普通机床加工曲面零件的工艺技术分析

张桂霞

（包头职业技术学院，包头 014000）



普通机床加工曲面零件的工艺技术分析

张桂霞

（包头职业技术学院，包头 014000）

摘 要：用于加工简单零件的普通机床，在加工曲面零件时需对普通机床进行一定程度的改造与变动，以达到加工曲面零件加工所需的精密度。本文对普通机床加工弧形曲面零件、时刨床、中样板刀等部件进行改造，并对普通机床加工曲面零件的基础设备做了详细分析，同时指出普通机床加工曲面零件实际操作中需重视的注意事项。

关键词：普通机床 曲面加工 工艺研究

虽然我国当前设计加工曲面零件的机会较少，但是曲面零件加工不能长期依赖国外技艺。随着零件加工行业的发展，弧形曲面零件的加工需求迅猛增长，而我国零件加工普遍使用普通加床，加工曲面零件难度较大。基于此，文章以加工轴流转桨式水轮机的转轮为例，对普通机床加工弧形曲面零件所需做的准备工作进行分析，同时对普通机床加工曲面零件所需进行改造的零部件进行深入探讨。

1 概述

本文以轴流转浆式水轮机的转轮零件为例，分析曲面零件在普通机床的加工工艺技术。轴流转浆式水轮机可分成两大部分，即转动叶片与转轮体。轴流转浆式水轮机的叶片通常有4-6片，其形状有弧度的扇形，整体外缘线型也为曲面。该类曲面零件在普通机床加工事，需要按照其特定的形状、大小以及外缘线型特征进行，以保证零件与轴流转浆式水轮机的吻合。普通机床加工轴流转浆式水轮机曲面零件——叶片的原理是：利用模型间的相互活动（带有弹簧的刀杆带动着刀具，依照着靠模的形状运转，刀具在这样的运转下就会在加工的零件上留下其户型的运动轨迹）对零件的弧形曲面进行加工。

2 曲面零件在普通机床上加工工艺技术的改进

2.1 改进加工曲面的普通车床

普通车床加工曲面零件必须有足够的切削运动方式。普通车床加工普通零件的切削运动只有简单的主运动、横向进给运动、纵向进给运动几种，而加工曲面零件则必须按照铣床加工曲面必须的切削运动要求，在主运动、横向进给运动、纵向进给运动的基础上再加入垂直进给运动、纵横合成进给运动，并在增加相应切削运动方式的同时进一步改造加工车床。

2.2 切削运动改造部件分析

普通车床切削运动具备主轴旋转、纵向进给运动部分、横向进给运动部分。主轴旋转由卡盘与工件一同做旋转运动，是车床主运动部分。然而，曲面槽切削加工时不需要这一部分参与。从人员安全与设备安全方面考虑，应当对卡盘进行拆卸，并给主轴安装防护罩。纵向进给运动是大滑板在丝杆的带动下，沿着车床导轨进行反复运动。这一部分与加工曲面槽的纵向进给运动相符合，可以原样保留。横向进给运动是根据垂直于车床的导轨做水平垂直方向的进给运动，与加工曲面槽所需的横向进给运动相符合，也可原样保留。加工曲面槽还需要在车床上加入控制切削深度的垂直进给运动，该进给运动需垂直于车床导轨进行。此外，还需加入切削S型曲面槽的纵横合成进给运动。

2.3 加工曲面零件所需的立铣头设计

传统的铣刀传动机制为：电动机电源接通→皮带轮随之旋转→三角带带动塔形皮带轮旋转→皮带轮带动立铣头主轴旋转→主轴带动铣刀旋转。传统的铣刀垂直进给运动流程为：放松锁紧器→旋转齿轴→齿轮与齿条啮合带动机架做上下直线移动→铣刀做垂直进给运动。加工曲面零件时，需设计特定的立铣头。首先，在立柱的侧面安装一根齿条。齿条由2只圆锥体销子定位和2只M12螺栓固定在立柱上。机架中间的内孔与立柱的外圆配合，齿轮箱的齿轮与齿条啮合。当转动齿轴时，机架随着齿轮沿着齿条上下移动，即铣刀可以做垂直方向的进给运动。然后，再在机架一端安装电动机，塔形皮带轮的内孔与电动机的转轴配合，拆去车床上的小滑板和刀架，将中滑板转盘T形槽上的两只螺栓与立铣头立柱上的两个固定孔配合固定。

2.4 曲面槽的靠模法

曲面槽的靠模法是指滚轮在车床大滑板进行纵向进给运动时，沿着固定靠模板的模型曲面做运动，当滚轮进行纵横合成进给运动时，铣刀加工出与固定模版中模型曲面一致的工件表面。

2.5 普通车床铣削加工工作台的添置

曲面零件的加工技术中，铣削加工工作台是必不可少的装置，如图1所示。可在普通车床两端的导轨上设置2副支撑座、2副压板，以螺栓等将支撑座、压板与车床床身进行固定。在固定好的装置上放置工作台，以螺栓等对支撑座与工作台进行加固。这样就可得到一个与车床导轨平行度高的铣削工作台面。

图1 铣削加工台

3 普通机床曲面叶片优化设计

3.1 普通机床曲面零件加工原理

由于轴流转桨式水轮机的转轮叶片外缘为弧形曲面，其叶片形状多为扇形。普通机床加工该类零件时，加工刀运动轨迹必须贴合叶片外缘。为加工出符合转轮体曲面与间隙的叶片，通常普通车床需通过两个刀架和弧形靠模以及弹簧刀杆的配合运动完成。具体表现为，刀具在弹簧刀杆的带动下沿着靠模进行运动，通过刀具的运动轨迹得出加工零件所需的弧形轨迹，从而完成曲面零件的加工。

3.2 普通车床加工曲面零件的基础设备要求

普通机床通常用以加工造型较为简单的零件。在加工曲面零件时，需要对普通机床进行适当改造，使其至少具备2个刀架、适用的靠模、弹簧刀杆、合理的加工尺寸范围。加工尺寸范围的设定，可以根据2倍的弹簧刀杆尺寸、加工转轮的直径距离以及靠模的长度三方面尺寸的总和来进行。由于转桨水轮机的转轮一般都有约3m的直径，那么加工的弹簧刀杆长度、加工转轮的直径、靠模长度分别为0.6m、2.5m、0.3m。根据以上尺寸计算，加工立车尺寸应大于5m。尺寸在5m左右的立车设备配备与生产安排难度较大，若投入大尺寸的立车与大尺寸的靠模装置，其成本非常高。因此需要尽量缩小立车尺寸，并尽量在不使用靠模装置的条件下完成水轮机转轮的叶片外圆加工。

此处之所以要省去靠模装置，是因为当水轮机转轮叶片的转轮直径过大时要利用普通3.4m左右的立车完成加工，而靠模装置的尺寸与水轮机转轮叶片的转轮直径差距很大，无法使用。普通机床在不使用靠模装置的条件下加工水轮机转轮叶片，需选择正确的刀具。其中，刨床加工中的弧形部件加工样板刀，加工出的工件形状以及精确度能与加工要求基本相符。但是，该样板刀在加工水轮机转轮叶片时，与工件的接触面积较大。工件与刀具双方所承受的刀削力都过大，因此直接使用刨床弧形部件加工样板刀的方式显然也不可取。因为立床与刨床在结构上存在较大区别，其加工方式不同，两者的刀具要求与刀具使用方法也不同。所以，可在刨床样板刀的基础上，加工定制适用于立床用的样板刀。同时，需正确对立床样板刀安装进行找正、装夹以及对刀，避免工件挤动或刀具松动等给加工过程造成阻碍。特别是夹装过程与对刀环节必须密切注意，以免对加工进度造成不利影响。此外，需注意，当加工过程中使用了靠模装置时，加工的位置应选在叶片关闭处，以利于样板刀运动。

3.3 加工操作注意事项

（1）为保证加工质量与精确度，进行轴流转桨式水轮机的转轮叶片加工前，需对叶片旋转的中心线进行标注，同时对叶片旋转的垂直线进行正确标注。正确的标注可以保证加工道具固定位置在牢固稳定的同时具备准确度，刀具的中心线也可以叶片旋转中心为目标进行重合。

（2）曲面叶片加工时，为减小精加工中的切削力、进刀量以及刀具磨损等，需改进切削方式。此外，在粗加工过程中，需计算出精确的转轮叶片直径、球形轨迹长度，以确定走刀轨迹。

（3）由于精加工时，立车与刨刀的走刀方式不同，自动走刀的方式又不可取，因此可采取手动进刀方式以控制进刀量的精确度。进刀过程中，最需要关注的是刀具与工件的接触面积，因为刀具与工件接触面积的微妙变化会造成进程异常。当刀具与工件接触面过大，产生刀台剧烈抖动或者产生怪响等现象时，应停止加工。

（4）应随时对加工精度进行检查。可在刀架上安装样板，并保持工件旋转状态，以塞尺对样板与工件进行衡量对比，以适时检查两者差距。

4 结语

当前，普通机床加工曲面零件的工艺技术较为复杂。由于普通机床自身欠缺直接加工弧形曲面零件的条件，因此加工前，必须对普通机床进行改造。例如，适当删减与加设切削运动，根据曲面零件加工要求设计立铣头，选择、开发合适的靠模，设置铣削加工台等。在曲面零件加工过程中，需要注意保证加工精确度，控制好切削力和进刀量。同时，要时刻注意检查加工精度。

参考文献

[1]李闪林.浅谈普通机床加工的曲面零件工艺[J].山东工业技术，2015，（15）：9.

[2]刘凡，周靖明.普通机床加工曲面零件工艺研究[J].无线互联科技，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