成形表面的加工

4.5　成形表面的加工

许多机械零件上都具有成形表面。例如，机床的操作手柄、内燃机凸轮轴的凸轮、汽轮机的叶片、花键、模具型腔、螺旋桨等。

成形表面的形式很多，归纳起来有回转式成形面、直线式成形面、立体式成形面及曲线凸轮表面等。成形表面大都是为实现某种特定功能而专门设计的，因此，其表面形状的技术要求是十分重要的。加工时，应根据零件的尺寸、形状及生产批量来拟定加工方案，但首先应满足其表面形状的要求。

4.5.1　成形表面的技术要求

与其表面相似，成形表面的技术要求是零件上成形表面各部位的尺寸精度和形状精度；成形表面与其他表面间的平行度、垂直度、同轴度、对称度等的位置精度和表面质量。表面质量是指表面粗糙度、表层显微组织、表面硬度等。

4.5.2　成形表面的加工特点

1.成形表面的形成

（1）回转成形面，是以一条曲线为母线，绕一固定轴线旋转而形成的表面，如机床手柄、手轮、圆球、圆弧面等。回转成形面一般多用车削加工。

（2）直线成形面，是以一条直线为母线，沿一条封闭的或不封闭曲线平行移动而形成的表面，又称成形沟槽。沟槽形式分直线形、圆弧形，如直槽、螺旋槽、齿轮齿形、凸圆弧、凹圆弧等。直线成形面一般多用铣削、刨削加工。

（3）立体成形面。又称空间曲面。各个不同截面上具有不同的轮廓形状，是一个复杂的空间曲面，如各种模具的型腔、汽轮机和水轮机的叶片、飞机和船舶的螺旋桨等。这类成形表面的加工相当复杂，除用仿形法外，还可用数控机床和电火花机床加工。

2.成形表面加工方法

成形表面的加工一般采用车削、刨削、铣削、拉削或磨削。根据批量的大小和材料性能的不同，以及成形表面的特点，成形表面的加工方法归纳起来有两种基本形式：

1）利用成形刀具加工

即用切削刃形状与工件廓形相符合的刀具，直接加工出成形面。

（1）车削成形表面。图4－8是用成形车刀车削成形表面的示意图。成形车刀的刃形与工件表面母线形状一致，加工时，车刀只作横向进给运动。

图4－8　用成形车刀车削成形表面1—成形刀 2—燕尾 3—夹紧螺钉 4—夹持体

成形车刀切削刃较宽，切削时容易振动，应采用较小的切削用量。此法操作简便，机床的运动和结构比较简单，生产率高，加工质量稳定，但刀具制造困难，成本高，故只适用于成批生产中加工轴向尺寸较小的回转体成形面。单件小批生产时，在卧式车床上加工；批量大时，多在自动或半自动车床上加工。

（2）刨削成形表面。图4－9是用成形刨刀刨削成形表面的示意图。成形刨刀的结构与成形车刀类似。

图4－9　成形刨刀刨削成形表面

由于刨削有较大的冲击力，容易引起振动，故这种方法只适用于加工尺寸小、形状简单的直线成形表面，且加工重量较轻，效率较低。

（3）铣削成形表面。图4－10是用成形铣刀铣削凸圆弧的示意图。这种铣削方法一般在卧式铣床上用盘状成形铣刀进行。

图4－10　成形铣刀铣削成形面

成形铣刀在生产中应用较广。铣削的生产率较高，常用于成批生产中加工尺寸较小的直线成形表面。

（4）拉削成形表面。拉削除了能加工圆孔和平面外，还可以加工直线成形表面，如图3－43所示。与刨削和铣削相比，拉削成形表面不仅加工精度较高，表面粗糙度值小，而且生产率很高；但成形拉刀制造要复杂得多，费用更高。故拉削成形表面宜用于成批和大量生产中。

（5）磨削成形表面。图4－11是用成形砂轮磨削成形表面的示意图。与金属成形刀具相似，先修整砂轮，使它具有与工件成形表面相反的轮廓形状，然后用其磨削成形表面。这种方法在外圆磨床上可以磨削回转体成形表面，在平面磨床上可以磨削直线成形外表面。

图4－11　成形砂轮磨削成形表面

磨削成形表面主要用于精度高、粗糙度小的成形表面，尤其是经淬火后的精密成形表面（如凸轮、靠模和冲模等零件的工作面）的精加工。

用成形刀具加工成形表面，具有加工质量稳定、操作简便、生产率高等优点。但刀具制造和刃磨比较复杂（特别是成形铣刀和拉刀），成本高。而且，这种方法的应用受工件成形表面形状和尺寸的限制，不宜用于加工刚性差、成形面较宽的工件，只适用于成形表面精度要求较高、尺寸较小、零件批量较大的场合。

2）利用刀具与工件间特定的相对运动加工

用靠模装置车削成形表面如图4－12所示。把车床的中滑板丝杠与螺母脱开，并将拉板3固定在中滑板上，另一端与滚柱5连接。当床鞍作纵向移动时，滚柱5沿着靠模4的曲线槽移动，使车刀作相应的移动，车削出工件1的成形表面。

图4－12　用靠模法加工成形表面1—车刀 2—工件 3—拉板 4—靠模 5—滚柱

用随动系统靠模装置可以在仿形车床和仿形铣床上加工成形表面。它适合于尺寸较大或精度要求较高或形状特别复杂的成形表面加工。此外，还可用手动、液压仿形、电气仿形或数控装置等，来控制刀具与工件之间特定的相对运动。

利用刀具和工件作特定的相对运动来加工成形表面，刀具比较简单，并且加工成形表面的尺寸范围较大，生产率较高，加工精度也较高。但是，机床的运动和结构较复杂，靠模制造困难，成本也高，故这种方法常用于成批生产。

工人用双手同时操作刀架的双向运动加工成形表面，这时加工精度由工人的技术水平来决定。此外，还可由工人依据划线或样板加工成形表面，但这种方法的质量和效率较低，故只适宜在单件小批生产中加工要求不高的工件或作为成形表面的粗加工工序。为了保证加工质量和提高生产率，可应用数控机床加工成形表面。

大批大量生产中，常采用专用刀具或专门化的机床加工成形表面。例如，汽车发动机中的凸轮轴，就是采用凸轮轴车床和凸轮轴磨床进行专门加工。