趙慧麗 王小勤 路君勇
(1.安陽工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院,河南 安陽 455000;2.安陽福士德鍋爐有限責(zé)任公司,河南 安陽 455000;3.安陽鑫盛機(jī)床有限公司研發(fā)中心,河南 安陽 455000)
球面車床的結(jié)構(gòu)及精度設(shè)計(jì)
趙慧麗1王小勤2路君勇3
(1.安陽工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院,河南 安陽 455000;2.安陽福士德鍋爐有限責(zé)任公司,河南 安陽 455000;3.安陽鑫盛機(jī)床有限公司研發(fā)中心,河南 安陽 455000)
本文通過對(duì)球面加工原理的分析,總結(jié)了球面車床基本結(jié)構(gòu)和幾何精度的設(shè)計(jì)方法。對(duì)球面機(jī)床的優(yōu)化設(shè)計(jì)和合理使用,均具有一定的參考價(jià)值。
球面;基本結(jié)構(gòu);幾何精度
球面車床是在普通車床基礎(chǔ)上派生出來的一種用于球面加工的專用車床,車床上各部分除床鞍外同于臥式車床或者僅有少量的改進(jìn)設(shè)計(jì)。球面車床簡(jiǎn)圖如圖1所示,球面車床上在床鞍和中拖板之間設(shè)計(jì)了回轉(zhuǎn)盤。普通車床的床鞍被設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)盤座2,通過山形導(dǎo)軌和床身相連接,回轉(zhuǎn)盤1通過軸承3及圓形導(dǎo)軌安裝在回轉(zhuǎn)盤座2上,回轉(zhuǎn)盤1以軸承3定心繞回轉(zhuǎn)盤中心軸MN回轉(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)盤通過燕尾導(dǎo)軌連接中拖板4,刀架5則固定在中拖板上。
圖 1 球面車床簡(jiǎn)圖
車床工作時(shí),工件裝夾在車床主軸上,由主軸帶動(dòng)繞Z軸旋轉(zhuǎn),同時(shí)在由溜板箱傳遞的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下,回轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)刀具繞回轉(zhuǎn)盤中心軸線MN從初始切削位置開始回轉(zhuǎn),開始切球面。中拖板通過燕尾導(dǎo)軌移動(dòng),調(diào)整刀具位置,切出正確尺寸的球面?;剞D(zhuǎn)盤可以在床身導(dǎo)軌上移動(dòng),以便調(diào)整球面中心的位置。
為了達(dá)到工作要求,要對(duì)床鞍和回轉(zhuǎn)盤進(jìn)行了重新設(shè)計(jì),如圖2所示,回轉(zhuǎn)盤既可以機(jī)動(dòng)也可以手動(dòng),手動(dòng)可旋轉(zhuǎn)360度,用于無級(jí)調(diào)速車削時(shí),最大回轉(zhuǎn)角度可達(dá)180度,刀架可機(jī)動(dòng)進(jìn)退。車削球面時(shí),蝸輪1與大斜齒輪2嚙合提供驅(qū)動(dòng)力,驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn),切出球面。
圖 2 回轉(zhuǎn)盤傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
為擴(kuò)大車床的使用范圍,回轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)了固定裝置,當(dāng)回轉(zhuǎn)臺(tái)用插銷固定后,回轉(zhuǎn)臺(tái)前面指示燈亮表示固定死,此時(shí),驅(qū)動(dòng)力通過位于回轉(zhuǎn)臺(tái)中心的軸3和錐齒輪傳給刀架,可做一般的車削?;剞D(zhuǎn)臺(tái)固定后,不得機(jī)動(dòng)旋轉(zhuǎn),否則會(huì)造成重大事故。
為了加工內(nèi)球面,專門設(shè)計(jì)了內(nèi)刀架,如圖3所示,使用時(shí)將普通外刀架卸下,裝上內(nèi)刀架,切削時(shí)刀架隨回轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn),刀架的進(jìn)給由手輪軸1通過蝸輪蝸桿帶動(dòng)齒輪3,再通過刀桿4上的齒條帶動(dòng)刀桿來實(shí)現(xiàn)。為了加工需要,還設(shè)計(jì)了微動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)2,用于精確加工。
為了得到更高的表面光潔度,球面車床上還可以增加一個(gè)砂帶磨,對(duì)車好的外球面進(jìn)行拋光。但對(duì)提高球面的幾何精度并無多少效果,某些球面車床也可以帶砂輪磨頭,以便對(duì)球面進(jìn)行磨削。
圖 3 內(nèi)刀架及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
球面加工精度包含三個(gè)方面的內(nèi)容:形狀精度,位置精度,尺寸精度[4]。本文僅研究形狀精度,在沒有特殊說明的情況下,本文所說的球面加工精度,球面加工誤差均指其形狀精度,形狀誤差。在機(jī)床加工過程中,球面形狀能否準(zhǔn)確形成,取決于球面和刀具在切削運(yùn)動(dòng)過程中是否具有準(zhǔn)確的相互位置關(guān)系。機(jī)床幾何精度對(duì)通過在加工過程中改變刀具和工件的相互位置關(guān)系引起加工誤差來影響球面的加工精度。各種幾何精度的誤差在大小和方向上各不相同,而加工精度必須在工序尺寸方向上度量,因而不同的機(jī)床幾何精度對(duì)球面加工精度的影響也不相同。當(dāng)機(jī)床幾何精度誤差的方向與工序尺寸方向(即通過刀尖的加工表面的法線方向即誤差敏感方向)一致時(shí),對(duì)加工精度的影響最大。球面車床幾何精度包括三部分:回轉(zhuǎn)盤的幾何精度,導(dǎo)軌的幾何精度,車床主軸的回轉(zhuǎn)精度。它們對(duì)球面加工精度的影響在方向、大小上各不相同。其中回轉(zhuǎn)盤的幾何精度對(duì)球面加工精度的影響較大,為該項(xiàng)幾何誤差的二分之一。導(dǎo)軌的幾何精度中,導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度和導(dǎo)軌對(duì)主軸軸線在水平面內(nèi)的平行度對(duì)球面加工精度的影響也較大。在車床主軸的幾何精度中,主軸軸向竄動(dòng)對(duì)球面加工精度的影響最大。
生產(chǎn)實(shí)際中遇到的球面車床幾何精度誤差對(duì)球面加工精度的影響往往是多項(xiàng)誤差的綜合影響,也就是各單項(xiàng)誤差的合成問題,可以采用分析計(jì)算法計(jì)算總誤差[5]。
球面車床工作精度的設(shè)計(jì)也就是確定球面機(jī)床的工作精度即球面加工的允許誤差??梢跃C合以下幾個(gè)方面來確定:其一,確定車床所加工球面的類型,調(diào)查該類型球面所應(yīng)用的行業(yè)對(duì)其精度要求,并把其作為確定車床工作精度的依據(jù)。其二,如果某行業(yè)對(duì)球面精度要求很高,需進(jìn)行精加工,如磨、研等,應(yīng)以精加工前所需精度作為確定車床工作精度的依據(jù)。其三,類比于同類車床確定車床的工作精度。
車床工作精度確定之后,確定車床各項(xiàng)幾何精度時(shí)一般應(yīng)考慮以下幾方面的因素:一是各項(xiàng)幾何精度的工藝難易程度。工藝難易程度對(duì)加工誤差的影響程度基本一致時(shí),平均分配公差。二是各項(xiàng)幾何精度的工藝性。根據(jù)各項(xiàng)幾何精度的工藝難易程度,分配公差。幾何精度保證難度大的,分配較大的公差值,反之,幾何精度易于保證的項(xiàng)目,分配較小的公差值。三是確定機(jī)床幾何精度時(shí),必須考慮其對(duì)加工誤差影響。根據(jù)其對(duì)加工精度的影響程度,決定其公差值的大?。河绊懘蟮膸缀尉?,分配給較小的公差值,反之,影響小的幾何精度,分配給較大的公差值。確定車床的幾何精度時(shí),僅考慮一個(gè)方面是不全面的,不合理的,必須兼顧以上幾個(gè)方面,才能達(dá)到合理、經(jīng)濟(jì)。當(dāng)確定了各項(xiàng)幾何精度后,還需進(jìn)行驗(yàn)算,如有不妥,必須進(jìn)行調(diào)整,直至合理為止。
綜上,球面車床的設(shè)計(jì)一般依托普通車床進(jìn)行改進(jìn),一定注意回轉(zhuǎn)盤和刀架的設(shè)計(jì)。由于幾何精度對(duì)加工誤差的影響在大小和方向上各不相同,保證球面車床幾何精度的工藝難度也不盡相同,這是進(jìn)行機(jī)床幾何精度設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問題。
[1]尚建軍.球面車削工藝及車床改進(jìn)設(shè)計(jì)原理分析[J].煤炭技術(shù),2006(3):6-7.
[2]金兆鈞,王靜波,郝志國.球面車床的改造[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2004(5):99-101.
[3]李飛.球面加工工裝改進(jìn)[J].金屬加工,2012(9):46.
[4]王先逵.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002:27.
[5]關(guān)玉祥.機(jī)械加工誤差與控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994:29.
TH122
A
1671-0037(2014)06-95-1.5球面車床適用于加工外球面、內(nèi)球面及軸上帶球的工件,并能進(jìn)行鉆孔、鉸孔等工作,隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,光學(xué)鏡面加工,汽車球頭桿加工,球閥加工等球體類行業(yè)對(duì)球面加工車床的需求日益擴(kuò)大。目前球面車床都是簡(jiǎn)單改裝或者由普通車床變型而改裝成的專用車床[1,2,3],精度要求尚無國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在球面車床的設(shè)計(jì)方面,由于缺乏必要的文獻(xiàn)資料,其幾何精度設(shè)計(jì)目前只能由機(jī)床開發(fā)廠家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。為了加工出高精度的球面,怎樣合理地設(shè)計(jì)球面車床的結(jié)構(gòu)及幾何精度,已成為球面車床開發(fā)廠家急待解決的一個(gè)課題。
趙慧麗(1979-),女,碩士研究生,講師,研究方向:機(jī)械制造工藝、材料的制備及性能檢測(cè)。