不完整球面零件原來還能這樣加工而且效率和精度還大大提升

摘要：帶柄不完整球面可以利用數(shù)控車床加工，但存在效率低、成品率不高的問題，為此利用立式銑床，通過旋風(fēng)銑加工方案較好地解決了這一技術(shù)問題，加工質(zhì)量和效率也得到了明顯提高。半球型折角塞門是鐵道機(jī)車車輛風(fēng)制動系統(tǒng)的重要配件，產(chǎn)品消耗量大，密封性能和閉合動作要求準(zhǔn)確、可靠。閥芯作為其中的一個(gè)關(guān)鍵零件，其加工精度的高低，將直接影響產(chǎn)品的使用性能。閥芯制造時(shí)，由于在零件的中部帶有一個(gè)不完整球面，給加工帶來了困難。針對閥芯球面利用數(shù)控車床加工時(shí)存在效率低、加工表面質(zhì)量不高的問題，設(shè)計(jì)了在普通立式銑床上專用的旋風(fēng)銑裝置，取得了較好的效果。1.閥芯結(jié)構(gòu)分析

閥芯材質(zhì)為鋁青銅ZQAL9-4，強(qiáng)度、耐磨性、耐蝕性及鑄造性均良好，整體為桿類結(jié)構(gòu)，中部有不完整球面，用于閥門的開啟與閉合，半球右端面上的溝槽用于安裝橡膠密封墊，閥芯的左端沉孔用來安裝彈簧進(jìn)行復(fù)位之用。圖1所示為閥芯的結(jié)構(gòu)尺寸要求。

圖1

閥芯結(jié)構(gòu)尺寸要求為了直觀地分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，畫出閥芯三維結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2

閥芯三維結(jié)構(gòu)圖從圖2可以看出，閥芯球面結(jié)構(gòu)不完整，約為整球的1/3，采用車削加工時(shí)為斷續(xù)切削，由此產(chǎn)生的離心力將導(dǎo)致機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，影響切削加工精度及表面質(zhì)量。2.數(shù)控車床半球加工軌跡及程序編制閥芯加工時(shí)，先通過普通臥式車床按圖1要求將φ（25-0.065-0.149）mm外圓及根部圓角R1mm加工到位。選用的數(shù)控車床型號為CAK6150C，數(shù)控系統(tǒng)為KND。加工時(shí)用三爪自定心卡盤夾持已加工好的φ25mm外圓，尾部頂尖頂緊，分粗、精車二次完成。粗車的切削余量為3mm，預(yù)留0.5mm加工量，待精加工時(shí)加工到尺寸要求。閥芯數(shù)控加工的運(yùn)動軌跡如圖3所示，其中O1為桿身及正向圓弧部分坐標(biāo)原點(diǎn)，O2為反向圓弧部分坐標(biāo)原點(diǎn)。

圖3

閥芯加工運(yùn)動軌跡根據(jù)加工軌跡生成如下加工程序：O0001（1）粗加工桿身及正向圓弧部分T0101N10G99M03S900N12M08N14G0X30Z0N16G01X-1.0F0.15

N18G0X20.5W1.0

N20G01Z-56.0F0.2

N22G01X22.0W-6

N24G01X37.0N26G01W-7.92N28G03X59.0Z-89R26.4

N30G01W-1.0F0.2N32G0X200Z200

（2）精加工桿身及正向圓弧部分T0202N10G99M03G900N12M08N14G0X19.0Z2.0

N16G01Z0F0.15N18G01X19.9W-0.5

N20G01Z-56.0N22G01X22W-6

N24G01X35.5N26G01X36.5W-0.5

N28G01W-7.92

N30G03X58.5Z-89R26.4N32G01W-1.0F0.2N34G0X200Z200（3）粗、精加工反向圓弧部分T0303N10G99M03S900N12M08N14G0X150Z-2.0N16G0X37.0

N18G01Z0F0.15

N20G02X59.0Z21R26.4

N22G0X150N24G0Z-2.0N26G0X36.5

N28G01Z0F0.15N30G02X58.5Z21R26.4

N32G01W1.0F0.2N34G0X200N36G0Z200

N38M09

N40M30數(shù)控車床加工時(shí)，被加工件球面不完整，機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有離心力，轉(zhuǎn)速不宜過高，加之?dāng)?shù)控加工圓弧面時(shí)采用了插補(bǔ)原理，使得加工效率不高，表面質(zhì)量難以達(dá)到使用要求。3.旋風(fēng)銑球面加工原理針對數(shù)控加工存在的問題，設(shè)計(jì)出銑床用于旋風(fēng)銑球面的加工裝置。實(shí)際加工時(shí)，將分度頭置于工作臺上，利用分度頭卡盤將工件小端夾牢，另一端沉孔處配堵頭，并用頂尖頂住。機(jī)床主軸（連同旋風(fēng)銑裝置）偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度α（后面另有計(jì)算），開動銑床，使主軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)手搖分度頭手柄均勻旋轉(zhuǎn)，利用銑刀刀尖在圍繞軸心旋轉(zhuǎn)的工件上銑削完成，即運(yùn)用包絡(luò)法原理加工出球面。工件加工時(shí)的三維立體效果如圖4所示。

圖4

旋風(fēng)銑加工球面三維立體效果圖4.主軸偏轉(zhuǎn)角及對刀尺寸計(jì)算采用旋風(fēng)銑裝置加工球面時(shí)，機(jī)床主軸需偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度α，根據(jù)圖5所示的旋風(fēng)銑加工原理圖進(jìn)行如下計(jì)算。

圖5

旋風(fēng)銑加工原理圖5.旋風(fēng)銑加工裝置的設(shè)計(jì)旋風(fēng)銑加工裝置主要由刀片4、對刀塊2及刀體1等零件組成，具體結(jié)構(gòu)如圖6所示。刀體的錐柄部分裝入銑床主軸錐孔內(nèi)，刀體下部開有兩條5.2mm×10mm的導(dǎo)槽，用于安裝刀片。兩刀尖的距離應(yīng)為球面的弦長尺寸（后面另有計(jì)算），必須嚴(yán)格保證。調(diào)整時(shí)，將對刀塊裝入刀體定位孔內(nèi)，用六角頭螺栓5進(jìn)行緊固，當(dāng)兩刀片貼靠到對刀塊定位圓柱面后，用內(nèi)六角頭螺栓3對刀片進(jìn)行緊固。刀片緊固后，可松開六角頭螺栓5，取出對刀塊。

圖6

旋風(fēng)銑裝置裝配圖1.刀體

2.對刀塊

3.內(nèi)六角螺栓M8×16

4.刀片

5.六角螺栓M12×55根據(jù)以上原理，設(shè)計(jì)出刀體的結(jié)構(gòu)，如圖7所示。

圖7

刀體圖8所示為對刀塊的具體結(jié)構(gòu)。

圖8

對刀塊按照以上設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)整機(jī)床與刀具的正確位置后進(jìn)行加工，選擇二次進(jìn)刀，粗加工時(shí)切削深度為3mm，主軸轉(zhuǎn)速為600r/min，粗加工后球面的單邊留量為0.5mm，以保證刀尖不易磨損，同時(shí)得到所要求的加工表面粗糙度值；精加工時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速為950r/min，操作時(shí)注意手搖分度頭時(shí)應(yīng)盡量均勻一致。實(shí)踐證明，采用旋風(fēng)銑削加工工藝后，效率得到明顯提高，加工精度滿足產(chǎn)品圖樣要求。6.結(jié)語采用旋風(fēng)銑加工工藝后，閥芯球面的加工效率和精度較數(shù)控加工有了明顯提高，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到了使用要求。具體優(yōu)點(diǎn)是：①生產(chǎn)效率得到提高。原來在數(shù)控車床加工一件閥芯約需30min，現(xiàn)在利用旋風(fēng)銑工藝只需10min即可完成，工效提高了三倍。②加工精度滿足了使用要求。原來加工后的工件其表面加工紋理沿圓周分布，且溝槽較明顯，表面粗糙度值Ra=6.3цm