内球面车削工具的研制

摘 要：在普通车床上车削球面工件，一般加工方法是：直径小的或精度不高的圆弧面可用成形车刀或用半圆弧车刀双手控制法车削。用成形刀加工时由于刀头太宽，加上刀头的圆刃难以磨出准确的圆度、刀刃与工件接触面大、容易产生振动、尺寸精度难保证。双手控制法更由于双手走刀动作难以协调，时快时慢，使刀尖走过的轨迹与球面要求的圆度难以相符，表面凹凸不平，表面粗糙度达不到要求。对于精度要求高的圆弧及球面，特别是较大的圆弧表面工件，以上加工方法是不理想的。如果设备条件充足，最理想是利用数控车床加工。但一些小型工厂设备简陋，缺乏高精设备，只能考虑在普通车床上采用专用工具加工。专用工具加工圆球、圆弧的方法很多，根据产品加工的需要，作者设计制作了一套内球面车削工具，用作加工带内球面的工件。文章主要介绍车削工具的研制及如何在普通车床上加工进行论述。

关键词：大圆弧球面工件；内球面车削工具；车刀

前言

经过参阅大量的技术书籍，作者设计了内球面车削工具制作方案：拟采用连杆可调节式结构原理制作，特点是操作简单，装夹方便，有较大的半径调节范围，通用性强，效果好，能用于批量生产。在试制过程中又考虑到工件材料强度虽然不高，但塑性和韧性大，存在切削加工性能较差，加工硬化趋势强烈，切削负荷大，导热性差等问题，分析了加工时热量易集中在切削刃上，产生积屑瘤，使刀具出现磨损加剧情况，刀具也作了一些改进。对加工的主要难点如精度要求高，表面粗糙度难控制，加工质量不容易保证的问题探索，拟出最佳的切削用量。具体研制过程如下：确定研制方案――查阅相关资料――绘制图样――零件加工――装配――实物试验――改进完善――投放生产实习教学及产品加工中。文章主要介绍在普通车床上如何使用内球面切削工具进行加工。

图1 内球面车削工具

1 问题的提出

工件原来是在普通车床上车削加工，在精加工时要求一次完成及内球面的车削，在加工过程中很难控制表面粗糙度。根据普通车床的加工特点，刀杆不能伸出太长，否则刚性不足，强度降低，在加工过程中用两手来控制，利用大滑板和中滑板来控制，或者利用中滑板和小滑板来控制进行切削。使用双手纵横联合进刀加工方法，不仅效率低，质量也不容易保证。孔壁的表面粗糙度值很难控制，对操作者的操作技能要求很高，质量很难达到要求，也难以适应大批量生产。经过研究探索设计制作了专用加工工具进行车削解决生产中的技术问题。

随着科学技术水平不断发展，先进的加工设备日益增多，车削内球面也不难，如在数控车床上进行车削，尺寸精度及圆度都容易控制，效率又快又好，编程中只需知道大径或小径及R半径值就可以车削出来了。而目前我们在很多小企业是没有数控车床的。为了满足生产的需要，使工件加工质量保持稳定，提高生产效率，解决没有数控车床加工内球面的不足，设计了车削端面内球面的专用刀具，可在普通车床上进行端面内球面的切削加工。

2 工具的设计

按照工件的深度和内圆R直径，根据连杆机构的原理，设计的车削端面内球面专用刀具如图1所示。

如图2所示，车削内球面的专用刀具主要由压刀螺钉，推杆，推杆座，圆柱销，左螺杆，螺母，调整螺母，右螺杆，锥柄，车刀，平键等组成。圆柱销4的一端是滑杆座3，它紧固在刀架上，滑杆2可在滑杆座3内滑动，孔内以平键13定位，不能转动，圆柱销10的一端是莫氏锥柄11固定在尾座中，两圆柱销的中心距为内球面的加工尺寸R，旋转调整螺母7使其螺孔内左螺杆和右螺杆9作相反方向移动，从而改变中心距的长短，以适应加工各类不同尺寸的内球面。

为了避免在车削内球面过程中，连杆机构出现死点，在组装专用刀具时应将旋转体向前移动一个角度。

工件应进行消除内应力处理，经粗、精车内端面孔，外圆后。将专用刀具安装上，利用推杆座固定在车床的刀架上，连接莫氏锥柄固定在车床的尾座上，调整其两个左右螺杆的中心距为内球面的加工尺寸R。加工时，中滑板作横向移动，通过推杆作轴向移动，带动连杆旋转，从而带动车刀切削出内球面，需要调节内球面中心和球面深度时，使尾座套筒前伸或后移，若需要改变内球面半径时，可增大或缩小调节左右螺杆及调整车刀的伸出长度。

3 刀具的选择

设计专用刀具应考虑能使切屑顺利排出，尽量提高刀杆的强度和刚度，避免加工过程中刀杆的振动，确保加工精度，并实现刀具的移动，达到车削内球面的功能。

车削时，刀具的选择，我们平时在车削圆弧时，基本上都是用圆头车刀来进行车削，很少用尖刀或螺纹车刀来进行车削，选择这些刀具来进行车削，对操作者的技术要求很高，需要用左右手同时作纵向进刀和横向进刀。而作者使用了内球面车削工具后，除了圆头车刀外，还可以使用尖刀及螺纹车刀来进行车削。使内球面表面粗糙度值能够达到要求。

车削时，在工件右端面进行对刀，可以控制内球面的尺寸。为避免切屑成带状缠绕在车刀上，拉伤孔壁，根据精车时的切削用量在车刀上磨出合适的断屑槽，控制断屑效果。用高速钢车刀时，应加充足的切削液。

图2 内球面车削工具加工原理图

精车时车刀要保持锋利，增强刀头的强度，改善散热条件，减小摩擦和由此而引起的加工硬化趋势，车刀还应具有合理的切削角度。加工时随时观察切屑的形状和颜色，注意排屑的情况，以及加工时刀具在孔中发出的声响，用手触摸刀杆观察其振动情况。如出现反常现象，应立即进行检查，并采取措施予以解决。

4 合理的切削用量

选取合适的切削用量是车削质量的保证，刀具要保证排屑顺畅才有好的车削效果。粗加工时切削速度不宜过快，以免产生振动，可使用锋利的高速钢车刀，加充足的切削液进行，精加工时换硬质合金车刀，切削速度可选高些。

5 使用效果

用此方法车削的内圆弧球面精度准确，由于是利用车床中拖板的手柄自动进给，粗、精车加工选择不同的进给量，走刀均匀，刀纹细腻，球面表面粗糙度Ra值达3.2μm以上。

6 结束语

在普通车床上通过专用工具，实现了内球面的车削，不仅生产效率提高，加工成本降低，而且加工质量可以得到保证。

内球面加工工具结构简单，使用方便，加工尺寸可以调节，适用范围较大。其特点是制造容易，拆装方便，操作简单。最适宜批量加工特殊形面工件。由于制作了这套教具，本校车工专业中级、高级、技师班的实习课能够增加了这方面内容教学。

“车削内球面工具”作为教具进行实习教学，又可作为工具加工产品时使用。已在本校车工专业作为实用性工具、教具。由于结构简单，制造容易，操作方便，有一定的推广使用价值，也可作为解决类似问题提供参考。由于研制者水平所限，工夹具难免存在一些不足，如刚性稍差等问题，有待进一步改进和完善。

在车工生产实习教学工作中，为了促使学生理论结合实践，致力培养和提高学生整体操作技能和应变能力，根据教学改革的需要，作为技工学校，培养的学生应具备掌握全面技能及解决生产实际的能力，目前教材及教学大纲内容比较单一。把工辅具的研制技能也作为一项教学内容，目的是提高学生整体操作技能及应变能力，培养学习者的创造性思维。作为实习指导教师，技能的传播者，一定要多想办法，多动脑筋，发挥自己的主观能动性，才能把专业实习课搞得更活，培养更多适应市场需求的人才。通过实践，收到较好的效果。

参考文献

[1]车工工艺学[M].中国劳动出版社，1996.

[2]车工技能训练（第四版）[M].中国劳动出版社.

[3]上海柴油机厂工艺设备研究所.金属切削机床夹具设计手册[M].机械工业出版社，1984.