成形面加工方法的分析

7.4.2　成形面加工方法的分析

成形表面常用的加工方法有车、铣、刨、拉和磨削等，如表7-4所示。

成形表面的加工方法很多，按成形原理分述如下。

表7-4　成形表面常用的加工方法

7.4.2.1　用成形刀具加工

用切削刃形状与工件廓形相符合的刀具，可直接加工出成形面。加工时，刀具相对工件作简单的直线进给运动。

1.车削成形面

用成形车刀可加工内、外回转成形面。常用的成形车刀有棱体成形车刀（见图7-30a）和圆体成形车刀（见图7-30b）。前者只能加工外成形面，而后者可以加工内、外回转成形面，故后者应用较为广泛。

图7-30　成形车刀

a）棱体成形车刀　b）圆体成形车刀

1—前刀面　2—刀刃

2.铣削成形面

用成形铣刀铣削成形面，一般在卧式铣床上进行（见图7-31），铣削常用来加工直线成形面。一般成形铣刀的前角γ₀＝0°，重磨时只刃磨前刀面以保证刃形不变。

3.刨削成形面

成形刨刀的结构与成形车刀相似，一般只用来加工形状简单的直线成形面。

图7-31　成形铣刀铣凸圆弧面

图7-32　用成形砂轮磨削外球面

1—砂轮　2—工件

4.拉削成形面

拉削可加工多种内、外直线成形面，加工质量好、生产率高。但拉刀复杂，成本高，故拉削宜用于成批、大量生产。

5.磨削成形面

利用修整好的成形砂轮，在外圆磨床上可以磨削回转成形面（见图7-32），在平面磨床上可以磨削外直线成形面（见图7-33）。

图7-33　成形砂轮磨削直线成形面

1—砂轮　2—工件

用成形刀具加工成形面，加工的精度主要取决于刀具的精度，并易于保证同一批工件表面形状、尺寸的一致性和互换性。成形刀具是宽刃刀具，同时参加切削的刀刃较长，一次切削行程就可切出工件的成形面，因而有较高的生产率。此外，成形刀具可重磨的次数多，故刀具的寿命长。但是，成形刀具的设计、制造和刃磨都较复杂，故刀具的成本也较高。

因此，用成形刀具加工成形面，适用于成形面精度要求较高、尺寸较小、零件批量较大的场合。

7.4.2.2　用简单刀具加工

1.用靠模装置加工成形面

图7-34所示为利用靠模车削成形面的装置。将车床中拖板上的丝杠拆去，把拉杆固定在中拖板上，其另一端与滚柱连接，当大拖板作纵向移动时，滚柱沿着靠模的曲线槽移动，使车刀作相应的移动，车出手柄上的成形面。

图7-34　用靠模车削成形面

1—车刀　2—工件　3—拖板　4—紧固件　5—滚柱

用机械靠模装置加工成形面，生产率较高，加工精度主要取决于靠模精度。靠模形状复杂，制造困难，费用高。靠模与滚轮之间直接承受切削力，磨损较严重。因此，必须提高靠模的硬度、耐磨性以延长其寿命，这也给靠模制造增加了困难。这种方法适合在成批生产中应用。

2.按运动轨迹法加工成形面

内、外球面加工中，常采用运动轨迹法，分述如下。

（1）外球面的铣削　铣削外球面（outer sphere）可以在铣床上利用分度头装夹工件进行加工（见图7-35），也可在车床上进行铣削。两个作旋转运动的物体，只要它们的轴线相交，那么，一个物体上的一个点对另一个物体的相对运动轨迹就一定是球面，并且此球面的球心在两轴线的交点，半径为两轴线的交点到此点间的距离。这就是铣削球面的基本原理。

铣削头结构简单、操作方便，且有较高的生产率，但铣刀刀尖较为薄弱，容易磨损，故此法在成批生产中较为适用。

图7-35　在铣床上铣削外球面

1—铣刀盘　2—工件

图7-36　内球面的铣削

（2）内球面的铣削　内球面（inner sphere）的铣削如图7-36所示。为了使铣削时刀尖B点仍与球窝轴线重合，必须将铣刀直径比计算尺寸增大1～2mm。铣削前需调整铣刀中心线和车床主轴中心线等高，并使铣刀回转中心点O也落在车床主轴轴线上，铣头准确地回转至α角度的位置。此外，为了提高铣削表面质量和延长刀具耐用度，在刃磨时常使刀尖有半径为0.5～l mm的圆角。铣削内球面的生产率较高，表面粗糙度R_a可达1.6μm。

（3）外球面的车削　如图7-37所示，车削外球面要求刀具实现准确的圆轨迹进给运动。其特点是加工的精度、生产率较高，适用于大批生产。

（4）内球面的车削　如图7-38所示，这种蜗轮式车削内球面的方法，需要刀尖围绕固定圆心实现准确的进给运动。由于刀架占据了一定的空间位置，故所加工的内球面直径不宜太小。

（5）外球面的磨削　图7-39a所示为用碗形砂轮磨削外球面，其原理与铣削法相同。加工球头的几何精度可达0.005mm，表面粗糙度R_a为0.8～0.4μm。但这种方法砂轮消耗快，磨削小球头时速度低，故生产率不高，适用于小批生产。

图7-37　按轨迹法车削外球面

1—工件　2—刀具

图7-38　内球面的车削

图7-39　外球面的磨削

a）用碗形砂轮磨削　b）摆弧式磨削

1，3—砂轮　2，4—工件

图7-39b所示为摆弧式磨球机上磨削外球面。通常为了增大磨削时砂轮与工件的接触长度，可将砂轮修成凹弧形。这种方法加工的生产率高，加工的几何精度可达0.002～0.003mm，表面粗糙度R_a为0.4μm。

（6）内球面的磨削　图7-40所示为在摆弧式磨球机上磨削内球面。工件装夹在卡盘中，调整工件球窝中心与磨球机转台的回转中心点O重合，砂轮修成凸圆弧形。此法磨削的质量及生产率较高，但只能磨削半径较大、深度较浅的球窝。

图7-40　摆弧式磨削内球面

3.按画线（或样板）加工成形面

在单件、小批生产中，对于精度要求不高的直线成形面，可以先进行画线，再通过手工操作按画线进行加工（铣削或刨削）。

对于回转成形面和立体成形面，无法按画线加工，需预先按成形面轮廓制作一套样板。加工中不断用样板检验、修正，直到合格为止。加工精度要求较高的直线成形面，也可用样板进行检验和控制。