張桂霞

（包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，包頭 014000）

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普通機(jī)床加工曲面零件的工藝技術(shù)分析

張桂霞

（包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，包頭 014000）

摘 要：用于加工簡單零件的普通機(jī)床，在加工曲面零件時需對普通機(jī)床進(jìn)行一定程度的改造與變動，以達(dá)到加工曲面零件加工所需的精密度。本文對普通機(jī)床加工弧形曲面零件、時刨床、中樣板刀等部件進(jìn)行改造，并對普通機(jī)床加工曲面零件的基礎(chǔ)設(shè)備做了詳細(xì)分析，同時指出普通機(jī)床加工曲面零件實際操作中需重視的注意事項。

關(guān)鍵詞：普通機(jī)床 曲面加工 工藝研究

雖然我國當(dāng)前設(shè)計加工曲面零件的機(jī)會較少，但是曲面零件加工不能長期依賴國外技藝。隨著零件加工行業(yè)的發(fā)展，弧形曲面零件的加工需求迅猛增長，而我國零件加工普遍使用普通加床，加工曲面零件難度較大。基于此，文章以加工軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪為例，對普通機(jī)床加工弧形曲面零件所需做的準(zhǔn)備工作進(jìn)行分析，同時對普通機(jī)床加工曲面零件所需進(jìn)行改造的零部件進(jìn)行深入探討。

1 概述

本文以軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪零件為例，分析曲面零件在普通機(jī)床的加工工藝技術(shù)。軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)可分成兩大部分，即轉(zhuǎn)動葉片與轉(zhuǎn)輪體。軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)的葉片通常有4-6片，其形狀有弧度的扇形，整體外緣線型也為曲面。該類曲面零件在普通機(jī)床加工事，需要按照其特定的形狀、大小以及外緣線型特征進(jìn)行，以保證零件與軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)的吻合。普通機(jī)床加工軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)曲面零件——葉片的原理是：利用模型間的相互活動（帶有彈簧的刀桿帶動著刀具，依照著靠模的形狀運轉(zhuǎn)，刀具在這樣的運轉(zhuǎn)下就會在加工的零件上留下其戶型的運動軌跡）對零件的弧形曲面進(jìn)行加工。

2 曲面零件在普通機(jī)床上加工工藝技術(shù)的改進(jìn)

2.1 改進(jìn)加工曲面的普通車床

普通車床加工曲面零件必須有足夠的切削運動方式。普通車床加工普通零件的切削運動只有簡單的主運動、橫向進(jìn)給運動、縱向進(jìn)給運動幾種，而加工曲面零件則必須按照銑床加工曲面必須的切削運動要求，在主運動、橫向進(jìn)給運動、縱向進(jìn)給運動的基礎(chǔ)上再加入垂直進(jìn)給運動、縱橫合成進(jìn)給運動，并在增加相應(yīng)切削運動方式的同時進(jìn)一步改造加工車床。

2.2 切削運動改造部件分析

普通車床切削運動具備主軸旋轉(zhuǎn)、縱向進(jìn)給運動部分、橫向進(jìn)給運動部分。主軸旋轉(zhuǎn)由卡盤與工件一同做旋轉(zhuǎn)運動，是車床主運動部分。然而，曲面槽切削加工時不需要這一部分參與。從人員安全與設(shè)備安全方面考慮，應(yīng)當(dāng)對卡盤進(jìn)行拆卸，并給主軸安裝防護(hù)罩?？v向進(jìn)給運動是大滑板在絲桿的帶動下，沿著車床導(dǎo)軌進(jìn)行反復(fù)運動。這一部分與加工曲面槽的縱向進(jìn)給運動相符合，可以原樣保留。橫向進(jìn)給運動是根據(jù)垂直于車床的導(dǎo)軌做水平垂直方向的進(jìn)給運動，與加工曲面槽所需的橫向進(jìn)給運動相符合，也可原樣保留。加工曲面槽還需要在車床上加入控制切削深度的垂直進(jìn)給運動，該進(jìn)給運動需垂直于車床導(dǎo)軌進(jìn)行。此外，還需加入切削S型曲面槽的縱橫合成進(jìn)給運動。

2.3 加工曲面零件所需的立銑頭設(shè)計

傳統(tǒng)的銑刀傳動機(jī)制為：電動機(jī)電源接通→皮帶輪隨之旋轉(zhuǎn)→三角帶帶動塔形皮帶輪旋轉(zhuǎn)→皮帶輪帶動立銑頭主軸旋轉(zhuǎn)→主軸帶動銑刀旋轉(zhuǎn)。傳統(tǒng)的銑刀垂直進(jìn)給運動流程為：放松鎖緊器→旋轉(zhuǎn)齒軸→齒輪與齒條嚙合帶動機(jī)架做上下直線移動→銑刀做垂直進(jìn)給運動。加工曲面零件時，需設(shè)計特定的立銑頭。首先，在立柱的側(cè)面安裝一根齒條。齒條由2只圓錐體銷子定位和2只M12螺栓固定在立柱上。機(jī)架中間的內(nèi)孔與立柱的外圓配合，齒輪箱的齒輪與齒條嚙合。當(dāng)轉(zhuǎn)動齒軸時，機(jī)架隨著齒輪沿著齒條上下移動，即銑刀可以做垂直方向的進(jìn)給運動。然后，再在機(jī)架一端安裝電動機(jī)，塔形皮帶輪的內(nèi)孔與電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸配合，拆去車床上的小滑板和刀架，將中滑板轉(zhuǎn)盤T形槽上的兩只螺栓與立銑頭立柱上的兩個固定孔配合固定。

2.4 曲面槽的靠模法

曲面槽的靠模法是指滾輪在車床大滑板進(jìn)行縱向進(jìn)給運動時，沿著固定靠模板的模型曲面做運動，當(dāng)滾輪進(jìn)行縱橫合成進(jìn)給運動時，銑刀加工出與固定模版中模型曲面一致的工件表面。

2.5 普通車床銑削加工工作臺的添置

曲面零件的加工技術(shù)中，銑削加工工作臺是必不可少的裝置，如圖1所示。可在普通車床兩端的導(dǎo)軌上設(shè)置2副支撐座、2副壓板，以螺栓等將支撐座、壓板與車床床身進(jìn)行固定。在固定好的裝置上放置工作臺，以螺栓等對支撐座與工作臺進(jìn)行加固。這樣就可得到一個與車床導(dǎo)軌平行度高的銑削工作臺面。

圖1 銑削加工臺

3 普通機(jī)床曲面葉片優(yōu)化設(shè)計

3.1 普通機(jī)床曲面零件加工原理

由于軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪葉片外緣為弧形曲面，其葉片形狀多為扇形。普通機(jī)床加工該類零件時，加工刀運動軌跡必須貼合葉片外緣。為加工出符合轉(zhuǎn)輪體曲面與間隙的葉片，通常普通車床需通過兩個刀架和弧形靠模以及彈簧刀桿的配合運動完成。具體表現(xiàn)為，刀具在彈簧刀桿的帶動下沿著靠模進(jìn)行運動，通過刀具的運動軌跡得出加工零件所需的弧形軌跡，從而完成曲面零件的加工。

3.2 普通車床加工曲面零件的基礎(chǔ)設(shè)備要求

普通機(jī)床通常用以加工造型較為簡單的零件。在加工曲面零件時，需要對普通機(jī)床進(jìn)行適當(dāng)改造，使其至少具備2個刀架、適用的靠模、彈簧刀桿、合理的加工尺寸范圍。加工尺寸范圍的設(shè)定，可以根據(jù)2倍的彈簧刀桿尺寸、加工轉(zhuǎn)輪的直徑距離以及靠模的長度三方面尺寸的總和來進(jìn)行。由于轉(zhuǎn)槳水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪一般都有約3m的直徑，那么加工的彈簧刀桿長度、加工轉(zhuǎn)輪的直徑、靠模長度分別為0.6m、2.5m、0.3m。根據(jù)以上尺寸計算，加工立車尺寸應(yīng)大于5m。尺寸在5m左右的立車設(shè)備配備與生產(chǎn)安排難度較大，若投入大尺寸的立車與大尺寸的靠模裝置，其成本非常高。因此需要盡量縮小立車尺寸，并盡量在不使用靠模裝置的條件下完成水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的葉片外圓加工。

此處之所以要省去靠模裝置，是因為當(dāng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的轉(zhuǎn)輪直徑過大時要利用普通3.4m左右的立車完成加工，而靠模裝置的尺寸與水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的轉(zhuǎn)輪直徑差距很大，無法使用。普通機(jī)床在不使用靠模裝置的條件下加工水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片，需選擇正確的刀具。其中，刨床加工中的弧形部件加工樣板刀，加工出的工件形狀以及精確度能與加工要求基本相符。但是，該樣板刀在加工水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片時，與工件的接觸面積較大。工件與刀具雙方所承受的刀削力都過大，因此直接使用刨床弧形部件加工樣板刀的方式顯然也不可取。因為立床與刨床在結(jié)構(gòu)上存在較大區(qū)別，其加工方式不同，兩者的刀具要求與刀具使用方法也不同。所以，可在刨床樣板刀的基礎(chǔ)上，加工定制適用于立床用的樣板刀。同時，需正確對立床樣板刀安裝進(jìn)行找正、裝夾以及對刀，避免工件擠動或刀具松動等給加工過程造成阻礙。特別是夾裝過程與對刀環(huán)節(jié)必須密切注意，以免對加工進(jìn)度造成不利影響。此外，需注意，當(dāng)加工過程中使用了靠模裝置時，加工的位置應(yīng)選在葉片關(guān)閉處，以利于樣板刀運動。

3.3 加工操作注意事項

（1）為保證加工質(zhì)量與精確度，進(jìn)行軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪葉片加工前，需對葉片旋轉(zhuǎn)的中心線進(jìn)行標(biāo)注，同時對葉片旋轉(zhuǎn)的垂直線進(jìn)行正確標(biāo)注。正確的標(biāo)注可以保證加工道具固定位置在牢固穩(wěn)定的同時具備準(zhǔn)確度，刀具的中心線也可以葉片旋轉(zhuǎn)中心為目標(biāo)進(jìn)行重合。

（2）曲面葉片加工時，為減小精加工中的切削力、進(jìn)刀量以及刀具磨損等，需改進(jìn)切削方式。此外，在粗加工過程中，需計算出精確的轉(zhuǎn)輪葉片直徑、球形軌跡長度，以確定走刀軌跡。

（3）由于精加工時，立車與刨刀的走刀方式不同，自動走刀的方式又不可取，因此可采取手動進(jìn)刀方式以控制進(jìn)刀量的精確度。進(jìn)刀過程中，最需要關(guān)注的是刀具與工件的接觸面積，因為刀具與工件接觸面積的微妙變化會造成進(jìn)程異常。當(dāng)?shù)毒吲c工件接觸面過大，產(chǎn)生刀臺劇烈抖動或者產(chǎn)生怪響等現(xiàn)象時，應(yīng)停止加工。

（4）應(yīng)隨時對加工精度進(jìn)行檢查?？稍诘都苌习惭b樣板，并保持工件旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，以塞尺對樣板與工件進(jìn)行衡量對比，以適時檢查兩者差距。

4 結(jié)語

當(dāng)前，普通機(jī)床加工曲面零件的工藝技術(shù)較為復(fù)雜。由于普通機(jī)床自身欠缺直接加工弧形曲面零件的條件，因此加工前，必須對普通機(jī)床進(jìn)行改造。例如，適當(dāng)刪減與加設(shè)切削運動，根據(jù)曲面零件加工要求設(shè)計立銑頭，選擇、開發(fā)合適的靠模，設(shè)置銑削加工臺等。在曲面零件加工過程中，需要注意保證加工精確度，控制好切削力和進(jìn)刀量。同時，要時刻注意檢查加工精度。

參考文獻(xiàn)

[1]李閃林.淺談普通機(jī)床加工的曲面零件工藝[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015，（15）：9.

[2]劉凡，周靖明.普通機(jī)床加工曲面零件工藝研究[J].無線互聯(lián)科技，2012，（6）：94.

Common Machine Tool Processing and Surface Parts Processing Technology Analysis

ZHANG Guixia
(Baotou vocational and technical college,Baotou 014000)

Abstract:For processing the s imple components of the common machine tool in machining curved surface parts t o a certain degree of innovation and change, conventional machine tools, machining curved surfac e parts i n order to achieve the required precision in this pa per, the common machine tool machining curved surface parts example in planer knives and other components, and on the basis of ordinary machine tool processing and surface parts equipment made a detailed analysis, and points out the common machine tool processing and surface parts as well the matters needing attention in practical operation.

Key words:Common machine tools,Surface processing, Technology research