普通车床对典型曲面零件的加工技术探讨

来源:用户上传      作者:

　　摘  要：相较于一般形状较为规则的零件，曲面零件的构成更加复杂，因此，如何利用普通车床来加工形状精度要求非常高的曲面零件，值得深入探讨。加工曲面槽零件，首先需要对普通车床进行技术上的结构改造，然后再按照一定的工艺流程进行加工。利用普通车床加工曲面叶片零件，则需要配备好符合技术要求的硬件，对一些操作的注意事项应引起足够重视。
　　关键词：普通车床;加工;曲面槽零件;曲面叶片零件;工艺流程
　　中图分类号：TK263.3         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）10-0103-02
　　Abstract： Compared with the general parts with regular shape， the composition of curved parts is more complex. Therefore， how to use the ordinary lathe to process curved parts with very high shape accuracy requirements is worth in-depth discussion. To process curved groove parts， first of all， we need to carry out technical structural transformation of the ordinary lathe， and then carry on the processing according to the certain technological process. In order to process curved blade parts with the ordinary lathe， it is necessary to equip the hardware which meets the technical requirements， and pay enough attention to some operation precautions.
　　Keywords： ordinary lathe; process; curved groove parts; curved blade parts; technological process
　　掌握普通车床对曲面零件加工的技术，可使一些小型制造企业在有限的生产设备条件下，能够完成较为精密的曲面零件加工，这对于节省生产成本，推动小型制造企业实现可持续发展有着非常重要的意义。
　　1 普通车床对典型曲面槽零件的加工要求
　　1.1 車床改造
　　在运用普通车床加工曲面槽零件时，首先需要对普通车床加以改进，使其能够满足曲面槽零件加工需求。普通车床切削运动比较单一，主要包括主运动、纵向进给运动和横向进给运动。实际进行曲面加工时，除了需要上述基本的切削运动外，还需进行垂直进给运动与纵横合成进给运动等较为复杂的进给运动，这就需要结合曲面槽零件加工实际要求，做好普通车床的改造。
　　普通车床在进行切削运动时，主要依靠主轴通过旋转运动，带动工件与卡盘一起旋转，做等速运动，可以完成螺旋形状零件加工的必备条件，所以不需要再改进[1]。普通车床在进行纵向进给运动时，主要依靠丝杆带动滑板沿着车床导轨来实现，这与曲面槽零件纵向加工要求相符，因此可予保留，不需要再改进。普通车床在进行横向进给运动时，通常会与车床导轨呈垂直状态，并在水平垂直方向之上完成横向进给运动，这同样符合曲面槽零件横向进给运动加工要求，因此予以保留，不做进一步改进。
　　由于普通车床无法进行垂直进给运动，因此需要加以改造。同样，普通车床没有纵横向进给合成运动，需要做出改进，才能实现在普通车床之上完成曲面槽零件的加工。
　　首先是垂直运动改造。利用铣床铣削的运动原理来改造车床，以车代铣，铣削的实际运动原理过程如下：在接通电源后，皮带轮机开始旋转，同时在皮带的带动下，会带动主轴旋转，主轴转动自然会带着刀具转动，以此来实现铣刀的切削。要想实现机床刀具垂直运动，需重新设计一个刀具旋转系统，先在立柱侧面安装一个齿条，并通过两只圆锥体形状的销子，完成齿条的定位。同时将齿条通过两只M12螺栓固定在立柱之上。在机架中间，配置有相应的内孔，立柱的外圆正是通过这些内孔实现与机架的彼此连接与配合。齿条通过与齿轮箱的齿轮啮合，随着齿轴的转动，齿轮会沿着齿条移动，从而更好地带动机架上下移动，机架会带动刀具做垂直进给运动。刀具在具体做垂直进给运动时，需要先将锁紧器打开，然后接通电源带动齿轴旋转，随后在齿轮与齿条的协同运动之下，带动机架做上下垂直运行，因此机架之上的刀具便能够完成垂直进给运动。
　　其次是横纵向综合进给运动改造。可以主要采用靠模法，其基本工作原理为：伴随着普通车床做纵向进给运动，其中的滚轮能够沿着固定靠模板中的模型，完成曲面运动，在整个运动过程中，从加工点A到加工点D，滚轮会做横纵合成进给运动，此时在滚轮的带动下，刀具会从加工点B运动至加工点C，由于滚轮所运动的加工点AD轨迹与铣刀运动的加工点BC轨迹曲面相等，因此刀具会做出与滚轮相同的横纵向进给合成运动。横纵向进给运动实现的具体过程如下：应立足于普通车床之上，先将滑板横向丝杆拆除，然后将其靠近床身后侧的一端进行加长，在此基础之上，还应在横向丝杆之上，做好弹簧的配置，并且在滚轮与心轴的配合之下，采用销子成功将横向丝杆与心轴连接在一起，由于横向丝杆上有弹簧，因此能够使滚轮始终在模板模型面的一侧，不会出现偏离。同时在刀具切削加工前，需要拆下横向丝杆支承座上的M8螺钉，从而更加便于滚轮在模板侧面完成刀具纵横合成进给运动[2]。除此之外，在完成普通车床切削运动改进后，还需结合加工实际需求完成专用的工作台，从而有效实现普通车床对曲面槽零件的加工。 　　1.2 普通车床对曲面槽零件加工工艺流程
　　在完成普通车床改造后，需要遵循以下加工技术流程，完成曲面槽零件加工。一是先完成加工零件的安装固定，然后对其进行粗加工处理，先沿着加工工件四周进行铣削，形成一个大致的曲面槽轮廓，注意每个铣削面需要留有一定的加工余量。接着采用8mm铣刀，在工件之中铣削出方形的曲面槽，同样注意留好余量，接着从工件底面入手，铣削出一定的深度，做好铣削余量的预留，上述余量预留均为2-3mm。二是进行工件的半精加工，先完成工件四周铣削，注意做好铣削余量的预留，然后从工件两端面入手继续完成铣削，做好余量预留，接着用8mm铣刀，继续对工件方形曲面槽进行铣削，做好余量预留，最后继续铣削工件底面，做好余量预留，上述铣削余量均为0.5-0.8mm。三是进行曲面槽工件的精加工，从工件两端入手，做好铣削，不留余量，要求尺寸与图样尺寸相同，然后再依次铣削工件的四周、底面深处，不留有余量，要求与图样尺寸相同，最后以图样要求为依据，完成倒角处理，零件精加工完成后注意进行检验[3]。
　　2 普通车床对曲面叶片零件的加工技术
　　对曲面叶片零件的加工以轴流转桨式水轮机的转轮叶片为例，这种叶片零件外缘分为曲面弧形，整体形状类似于风扇的叶片，在采用普通车床加工该零件时，对于铣削刀具的加工轨迹有着严格的要求，必须要完全与曲面叶片的外缘相贴合，这就需要在普通车床之上安装有两个刀架，并借助弧形靠模与弹簧刀杆协同配合，来完成该零件的加工。
　　2.1 设备要求
　　采用普通车床进行曲面叶片零件加工时，需要配置有以下设备：刀架、靠模、弹簧刀杆，与此同时，还需设置合理的加工尺寸范围。对于转桨水轮机转轮而言，其直径一般为3m，因此在实际进行加工时，需要综合弹簧刀杆长度、加工转轮直径、靠模长度来进行计算，一般上述三者的长度为0.6m、2.5m、0.3m。结合上述尺寸分析，可认识到实际加工立车的尺寸应在 5m以上，然而这种尺寸规格的立车设备在现实中很难进行配备。实际生产过程比较复杂，需要耗费的成本也比较高，得不偿失。需要采取有效的方法，将立车尺寸进行缩小，比如可以不采用靠模装置，实现曲面叶片的加工，其原因在于，靠模本身占用着较大的长度，因此要想达到缩小立车尺寸的目的，必然需要从中剔除靠模的使用，才能够采用常规3.4m的立车完成曲面零件的加工。在这一条件下，选择正确的刀具成为了加工曲面零件的关键。对用于刨床加工的样板刀而言，其能够加工弧形部件，且整体形状与加工精度也能够基本满足加工曲面叶片零件的要求，但如果直接采用该样板刀，由于与工件接触面积较大，同时还需要工件在加工时承受较大的铣削力，因此无法实现对工件加工精度的控制，还会带来一定的安全隐患，基于此，需要在原本样板刀的基础之上，继续做出一定的改进，使其能够适应普通机床加工[4]。在此基础上，还需要做好样板刀的合理安装，以免在工件加工时出现松动，严重影响曲面零件的加工精度。
　　2.2 普通车床加工曲面叶片零件的技术操作注意事项
　　在采用普通机床进行曲面叶片零件加工时，为提升加工质量，需要注意以下事项：
　　首先，在正式进行曲面叶片零件加工前，应先标注清楚叶片旋转的中心线与垂直线，从而确保加工刀具能够准确固定，便于后续顺利加工。
　　其次，在实际运用普通车床进行曲面叶片零件加工时，由于在具体精加工过程中容易出现切削力过大或对于刀具的过度磨损问题，因此为有效解决上述问题，需要不断吸取经验，做好切削方式的改进。在实际进行粗加工的时候，應注意保证转轮叶片直径计算的精确性，只有这样，才能保证走刀轨迹科学合理，提升加工质量。
　　再次，在采用普通车床对曲面零件精加工时，需要格外注意，要加强对刀精确度的控制。在加工过程中，还要密切关注刀具与工件的接触面积是否合理，从而保证加工进程能够顺利进行[5]。如果刀具与工件产生较大的接触面积，通常会导致刀台出现剧烈抖动，不利于加工，甚至涉及操作人员的安全，因此需及时停下来检查。
　　另外，在实际加工过程中，应随时做好对加工精度的关注与检测，可在刀架之上完成样板的安装，密切关注形状的变化，并使工件能始终保持旋转的状态，借助塞尺等工具，做好样板工件与实际加工工件的对比，及时发现问题，利用精密坐标检测仪进行检测，有效提升曲面叶片零件加工的质量和检测精度。
　　3 结束语
　　综上所述，由于典型曲面零件本身较为复杂，而普通车床自身加工功能所限，直接采用普通车床，无法实现对曲面零件的加工，这对于一些小型制造企业生产发展带来了一定的限制。用普通车床加工曲面零件时，需先做好普通车床的改造，然后再按特定的工艺流程规范操作，这对生产资源有限的小型加工企业而言，既能有效降低成本，又可满足生产要求。
　　参考文献：
　　[1]金世佳.提高曲面零件加工精度方法的分析与研究[J].农业开发与装备，2017（12）：56+102.
　　[2]翟婷婷，韩晓光，付移风.曲面零件铣削加工表面粗糙度控制技术研究与应用[J].装备制造技术，2018（11）：164-167.
　　[3]张桂霞.普通机床加工曲面零件的工艺技术分析[J].现代制造技术与装备，2016（2）：116-117.
　　[4]朱昆林，赵春岩，刘强.汽轮机叶轮曲面加工问题分析[J].科技创新导报，2018（24）：62+64.
　　[5]江敏，齐龙，谌永祥.汽轮机叶片曲面加工变形预测技术研究[J].组合机床与自动化加工技术，2015（8）：136-140.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15180147.htm