数控车削球体的一种简单方法

湖北省宜都市职教中心 (443300) 张丰云

湖北省十堰市高级技工学校 (442011) 孙日霞

我们经常会遇到单件不同直径要求的钢球的加工。若采用成形刀加工，刀具制造费时费力，成本较高;若用数控车床常规程序加工，编程麻烦，使用刀具较多。在分析现有球体车削方法的基础上，提出一种采用切刀在数控车床上加工球体的简单方法。

1.车削球体的方法

(1)样板车削法:由于样板车削法所需的工人技术水平较高，不易初学者加工，而且车制的球体很难达到零件要求的各项参数，特别是表面粗糙度。生产效率极低，只适用于单件生产。

(2)靠模车削法:生产效率高，能达到零件所需的各项参数，但是模板制造周期长，而且需要专门的成形车床，不能灵活应用，这样就增加了制造成本。这种加工方法不易在一般的生产厂推广。

(3)成形车削法:只适用于半径小的球零件。如果球体半径过大，很容易产生振动，这是在机械运动中不允许出现的问题。刀具制造起来也麻烦，费时费力，而且生产不灵活。这种加工方法也只适用于成批生产中。

(4)数控车削法:生产效率高，零件的各项技术参数也能达到，但采用常规方法加工，编程麻烦，适用刀具夹具较多。①左、右偏刀方式。采用右偏刀用G71 车右半球;预先在左部制出凹槽，采用左偏刀用G71 车左半球。各刀对刀方便，刀具工作条件好，适应能力最好。②圆头刀方式。用圆头刀走整圆一刀加工，表面光滑，编程简单，对刀方便，但刀具工作条件稍差，工件圆度取决于刀圆头精度，一般用专用刀片，价格较贵。③切槽刀方式。用切槽刀左刃切右半球，用槽刀右刃切左半球。切刀侧向刚性差时可用逐层直进法进刀粗切。

2.加工方案

以车削φ50 mm 钢球为例，材料选用φ52 mm 圆钢(具体根据要求选定)，刀具选用普通切断刀即可(设刀宽为4 mm)，最好为硬质合金切刀。加工思路为采用切刀进行球体加工，主要是利用切刀的左右两个刀尖分别加工左右半球，而又不产生干涉，但是在编程加工时只能使用一个刀位点，因此在编程时要进行相关计算。一般选用左刀尖，加工左半球(图1 中点1 到点2)时使用左刀尖不需进行调整;过象限后必须是右刀尖实际切削右半球(图1 中点2到点4)，但编程仍为左刀尖，因此在过象限点后，要先将刀具沿Z 轴平移一个刀具宽度(4 mm)(图1中点2 到点3)，再按左刀尖编程。

图1 粗加工路线图

(1)粗加工:编程加工前将毛坯加工至φ50 mm。为了保证粗加工时有较好的刚性，同时使切刀在粗加工左半球时有足够的进刀位置，先用切刀在左边切除较宽的沟槽(图1 中的φ18 mm 处)，同时作图算出4 点的坐标值。粗加工留0.5 mm 余量进行精车。由于余量不均匀，切刀侧向刚性差，要进行多次粗加工，采用子程序构成循环，每次走刀路径为图1中点1→点2→点3→点4 的同心路径。

(2)精加工:为了减少精车切断球体连接处的切削力，在精加工前将该处切至10 mm (见图2)，再按图2 中点1→点2→点3→点4 (以左刀尖为刀位点)的顺序进行精车。

图2 精加工路线图

3.参考程序

(1)主程序:

(2)子程序:

4.注意事项

(1)切刀的有效切削长度要足够，至少长度大于球体直径的一半以上;切刀的刃磨和装夹尽量做到主切削刃与主轴轴线平行。

(2)要提高圆弧面的表面质量，可采用有恒线速功能的机床进行加工。

(3)车削不同直径的球体，只需要将相应坐标值进行适当调整即可。

(4)由于刀具在车削球体的过程中左、右半球分别由左、右刀刃切入加工，因此左、右半球的圆心有微量偏移而不重合，一般小于0.1 mm，所以在编程时应根据实际加工情况酌情补偿。

(5)也可以采用G73 循环指令进行编程。数控车床采用滚珠丝杠且已加载预紧，间隙小，尺寸不波动。实践加工证明，这种用子程序编程、切刀加工的简单方法，加工过程工序集中，一次装夹可完成球体加工，表面粗糙度和尺寸精度均可保证。