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车内圆弧的方法及其夹具的设计
摘要：
针对本单位某产品中零件球腔的内圆弧加工时所碰到的问题提出一些解决的办法。并且就本人曾参与的车内圆弧专用夹具的设计，制造，调试到最后应用的工作，在此谨作一总结和探讨。
关键词：夹具 车削 内圆弧 效率 精度 镜面 前言：
针对本单位某产品中零件球腔的内圆弧，由于产品的特殊性，内圆弧的要求较高，主要体现在内圆弧的尺寸及表面粗糙度等方面。具体要求有：尺寸精度要求是SR60±0.06；粗糙度要求是Ra0.2而且每次投产都有一定的批量。上述要求，在本单位机加工车间现有设备条件下，设计合适的夹具再配合数控车床加工的方法是较为理想的选择。
一、车内圆弧的方法
一般情况下，内圆弧的加工方法，根据本人多年的经验，常用的有如下四种：
1、成形刀车削法
在零件内圆弧尺寸较小的情况下（一般R10以下），可采用刃磨成形刀来一次加工成形，此方法的要点是刀具刃磨一定要达到图纸尺寸要求，同时要考虑加工时达到粗糙度的要求。成形刀车削的优点是方法简单，效率高，精度也可基本保证，但加工尺寸不能过大，否则加工时会带来振动，不能顺利保证内圆弧的精度。所以只适用于加工小批量、尺寸较小的内圆弧产品。
2、双手控制法车内圆弧
双手控制法，就是用左手控制车床大滑板，右手控制中滑板，通过双手合成运动，车出所要求的内圆弧面，或者双手控制中、小滑板合成运动来进行车削。此方法的要点是要求操作者有较熟练的技能。此方法的优点是所用刀具较简单，容易刃磨，加工灵活，不受车床设备及工件尺寸局限。缺点是加工精度较难保证，且加工效率较低，对于加工者而言，长时间的采用双手制法亦显得较为疲劳，所以这种方法一般适用于单件或数量较少或精度要求不高的零件加工。
3、数控车床加工内圆弧面
数控加工，一直以迅猛的势头发展，毫无疑问，在以后的机加工行业中，数控加工显示更为突出。因为数控车床加工的优点太明显了，它加工的产品无论从难度，精度及加工效率方面是普通车床无法比拟的。而且科技发展一日千里，数控车床加工产品的精度及复杂程度正在不断提高中。加工圆弧方面，只要输入程序中坐标值的准确性得到保证，圆弧加工原来在普通车床中显得较为麻烦的内容就会变得轻松起来了。所以上述来看，加工内圆弧的产品应该完全可以在数控车床中来加工了，因为数控车床能轻松保证圆弧精度，提高加工效率。但由于数控车床车圆弧原理的关系，刀尖走刀的轨迹并不是圆弧形状的，经放大后其实是阶台形的，所以在加工产品时，若圆弧面的要求是镜面的时侯，经抛光后，表面的质量就显出了缺陷——很能达到镜面的技术要求。所以要保证圆弧面达到镜面的效果则前提必需使车刀刀尖运动的轨迹是圆形的。所以可见此方法适用于加工批量的，精度较高的内圆弧产品，但有一定的限制。
4、专用夹具车内圆弧面
当加工的产品有一定的批量且精度要求较高时，也常用设计专用夹具车内圆弧的方法来进行加工，尤其是数控车床尚未普及的时侯。通常可按照产品的内圆弧形状、要求设计合适的夹具安装在普通车床上进行加工。其优点是加工精度可保证，效率较高。缺点是夹具的设计、制造、调试到最后的应用需要一定的时间，且专用夹具一般只局限于加工某种产品的某一工序。
二、加工实例分析: 一）、图纸的要求
图1 该零件的技术要求可通过图纸来了解，图1是该产品零件图，其中内圆弧的要求见图中所示，尺寸要求是SR60±0.06, 50±0.05,球腔表面粗糙度要求是Ra0.2，圆弧表面要求是镜面，每次投产都有一定的批量。
该产品的车削方法一般情况下可按以下步骤进行（在普通车床或数控车床上加工均可）：
1）车右平面，钻孔至φ50×48，粗车球腔（镗数级阶台孔）。粗车外圆φ148，φ128留余量2~3mm。
2）调头夹φ128外圆，粗车圆锥，粗车螺纹外圆留余量2~3mm，注意φ17.5孔未钻（为保证精车球腔时能准确测量球腔的深度尺寸50±0.05mm）。
3）调头夹螺纹粗车外圆，精车外圆φ148、φ128，孔φ125。精车球腔SR60±0.06，保证深度尺寸50±0.05，钻孔φ17.5，去毛刺。
4）调头夹外圆φ128，车平面取总长，精车60°，30°圆锥面，切槽，车螺纹，车φ28.5孔，去毛刺。5）抛光球腔至要求。6）转下一工序。二）、加工方法的选用
针对产品图纸要求,在上述车内圆弧的各种方法中,进行分析和比较,选择较为适用的加工方法。
1、成形刀车削法是行不通的，因为该圆弧尺寸较大，且精度要求较高，难以保证。
2、双手控制法也不适用，产品精度根本无法保证。
3、在数控车床上加工，可以保证尺寸精度和加工效率，有效降低了加工者的劳动强度。但是加工完毕后,，对于该产品圆弧面的粗糙度要求抛光成镜面较难保证。
4、既然在数控车床上加工也难以保证图纸的技术要求，最后就只能考虑设计专用夹具来车削内圆弧的方法 三)、夹具的设计和加工原理
1、夹具的设计
合适的夹具当然就要从保证产品的质量，能提高加工效率这两方面来考虑了。由于该产品是本单位的定型产品，考虑到其精度要求高，每次投产都有一的批量等原因，此夹具设计的出发点应是较为独立，而且是专用的夹具来保证其精度。夹具设计的原理是通过蜗杆与蜗轮传动来使车刀旋转，保证车刀刀尖运动的轨迹是圆形的。通过该产品的车削工艺分析，车内圆弧可分为粗、精车，精车前可以留较少余量（2~3mm），所以车内圆弧夹具设计方面可将重点放在如何保证精车后的精度方面。图2所示就是车该产品的内圆弧的专用夹具：
1：车刀；2：刀座；3：斜齿轮； 4：斜齿轮； 5：蜗轮；6：蜗杆；7：手柄；8：夹具体
2、夹具的加工原理(具体装夹见附图)其中安装时先拆去小拖板后通过夹具体上两个φ13的孔与车床中拖板上原来安装小拖板的两螺丝固定，再以螺母锁紧。由于该产品材料为硬合金铝，所以可采用材料为高速钢的车刀来进行加工，车刀形状为圆弧刀。在车削前,先装好车刀,调整车刀伸出的长度,圆弧刀刀刃最外点与刀座中心间的尺寸L=60±0.06。然后调整车床中滑板,令刀座中心点与内圆弧的轴心线重合后,方可开始进行车削。
车削时，车床大滑板进给一定的深度后，通过转动手柄7，蜗杆6转动，带动蜗轮5转动，通过轴I传动至斜齿轮4转动，带动斜齿轮3转动，通过轴Ⅱ传动至刀座2转动，而最后使车刀1的刀刃沿工件内圆弧的轨迹由端面位置向圆弧中心位置作顺时针旋转，从而进行车削零件内圆弧。经多次进给后圆弧深度的尺寸50±0.05可通过深度游标卡尺进行测量，大滑板进给时由床鞍配合百分表来保证深度尺寸。
车削时切削用量的选择亦较为重要。粗车时，切削速度约为8m/min（转速约为460r/min），切削深度约为1mm，进给量为手动缓慢进给；精车时切削速度约为130m/min（转速约为700r/min或以上）；切削深度为0.05~0.15mm,进给量为手动缓慢进给。经过多次实践验证，精车后，尺寸精度能稳定保证，粗糙度能达到Ra1.6，为以后抛光的工序打下一个良好的基础, 抛光后粗糙度能较为容易地达到图纸的技术要求。
三、结束语
本人在加工该产品过程中，既在普通车床上进行加工，也尝试了在数控车床上进行加工，虽然数控车床对于保证图纸上的技术要求存在一定的缺陷，但数控车床加工产品的效率远远高于普通车床。所以最后本人确定了加工该产品的最理想的方案，就是在数控车床上经过粗、半精加工后，再在普通车床上经专用夹具进行精车内圆弧，最后进行抛光加工。这样产品无论在质量控制上或者在效率的提高上都能取得令人满意的效果。
