典型内球面零件的车削加工

摘要：内球面零件由于加工表面比较特殊加工起来有一定难度，特别是对于加工精度要求较高的零件，如不采取特殊措施，零件的加工质量很难保证。在实际生产中，只有制定合理的加工工艺并设计专用夹具才能有效保证零件的加工质量。文章介绍一种简单、实用的内球面车削夹具和车削方法。

图1 球铰接头

1.内六角螺钉 2.借杆 3.滑杆座 4,10.圆柱梢 5.左螺杆 6,8.螺母 7.调整螺母 9.右螺杆 11.莫氏锥柄 12.刀杆 13.陷入平键
图2 夹具结构图
 

1.刀片 2.刀杆 3.垫圈 4.压板 5.螺钉
图3 刀具的装夹方法
 

图4 刀具的角度
 

图5 切入深度的计算简图
 

    在振动压路机中有一些典型的内球面零件，如球铰接头(图1)，其内孔形状为半径为R的球面，若采用手动车削，球面的加工精度不高且表面粗糙，与其它零件配合时，不能实现良好的面接触，装配质量难以保证。使用旋风车削工具车削，虽然能够保证加工质量，但工具成本较高，制造较为复杂。我们根据零件的结构特点，制订了合理的加工工艺流程并设计了一套专用内球面车削夹具，可以保证该类零件的加工质量。

1 夹具结构和使用原理

    如图2所示，该夹具采用连杆可调式结构，由内六角螺钉1、滑杆2、滑杆座3、圆柱销4和10、左螺杆5、螺母6和8、调整螺母7、右螺杆9、莫氏锥柄11、刀杆12和陷入平键13组成。滑杆座3紧固在刀架上，滑杆2可在滑杆座3内移动，并用陷入平键13定位。莫氏锥柄11固定在尾座中。两圆柱销4和10的中心距应等于内球面的加工尺寸R。旋转调整螺母7，使其螺孔内的左螺杆5和右螺杆9作相反方向的移动，从而改变两圆柱销的中心距，以适应加工各类不同尺寸的内球面。具体使用方法是：中拖板自动径向走刀或手动进刀带动刀架上的滑杆2进行车削。

2 刀具类型及角度

    刀具为机夹式结构，刀片牌号为YT15,型号为3K1002B2; 77杆部分选用45号钢，热处理至HRC40～45，刀头的装夹方法如图3所示。刀杆上的刀槽具有10°的安装前角，使刀片在安装后可获得较大的前角，从而使切削轻快。刀片的几何角度见图4。

3 加工设备

    设备选用C630车床，通过换装不同尺寸的左螺杆5、右螺杆9和调整螺母7，该夹具可加工R为100～1300mm的内球面。

4 加工过程

    由于内球面的切削余量较大，且分布不匀，因此在加工时分为粗、精车两道工序。加工时，首先要根据零件图纸球面尺寸来计算刀具切入深度和切入角度。已知该零件球面半径SR=80mm，零件内球面的直径d为Ø110，如图5所示。首先根据公式： sin2a= d /2SR
式中：a——切入角，°
d——内球面表面直径，mm
SR——内球面半径，mm
可得： sin2a= d/2SR= 110/2*80=0.687 

查表得知：2a=86°，则a=43°
球面切入深度t为:
t=SR-SRcosa=80-80cos43°=80-58.51=21.49mm
根据计算结果，调节车削深度时，只需要同时移动尾座轴和大拖板同方向、同距离即可。

5 切削用量选用
    粗车时，切削速度V=50～80m/min，走刀量S=0.15～0.40mm/r，切削深度t=0.5～4mm;精车时切削速度V=150～250m/min，走刀量S=0.02～0.03mm/r，切削深度t=0.2mm。

6 使用效果
    该夹具操作简单，装夹方便，有较宽的半径调节范围，通用性强，使用效果好，加工零件的表面粗糙度小于3.2，且能够提高工效，适于批量生产。