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一種利用普通車床加工球面的車刀工裝設計

2024-8-23 來源：云南能源職業技術學院作者：高關勝

［摘要］普通車床不能自動控制車刀的走刀軌跡，加工球面難度較大。文章介紹一種在普通車床上加工球面的車刀工裝夾具，保證普通車床加工球面的精度。

［關鍵詞］球面；工裝設計；普通車床

0 引言

隨著社會需求的不斷提高，機械零件的結構越來越復雜，加工難度越來越大。特別是復雜曲面的加工，基本上都需要使用數控機床。對于球面的加工，采用普通車床，可以減少高端設備的投入，降低加工成本，但是存在效率、精度低、操作繁瑣等缺點。為了解決這些問題，設計了一種利用普通車床加工球面的車刀工裝。

1、普通車床加工球面的方法

（1）手動車削法。兩手配合，搖動車床大拖板和中拖板的進給手柄，車削出圓弧的大致形狀。然后用樣板檢驗圓弧，修整不符合尺寸要求的地方，直至達到尺寸要求。該方法加工精度低，加工出的球面圓度誤差一般大于 0.5mm，無法滿足零件質量要求。同時加工質量靠操作人員的技術和手感控制，加工效率低，僅適合單件加工。

（2）靠模車削法。車床中拖板的進給由靠模實現，這種加工方法優點是加工精度和效率較高，缺點是半徑較小的圓弧不易加工，不能加工半球面以上的球面。由于產品精度全靠模板精度來保證，模板在使用過程中，容易磨損，而且磨損量不均勻，因此產品質量不穩定。同時，模板安裝需改變機床機構。因此，在大批量生產時，這種方法也不宜采用。

（3）成型刀車削法。對于小直徑球面加工，這種加工方法能保證表面粗糙度和尺寸精度。加工半徑較大的球面時，由于成型車刀的刀刃較寬，切削抗力較大，易產生振動。因此，其加工精度和表面粗糙度都較低。

針對以上加工方法存在的缺陷，設計一套加工球面的專用車刀工裝。該工裝結構簡單，使用和維護方便，不但能保證產品的加工精度，而且產品的質量也很穩定，能保證了產品的互換性。

2、普通車床使用的球面切削工裝的設計

2.1　設計原理

球面工件的車削運動，可分解為工件以主軸軸線為中心的旋轉運動和刀具以主軸軸線上一點為中心的圓周運動。工件的旋轉運動由主軸帶動，比較容易實現。文章設計的工裝解決刀具以主軸軸線上一點為中心的圓周運動。

2.2　設計目的

（1）確保加工精度。工裝的使用，對加工人員技術要求降低，不需要通過經驗去控制刀具做圓周運動。通過工裝即可讓刀具做標準的圓周運動，提高加工精度。

（2）提高加工效率。工裝的使用，使加工操作簡化，減少加工輔助時間，提高生產力。

（3）增強安全性。工裝的使用，可以使加工球面時，操作簡單方便，避免因操作不當造成的意外傷害。

（4）提高經濟效益。工裝的使用，可以減少加工過程的人工投入和時間成本，提高經濟效益。

2.3　設計思路

根據工裝設計的目的，以及機械零部件設計的理念，工裝的設計要達到以下要求 :

①工裝整體結構力求簡單，要求工裝零部件加工工藝性好、工裝整體裝配簡單。②工裝便于調節，能調節刀片位置，加工不同尺寸的球面。③工裝能安裝在車床刀架上，減少換刀的操作。

2.4　工裝結構

該車刀工裝采用中望3D 繪圖軟件建模，設計的主體結構，如圖1所示。

（1）刀桿。刀桿整體呈 L 形，如圖2所示，材料為不銹鋼板材，首先在銑床上加工出 L 形，根據刀片尺寸在銑床上銑出刀槽，刀槽用于安裝刀片，通過螺釘緊固刀片；腰槽用于刀桿和刀桿固定座連接，可以根據所加工球面尺寸調節刀片位置。如圖1所示，當加工尺寸較大的球面時可將刀桿往上調，刀片就遠離工裝中心，刀片轉動圓周半徑變大，反之加工小球面時，刀桿往下調。