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用普通车床车削精密、异形球形轴工件 文/方媛州 摘要：在车床加工工作中，经常会遇到复杂形面工件的内外圆加工，加工时需四爪单动卡盘装夹。由于四爪单动卡盘装夹找正困难，对加工者有较高的要求，即要求操作者必须具备很强的工艺分析能力、扎实的基本功和较强的应变能力。因此，在普通车床上成功地车削出球形轴是难度较大的一门技术。 关键词：球形轴工艺分析工序设计对称度 在异形球形轴加工前通过认真的工艺分析、设计切实可行的工艺路线和采用先进的加工方法，使该球形轴得以顺利完成，获得较好的加工质量。 球形轴的尺寸形状如图1所示，它是由中空不完整球体和左右两端相同的圆柱组成，其不论是球体还是两端圆柱以及中心的内螺纹，均具有较高的尺寸精度和形位精度要求，是较典型的高精度、复杂的异形工件。车削此工件不但要符合图样的尺寸精度要求，还要满足图样的圆跳动、平行度、对称度等形位公差的要求。特别是在技能考试和竞赛比武中，要求学生在规定时间内完成全部加工，整个过程难度较大。如果加工工艺不正确，则直接影响零件的尺寸和形位精度，甚至可能导致某一部位无法加工。如果工序设计不合理，很可能无法在规定时间内完成加工。因此，在进行此球形轴加工前，除了要充分考虑零件尺寸精度之外，还要兼顾形位公差符合图样技术要求。所以，除了进行周密的工艺分析外，还应充分考虑影响加工精度的各种因素，并采取相应措施，制定出最佳合理的加工工艺路线，才能按要求顺利完成加工。 一、主要技术要求与工艺分析 1.技术要求 2.工艺分析 （1）备料为45mm100mm的45#钢圆棒料。零件全部形状在普通车床上采用常规方法车削完成。由于该零件有较高的尺寸精度和形位精度要求，不但要求操作者有较强的工艺分析能力，而且还必须具备较高的操作技术和扎实的基本功。 （3）保证球体两平面的平行度精度时，采用杠杆百分表校正、千分尺实测、纠正偏差的方法。 （5）工件夹持刚性较差，车刀应采用较大的前角以及保持锐利等措施来降低切削抗力，防止工件在切削中位移，影响加工精度。粗车用90偏刀及圆头刀。刀头材料选用YT5较好。 二、参考加工方法及工序的设计 如图1所示球形轴零件图。 对加工工序总的描述： 车削平面、钻中心孔、粗车外圆及台阶车削另一端平面、定总长、钻中心孔粗车台阶外圆两顶尖支顶精车一端台阶外圆精车另一端台阶外圆粗、精车球面粗、精车球面的一端平面粗、精车球面的另一平面、钻孔、车台阶孔、车内螺纹检验。 基本操作步骤： 第一步，车削平面、打A3中心孔、采用一夹一顶的装夹方式粗加工外圆及台阶。 第二步，调头，车削毛坯端面，定总长，打A3中心孔，采用三爪自定心卡盘的装夹方式进行粗加工台阶。 第三步，半精车一端台阶、切退刀槽，采用两端顶的装夹方法。一端外圆留0.5mm余量。 第四步，调头采用两端顶的装夹方法，半精车另一端台阶、切退刀槽，粗、精车圆球。车圆球体时，先用尖刀在球体的最高处（即从球体的一端面作为起点，摇动16mm到球体的中点）轻刻一条细线，然后车削和修饰球体时，以此中线为准，这样可使球体居于对称位置。各部分要求车至如图2所示。按照图样要求，控制好S420.05mm圆球面的尺寸至最大极限，表面无明显刀痕。 精车端面和外圆的硬质合金高速精车刀如图3所示，采用开45斜卷屑槽的方式刃磨精车刀。其特点是切屑从45方向流出，不会缠绕在工件上。刀片材料选择YT15硬质合金。精车时切削用量：背吃刀量p=0.080.1mm；走刀量f=0.080.1mm/r；切削速度c=80m/min。此例使用设备为CA6140机床，其转速最高是1400r/min，c取最高值只有80m/min。如果用转速更高的车床，其切削速度可选在110120m/min之间。 车球体时要注意以下几点。 一是双手配合移动大、中滑板或中、小滑板车削圆球是车工必修的基本功之一。在车削圆球时，可采用圆弧样板与千分尺配合的检测方法，用圆头刀车削圆球。一般球面精车完后直径取球体的最大极限尺寸。 二是用外径千分尺多方向测量球体直径，并结合圆弧样板将球面需要修整的部分用记号笔进行标示，再用粗、中、细和油光锉刀分别对圆球表面进行修锉。 三是用外径千分尺结合圆弧样板测量，分别用粗、中和细砂布进行抛光，使球体能达到和满足图样的要求。 第五步，调头，装夹方法不变。半精车、精车另一端外圆、切退刀槽，符合图样要求。 二是车平面时，先用小滑板对刀，从球面最高处开始，车去5mm。为了达到车去的平面与球体对称，平面车去的深度（即弦高）的计算应将球体的实际尺寸带入，然后结合千分尺测量将其车至尺寸要求。 第七步：在球面上车另一平面，车内孔及内螺纹。采用四爪单动卡盘垫紫铜片按图4方法装夹，校正方法如图6所示。校正后车如图7所示平面、内孔及内螺纹。 校正时应注意： 一是校正时，为了保证零件的平行度、对称度，需用百分表和杠杆百分表结合使用。车第一平面时没有钻孔的主要目的，是为了留有一个较大的平面，更便于测量尺寸和作为车第二平面时的校正基准。用杠杆百分表校正图7左端已加工好的平面（因该平行度是互为基准，应采用其为校正基准），校正误差应小于0.02mm，可确保车出的平面与第一面的平行度要求。尽管如此，在快车削到尺寸时，还是应当用外径千分尺检查两平面的两组对角的平行度，必要时还可调整。 三是校平行度和对称度两种方法应反复进行多次，直至平行度和对称度校正为止。这样便可同时保证工件的平行度和对称度。 四是长度（300.05mm），用游标卡尺或外径千分尺测量，用移动小滑板进刀的方法控制。 三、主要部位的检验 1.平行度的检验 检验球体两侧的两平面平行度误差不大于0.04mm时，因该两平面是互为基准的，检验时可采用任意一平面为基准，将工件置于平板上，用百分表检测另一平面，其最大值与最小值之差即为平行度误差。还可用外径千分尺测量的两平面分布均匀的四个点上测量四点读数的值差，可得出两互为基准的平面的平行度误差。 2.对称度的检验 检验X轴线基准的对称度误差，同上法相同，只是用一套筒取代两顶尖装夹，如图9d）所示。 a）用角尺校平面b）用百分表定位c）测量孔底读数d）测量X轴对称度安装 3.圆跳动误差的检验 四、小结 球形轴的车削加工综前所述，因其形状特异，外表复杂，且精度要求较高，给车削带来较大难度，学生甚至认为高不可攀。但是我们经过周密、正确的工艺分析和合理的工序设计，采用了切合实际的加工方法，优选、更换了更适应的车刀，统一并选择了更合适、更先进的装夹、校正和检验方法，保证了各个加工环节顺利进行，使整个加工过程井然有序。能够在规定的时间内在保证零件的尺寸精度和形位公差的前提下，顺利地完成零件的加工。此例开拓了学生学习用普通车床车削精密、异形工件的思路和眼界，提高了学生学习的兴趣。 参考文献： 1晏丙午.高