CN101049642A - 大直径外圆工件的外圆柱面铣加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大直径外圆工件的外圆柱面铣加工方法，采用落地镗铣床及标准铣刀盘切削加工，以其铣刀盘轴心偏离工件中心轴线保持一偏心距为主要特征，且其偏心距在铣刀盘刀尖半径的80～100％范围内，每次切削宽度在铣刀盘直径的35～45％范围内。具有“以铣代车”加工大直径外圆工件，加工方法简便，加工精度高和加工工效好等特点。本发明解决了长期以来未能解决的用通用落地镗铣床加工大直径外圆工件的技术问题。

Description

大直径外圆工件的外圆柱面铣加工方法

技术领域

本发明涉及一种大直径外圆工件的外圆柱面铣加工方法，属于重型机械加工技术。

背景技术

工件外圆的加工，通常都用车床加工。且卧车可装夹加工的，大部分都用卧车加工；而卧车不可装夹的，则用立车加工。但是特大工件外圆工件，例如鞍山钢铁厂的卡罗塞尔卷取机的齿圈，其外圆直径为￠3840mm±0.1mm，这在一般立车例如C516立车上，都不可以装夹。而所说立车不可装夹的工件，落地镗铣床却可装夹。如何采用落地镗铣床加工大直径工件的外圆柱面，且能保证其精度，以提高机械加工效率，降低加工成本，则成为业内长期探究的课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种采用落地镗铣厂及标准铣刀盘切削加工大直径外圆工件的外圆柱面铣加工方法，且该方法能够保证加工件外圆尺寸精度，以提高机械加工效率，降低加工成本，解决业内长期以来未能采用镗铣床解决大直径外圆工件的外圆柱面的加工课题。

本发明解决其所要解决技术问题的思路是，根据所加工工件的直径和外圆柱面的高度，采用市供规格￠300mm以下的铣刀盘，选择铣刀盘轴心偏离工件z向轴线的偏心距，以及每次铣削的z向宽度，且令工件绕其z向轴线作慢速旋转运动，铣刀盘绕其y向轴线作高速切削运动，从而加工出符合图样精度要求的外圆柱面。

由上述思路可以明白，选择所述铣刀盘轴心偏离工件z向轴向轴线的偏心距和每次铣削的z向宽度即z向进刀行程，是本发明所要解决的关键技术问题。

本发明之所以要选择所述的偏心距和每次铣削的z向宽度，我们在“以铣代车”加工外圆的方法中可以明了，当铣刀盘y向轴线与工件z向轴线成正相交，就能加工成所要求的外圆球面；而当铣刀盘y向轴线与工件z向轴线有偏差，即两者产生一个偏心距时，当在所说偏心距并不大的条件下，工件所形成的表面为椭球面或称扁的球面；当在所说偏心距加大，甚至加大到接近刀盘半径的条件下，所形成的表面就渐渐形成一个凹回转面，按照解析几何理论，凹回转面的母线应当是椭圆曲线中的一段曲线。当选择铣刀盘半径较大，所述偏心距接近铣刀盘半径，加工件半径又足够大时，在工件靠近铣刀盘回转中心平面附近处的椭圆半径会很大，则所述凹回转面的母线，就近似工件外圆柱面。这是实现本发明初衷的原理。

在上述原理基础上，本发明所述的偏心距，理应追求每次铣削的z向宽度即切削宽度的最大值，以谋求在保证铣削精度的前提下，有效提高加工效率，使本发明具有最大的经济性效果。

如果仅有以上所述的理论，而没有一个能按工件半径R_B，铣刀盘半径R_d，所述偏心距e，计算出能保证精度的每次铣削的z向宽度即铣削宽度b值的数学模型或称数学表达式，那么做工艺试验就会有点盲目，要靠经验、靠测量、靠反复多次试验才能得出合理可行的铣削宽度b值。

为了能够正确选定所述切削宽度b值，本发明由附图1推导出工件外圆柱面任意点的曲率半径Ogi的数学表达式为：

$\mathrm{Ogi}=\sqrt{{R_B}^2+e^2-2e{R}_d\mathrm{COS}{\mathrm{\θ}}_i}$

式中：RB为工件理论半径；

e为所述的偏心距；

Rd为铣刀盘刀尖回转半径；

θi为e的投影O_dG与Odi的夹角；

i为变量，i为在图1所示第4象限中的铣刀盘刀尖回转曲线上的任意点。

可用计算机通过上述数学表达式进行计算，并绘制图表(附图2)，按Ogi即工件半径在尺寸公差范围之中，选定切削宽度1/2b值。也就是说，当铣刀盘回转一周，在其回转轴线上下，各形成1个铣削宽度1/2b值，即铣削宽度b值＝1/2b值×2。在铣削宽度b值范围内，工件外圆柱面能符合“柱面”要求，并进行尺寸精度验算，在满足图样设计精度的条件下，选取切削宽度b值。

由附图2可以看出，加工出的工件仅是在铣刀盘中段部位即铣削宽度b值范围内，是接近柱面的，在离铣刀盘轴中心1/2b至铣盘半径R_d之间的铣削面就呈凸面了。若碰到加工件待加工面一侧有台阶，或加工件待加工面两侧都有台阶时，就必须另行处理此段表面。其处理方法是，可以改用小直径铣刀盘进行铣加工，最终可用键槽刀铣削加工成柱面，也可以采用直径大于“凸面宽度”的键槽刀最终铣削完成柱面的加工。

有鉴于本上述思路和认识，本发明解决其所要解决技术问题的技术方案是：

一种大直径外圆工件的外圆柱面铣加工方法，采用落地镗铣床及标准铣刀盘铣削加工，其发明点在于：铣刀盘y向轴线顺沿工件回转方向偏离工件z向轴线保持一偏心距e。

本发明最好是，其所述偏心距，在铣刀盘刀尖半径的80～100％范围内。在此范围内，工件外圆位于铣刀盘轴上下一定距离内的外圆柱面，与图样理论柱面基本接近，且在此范围内，其切削宽度b值最大，这样可以做到既能保证铣削精度，又能有效提高加工效率，使本发明彰显出最大的加工经济效果。在这里还应当说明的是，所述的偏心距e与工件直径和铣刀盘直径有关。且所述偏心距e大，则切削宽度小，但两者不是线性关系。当工件外圆公差大的情况下，可以选择偏心距e小于铣刀盘半径的80％。所述的偏心距范围，是通过上述数学表达式计算，和所绘制的图表(附图2)所优选的，以方便具体操作。

本发明最好是，其铣刀盘沿工件外圆柱面z向每次切削宽度b值，在铣刀盘刀尖直径的35～45％范围内。这是通过以上所给出的曲率半径Ogi数学表达式计算和在机反复试验后所优选的。切削宽度b值越小，工件外圆柱面的加工精度越高，但其加工效率则相应降低。在工件外圆公差大的情况下，可以选择切削宽度b值大于铣刀盘刀尖直径的45％。

本发明当其所加工工件外圆柱面一侧或二侧存在台阶时，可采用小直径铣刀盘和/或键槽刀完成工件外圆柱面的最终铣削加工，也可以采用大直径键槽刀，完成工件外圆柱面的最终铣削加工。

上述技术方案得以实施后，本发明所具有的加工方法简单，加工精度高，加工效率高，可以“以铣代车”加工大直径外圆柱面等特点，是显而易见的。

附图说明

图1是本发明用来推导加工工件外圆柱面各点曲率半径Ogi值数学表达式的附图；图中所示：Ogi为任意点的曲率半径，Og为工件中心，Od为铣刀盘中心，R_B为球面的理论半径，e为偏心距，θ_i为e的投影O_dG与Odi的夹角，R_d为铣刀盘刀尖回转半径；

图2是以工件半径RB为1920mm，偏心距e为140mm，铣刀盘刀尖回转半径为150mm为条件，用计算机通过所述曲率半径Ogi值数学表达式计算，并给出的加工工件外圆柱面各点的分度/升值曲线，图中b为可取的切削宽度；该曲线的分度可以通过X_i＝R_dcosθ_i换算成线段值X。

图3是图2所示1/2b值段的放大图；由图3可见，在图2所示b值段范围内的误差，在+0.02mm至-0.01mm范围内；

图4是本发明一种具体实施方式的主视图；

图5是图4的俯视图；

图6是本发明加工工件外圆柱面两侧具有台阶，按铣削宽度b值分4次铣削，最终用键槽刀完成加工的示意图。

具体实施方式

以下对照附图，通过具体实施方式的描述，对本发明作进一步说明。

具体实施方式之一，如附图4和5所示，并参读附图6。

一种大直径外圆工件的外圆柱面铣加工方法，以工件外圆为￠3840mm±0.1mm，圆柱面高度为480mm，为例，采用W200HE落地镗铣床及￠300mm标准铣刀盘铣削加工。

其加工方法，依次按以下步骤进行：

如图3所示，将工件1安装在回转工作台上，找正工件1z向轴线并使之与回转工作台中心重合；

如附图4所示装上铣刀盘2，并先将铣刀盘2的y向轴线对准回转台z向轴线，而后将铣刀盘2的y向轴线沿工件回转方向偏离工件Z向轴线且保持偏心距140mm；

如图5所示，调整铣刀盘2的y向轴线，至铣刀盘2的y向轴线离工件待加工外圆柱面上端边缘90mm处，开始铣削第一刀；铣削一周后，铣刀盘2的y向轴线向下移动距离120mm(即每次铣削的宽度b值)再铣削一周，如此继续直到完成加工任务。

具体实施之二，如附图4、5、6所示。

一种大直径外圆工件的外圆柱铣加工方法，以加工件1外圆￠3840±0.1mm，其外圆柱面高度为500mm，且在外圆柱面上下两侧均有台阶的工件为例，其加工方法是，除了将铣刀盘2的y向轴线，调整至铣刀盘2的外圆接近工件上台阶与外圆柱面相接的部位进行第一刀铣削，和采用键槽刀3进行最终切削加工外，其它均如同具体实施方式之一。

在机试用上述2个具体实施方式完成工件加工后，用π尺测量，工件1的外圆误差为0.04mm。其误差达到图样公差±0.1mm的要求。由此可见，本发明是切实可行的，完全能够保证工件的工艺要求，实现了本发明的初衷。

Claims (4)

1、一种大直径外圆工件的外圆柱面铣加工方法，采用落地镗铣床及标准铣刀盘铣削加工，其特征在于：铣刀盘y向轴线顺沿工件回转方向偏离工件z向轴线保持一偏心距e。

2、根据权利要求1所述的大直径外圆工件的外圆柱面铣加工方法，其特征在于：所述的偏心距e值，在铣刀盘刀尖半径Rd的80～100％范围内。

3、根据权利要求1或2所述的大直径外圆工件的外圆柱面铣加工方法，其特征在于：铣刀盘沿工件外圆柱面z向每次切削宽度b值，在铣刀盘刀尖直径的35～45％范围内。

4、根据权利要求3所述的大直径外圆工件的外圆柱面铣加工方法，其特征在于：当加工工件外圆柱面一侧或二侧存在台阶时，可采用小直径铣刀盘和/或键槽刀完成工件外圆柱面的最终铣削加工；也可以采用大直径键槽刀完成工件外圆柱面的最终铣削加工。

Images