铣削圆弧面和球面案例分析

2018-05-31中车北京南口机械有限公司102202郑文虎张明杰

金属加工(冷加工) 2018年5期

关键词：铣头铣床铣刀

■ 中车北京南口机械有限公司（102202）郑文虎张明杰

1. 用飞刀铣削较大半径圆弧面

要加工较大半径（几十毫米到几万毫米）的内、外圆弧面时，可在立式铣床上把立铣头扳转一个角度α，用飞刀进行铣削，如图1所示。但在铣削外圆弧面时，工件圆弧半径R受到刀具旋转半径r及工件长度的限制，只能铣削较短的工件。

图1

当铣头主轴中心线垂直于铣床工作台面时，即α=0°，走刀铣出的已加工表面为一平面（即R无穷大）。当α≠0°时，所铣出的表面为内或外圆弧面。圆弧面半径的大小，与铣头所扳角成反比。铣床立铣头倾斜角α的计算公式为

式中，α为立铣头主轴倾斜角（°）； R为工件圆弧半径（m m）；r为飞刀旋转半径（mm）。

2. 用小直径刀盘和回转工件台铣削大直径球面

在生产中有时遇到球径d＞300mm的外球面，其加工精度和表面质量要求较高。为此，可在卧式铣床上，把工件安装在回转工作台上，采用刀盘进行铣削和滚压加工，如图2所示。

图2 铣削大球径球面1.工件 2.刀头 3.刀盘

（1）铣削球面原理：在铣削球面时，只要使盘形铣刀和工件同时旋转，并使它们的旋转中心相交于球心，铣刀刀尖在工件所形成的轨迹就是球面的一部分。只要工件旋转一周，工件表面就是一个球面。

（2）工件的安装和铣刀直径的选择：把图2所示的工件1和回转工作台一起安装铣床工作台上，并找正工件中心与回转工作台中心同轴，用万向联轴节把回转工作台传动轴与铣床光杠传动齿轮轴连接，通过铣床光杠传动，带动回转工作台旋转，形成铣削时的进给运动。刀盘刀尖的旋转直径D应大于球面宽度B，一般D=（B+10）mm。

（3）铣削方法：工件在回转工作台上安装好后，首先移动铣床纵向和升降工作台的位置，使刀具旋转中心线和工件球面中心相重合，其方法可采用划线和试切法，直到铣出的刀纹为交叉网状纹。铣削用量，在粗铣时，vc=100～150m/min，vf=50～100mm/min，ap=2～4mm；在精车时，vc=150～180m/min，vf=30～60mm/min，ap=0.5mm左右。此时工件球面的表面粗糙度值可达Ra=3.2μm。

（4）球面的滚压加工：为了使球面表面粗糙度值达到Ra=1.6～0.8μm，可采用图3所示的滚压工具，把它安装在刀盘上，对球面进行滚压。滚压时，使滚珠1与球面接触后，在横向进刀0.05～0.08mm，使其滚珠对工件有一定压力。这时vc=50～80m/min，vf=25～30mm/min，并在工件表面涂上润滑油，对球面进行滚压。

3. 用回转工作台和刀盘铣削截球面

图4所示为大直径截球面工件。铣削前，先将粗车好的工件顶面划一以工件中心的圆线，其尺寸为图样要求的直径。然后在工件毛坯外圆上划一条垂直于铣刀旋转中心的线，并在此线上划出中心点E，通过E点的水平面划一条圆周线，再测量出此线的圆周直径D。将划好线的工件安装在回转工作台上，将立铣头在垂直面内扳转一个α角，α角用下式计算：

图3 滚压工具1.滚珠 2.支承套 3.销轴 4.轴承5.锁母 6.工具体

图4 铣削截球面1.工件 2.立铣头 3.刀盘

式中，D为工件上E点的回转直径（mm）；R为工件球面半径（mm）。

铣削时，调整盘铣刀刀尖旋转直径大于B，并将铣刀的旋转中心线对准E点，采用纵向吃刀进行试切，再通过微调横向工作台，待铣削出的刀纹为交叉网状纹，就说明工件横向中心已对准刀具旋转中心了。再纵向吃刀，与工件顶圆相切时，停止纵向吃刀，转动回转工作台进行走刀圆周铣削，即可铣出球面。在铣削过程中，为了保证球面轮廓度，应用样板检测。如发现与样板不符，应采用调整升降和纵向工作台来消除。

4. 铣削带柄外球面

在立式铣床上，用分度头和刀盘铣削带圆柱柄的圆球，如图5所示。是将工件安装在分度头上，然后把分度头扳起一个α角，α角的数值用下式计算：

式中，D为圆球直径（mm）；d为圆柱柄直径（mm）。

调整盘铣刀刀尖旋转直径e，按下式计算：

式中，D为圆球直径（mm）。

图5 铣削带柄的圆球

铣削时，调整铣床工作台，使铣刀旋转中心对正工件球心后，先垂直进给，当刀尖快要接近B点时，停止垂直进给，再用手慢慢摇动分度头手柄进行圆周进给，使工件转动一周，即可铣出圆球。铣削时的切削用量，vc=150～180m/min，ap=2mm左右。一般分为粗铣和精铣，在粗铣后，进行测量球径，根据余量大小，再垂直吃刀进行精铣。