(shè)計(jì)一個(gè)刀具旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，先在立柱側(cè)面安裝一個(gè)齒條，并通過兩只圓錐體形狀的銷子，完成齒條的定位。同時(shí)將齒條通過兩只M12螺栓固定在立柱之上。在機(jī)架中間，配置有相應(yīng)的內(nèi)孔，立柱的外圓正是通過這些內(nèi)孔實(shí)現(xiàn)與機(jī)架的彼此連接與配合。齒條通過與齒輪箱的齒輪嚙合，隨著齒軸的轉(zhuǎn)動，齒輪會沿著齒條移動，從而更好地帶動機(jī)架上下移動，機(jī)架會帶動刀具做垂直進(jìn)給運(yùn)動。刀具在具體做垂直進(jìn)給運(yùn)動時(shí)，需要先將鎖緊器打開，然后接通電源帶動齒軸旋轉(zhuǎn)，隨后在齒輪與齒條的協(xié)同運(yùn)動之下，帶動機(jī)架做上下垂直運(yùn)行，因此機(jī)架之上的刀具便能夠完成垂直進(jìn)給運(yùn)動。

其次是橫縱向綜合進(jìn)給運(yùn)動改造。可以主要采用靠模法，其基本工作原理為：伴隨著普通車床做縱向進(jìn)給運(yùn)動，其中的滾輪能夠沿著固定靠模板中的模型，完成曲面運(yùn)動，在整個(gè)運(yùn)動過程中，從加工點(diǎn)A到加工點(diǎn)D，滾輪會做橫縱合成進(jìn)給運(yùn)動，此時(shí)在滾輪的帶動下，刀具會從加工點(diǎn)B運(yùn)動至加工點(diǎn)C，由于滾輪所運(yùn)動的加工點(diǎn)AD軌跡與銑刀運(yùn)動的加工點(diǎn)BC軌跡曲面相等，因此刀具會做出與滾輪相同的橫縱向進(jìn)給合成運(yùn)動。橫縱向進(jìn)給運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的具體過程如下：應(yīng)立足于普通車床之上，先將滑板橫向絲桿拆除，然后將其靠近床身后側(cè)的一端進(jìn)行加長，在此基礎(chǔ)之上，還應(yīng)在橫向絲桿之上，做好彈簧的配置，并且在滾輪與心軸的配合之下，采用銷子成功將橫向絲桿與心軸連接在一起，由于橫向絲桿上有彈簧，因此能夠使?jié)L輪始終在模板模型面的一側(cè)，不會出現(xiàn)偏離。同時(shí)在刀具切削加工前，需要拆下橫向絲桿支承座上的M8螺釘，從而更加便于滾輪在模板側(cè)面完成刀具縱橫合成進(jìn)給運(yùn)動[2]。除此之外，在完成普通車床切削運(yùn)動改進(jìn)后，還需結(jié)合加工實(shí)際需求完成專用的工作臺，從而有效實(shí)現(xiàn)普通車床對曲面槽零件的加工。

1.2 普通車床對曲面槽零件加工工藝流程

在完成普通車床改造后，需要遵循以下加工技術(shù)流程，完成曲面槽零件加工。一是先完成加工零件的安裝固定，然后對其進(jìn)行粗加工處理，先沿著加工工件四周進(jìn)行銑削，形成一個(gè)大致的曲面槽輪廓，注意每個(gè)銑削面需要留有一定的加工余量。接著采用8mm銑刀，在工件之中銑削出方形的曲面槽，同樣注意留好余量，接著從工件底面入手，銑削出一定的深度，做好銑削余量的預(yù)留，上述余量預(yù)留均為2-3mm。二是進(jìn)行工件的半精加工，先完成工件四周銑削，注意做好銑削余量的預(yù)留，然后從工件兩端面入手繼續(xù)完成銑削，做好余量預(yù)留，接著用8mm銑刀，繼續(xù)對工件方形曲面槽進(jìn)行銑削，做好余量預(yù)留，最后繼續(xù)銑削工件底面，做好余量預(yù)留，上述銑削余量均為0.5-0.8mm。三是進(jìn)行曲面槽工件的精加工，從工件兩端入手，做好銑削，不留余量，要求尺寸與圖樣尺寸相同，然后再依次銑削工件的四周、底面深處，不留有余量，要求與圖樣尺寸相同，最后以圖樣要求為依據(jù)，完成倒角處理，零件精加工完成后注意進(jìn)行檢驗(yàn)[3]。

2 普通車床對曲面葉片零件的加工技術(shù)

對曲面葉片零件的加工以軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪葉片為例，這種葉片零件外緣分為曲面弧形，整體形狀類似于風(fēng)扇的葉片，在采用普通車床加工該零件時(shí)，對于銑削刀具的加工軌跡有著嚴(yán)格的要求，必須要完全與曲面葉片的外緣相貼合，這就需要在普通車床之上安裝有兩個(gè)刀架，并借助弧形靠模與彈簧刀桿協(xié)同配合，來完成該零件的加工。

2.1 設(shè)備要求

采用普通車床進(jìn)行曲面葉片零件加工時(shí)，需要配置有以下設(shè)備：刀架、靠模、彈簧刀桿，與此同時(shí)，還需設(shè)置合理的加工尺寸范圍。對于轉(zhuǎn)槳水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪而言，其直徑一般為3m，因此在實(shí)際進(jìn)行加工時(shí)，需要綜合彈簧刀桿長度、加工轉(zhuǎn)輪直徑、靠模長度來進(jìn)行計(jì)算，一般上述三者的長度為0.6m、2.5m、0.3m。結(jié)合上述尺寸分析，可認(rèn)識到實(shí)際加工立車的尺寸應(yīng)在 5m以上，然而這種尺寸規(guī)格的立車設(shè)備在現(xiàn)實(shí)中很難進(jìn)行配備。實(shí)際生產(chǎn)過程比較復(fù)雜，需要耗費(fèi)的成本也比較高，得不償失。需要采取有效的方法，將立車尺寸進(jìn)行縮小，比如可以不采用靠模裝置，實(shí)現(xiàn)曲面葉片的加工，其原因在于，靠模本身占用著較大的長度，因此要想達(dá)到縮小立車尺寸的目的，必然需要從中剔除靠模的使用，才能夠采用常規(guī)3.4m的立車完成曲面零件的加工。在這一條件下，選擇正確的刀具成為了加工曲面零件的關(guān)鍵。對用于刨床加工的樣板刀而言，其能夠加工弧形部件，且整體形狀與加工精度也能夠基本滿足加工曲面葉片零件的要求，但如果直接采用該樣板刀，由于與工件接觸面積較大，同時(shí)還需要工件在加工時(shí)承受較大的銑削力，因此無法實(shí)現(xiàn)對工件加工精度的控制，還會帶來一定的安全隱患，基于此，需要在原本樣板刀的基礎(chǔ)之上，繼續(xù)做出一定的改進(jìn)，使其能夠適應(yīng)普通機(jī)床加工[4]。在此基礎(chǔ)上，還需要做好樣板刀的合理安裝，以免在工件加工時(shí)出現(xiàn)松動，嚴(yán)重影響曲面零件的加工精度。

2.2 普通車床加工曲面葉片零件的技術(shù)操作注意事項(xiàng)

在采用普通機(jī)床進(jìn)行曲面葉片零件加工時(shí)，為提升加工質(zhì)量，需要注意以下事項(xiàng)：

首先，在正式進(jìn)行曲面葉片零件加工前，應(yīng)先標(biāo)注清楚葉片旋轉(zhuǎn)的中心線與垂直線，從而確保加工刀具能夠準(zhǔn)確固定，便于后續(xù)順利加工。

其次，在實(shí)際運(yùn)用普通車床進(jìn)行曲面葉片零件加工時(shí)，由于在具體精加工過程中容易出現(xiàn)切削力過大或?qū)τ诘毒叩倪^度磨損問題，因此為有效解決上述問題，需要不斷吸取經(jīng)驗(yàn)，做好切削方式的改進(jìn)。在實(shí)際進(jìn)行粗加工的時(shí)候，應(yīng)注意保證轉(zhuǎn)輪葉片直徑計(jì)算的精確性，只有這樣，才能保證走刀軌跡科學(xué)合理，提升加工質(zhì)量。

再次，在采用普通車床對曲面零件精加工時(shí)，需要格外注意，要加強(qiáng)對刀精確度的控制。在加工過程中，還要密切關(guān)注刀具與工件的接觸面積是否合理，從而保證加工進(jìn)程能夠順利進(jìn)行[5]。如果刀具與工件產(chǎn)生較大的接觸面積，通常會導(dǎo)致刀臺出現(xiàn)劇烈抖動，不利于加工，甚至涉及操作人員的安全，因此需及時(shí)停下來檢查。

另外，在實(shí)際加工過程中，應(yīng)隨時(shí)做好對加工精度的關(guān)注與檢測，可在刀架之上完成樣板的安裝，密切關(guān)注形狀的變化，并使工件能始終保持旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，借助塞尺等工具，做好樣板工件與實(shí)際加工工件的對比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，利用精密坐標(biāo)檢測儀進(jìn)行檢測，有效提升曲面葉片零件加工的質(zhì)量和檢測精度。

3 結(jié)束語

綜上所述，由于典型曲面零件本身較為復(fù)雜，而普通車床自身加工功能所限，直接采用普通車床，無法實(shí)現(xiàn)對曲面零件的加工，這對于一些小型制造企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展帶來了一定的限制。用普通車床加工曲面零件時(shí)，需先做好普通車床的改造，然后再按特定的工藝流程規(guī)范操作，這對生產(chǎn)資源有限的小型加工企業(yè)而言，既能有效降低成本，又可滿足生產(chǎn)要求。

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