CN102744427A - 一种加工圆筒偏心类零件的卧式车床以及所采用的方法 - Google Patents

Abstract

一种加工圆筒偏心类零件的卧式车床以及所采用的方法涉及一种圆筒偏心类零件的加工机构，更具体地说，是涉及一种加工圆筒偏心类零件的卧式车床，以及该圆筒偏心类零件的加工方法。通过该设备及加工方法提高了圆筒偏心类零件的加工效率和加工精度，降低了生产成本，实现了卧式车床圆筒偏心类零件的加工，且满足不同规格和长度的圆筒偏心类零件加工的需要。本发明包括卧式车床，卧式车床床身的一侧为床头、另一侧为床尾，所述床头设置有带有夹爪的夹盘，相应地，所述床尾设置有顶尖，在床头与床尾之间的床身导轨上设置有走刀架，其结构要点是：还包括一可与床身导轨相结合的托辊支撑传动装置，所述走刀架用于固定外圆车刀或者内孔车刀。

Description

一种加工圆筒偏心类零件的卧式车床以及所采用的方法

技术领域

本发明涉及一种圆筒偏心类零件的加工机构，更具体地说，是涉及一种加工圆筒偏心类零件的卧式车床，以及该圆筒偏心类零件的加工方法。

背景技术

圆锥破碎机是上个世纪开发研制的矿石粉碎机，它具有结构简单、控制方便、破碎粒度大、拆装维修容易等特点，广泛应用在矿冶等领域中。圆筒偏心类零件-偏心套总成是圆锥破碎机完成破碎的主要部件，一般偏心套总成主要由偏心轴、偏心套、键、保持架、齿轮，以及齿轮安装架等部分组成。

由于圆筒类锥套体长度过长，偏心锥孔大小头直径过小，内孔加工轴线与外圆加工轴线不同轴，内孔一面成1:24锥度，导致偏心套的内锥孔和外圆加工都比较复杂。

传统的方法无论是先加工内孔还是先加工外圆，其刀具的设计确定及偏心孔的加工控制都很难实现。通常情况下，深孔加工多采用在钻床上或镗床上通过钻铰及镗削加工完成，但该加工方法只能加工直孔，对于偏心锥孔加工则无法实现；在普通卧车上加工也只能采用设计加长刀杆方式进行加工，但由于刀杆过长在切削过程中产生让刀现象，所以没有专用工装治具做保障，加工难度很大，加工精度及加工效率很低。因此，只能采用数控设备加工，常规的加工治具既费时间，又很难保证产品的复杂加工过程和零件加工质量。

发明内容

本发明就是针对现有技术中存在的问题，弥补现有技术的不足，提供一种加工圆筒偏心类零件的卧式车床以及所采用的方法，通过该设备及加工方法提高了圆筒偏心类零件的加工效率和加工精度，降低了生产成本，实现了卧式车床圆筒偏心类零件的加工，且满足不同规格和长度的圆筒偏心类零件加工的需要。

为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明包括卧式车床，卧式车床床身的一侧为床头、另一侧为床尾，所述床头设置有带有夹爪的夹盘，相应地，所述床尾设置有顶尖，在床头与床尾之间的床身导轨上设置有走刀架，其结构要点是：还包括一可与床身导轨相结合的托辊支撑传动装置，所述走刀架用于固定外圆车刀或者内孔车刀。

当加工圆筒偏心类零件内孔时，应将托辊支撑传动装置与走刀架同时固定在机床床身导轨上，托辊传动装置在左，刀架在右，内孔车刀安装在走刀架上；当加工圆筒偏心类零件外圆时，将托辊支撑传动装置从床身上移开或取下，安装了外圆车刀的走刀架固定在床身上，利用偏心顶盘及床头的夹盘将圆筒偏心类零件固定托起。

具体地，所述托辊支撑传动装置的底座上相对地设置两个托辊支撑座，托辊的转动轴设置在所述托辊支撑座上的卡槽内；底座下方具有与床身导轨相应的定位楔键，底座安置在距床头圆筒偏心类零件长度的三分之二处。两个相对的托辊支撑座可稳定地将圆筒偏心类零件托起，且为了更好地保持其在旋转时的稳定性，应将其安置在距床头圆筒偏心类零件长度的三分之二处。

作为本发明的一种优选方案，所述卡槽设置在托辊支撑座的斜面上，两托辊支撑座上的卡槽相对于卧式车床的中心轴Z向上对称，托辊支撑座的斜面上还设有用于限位托辊转动轴的挡块，两托辊支撑座的斜面应朝向卧式车床中心；卡槽在托辊支撑座的斜面上可为若干个。根据加工圆筒偏心类零件的尺寸选取相应位置的卡槽放置托辊。为保证圆筒偏心类零件与托辊稳定转动，圆筒偏心类零件的回转中心应与卧式车床的回转中心重合（不能高于卧式车床的回转中心）；除此之外，托辊与圆筒偏心类零件的两切点之间的跨距应大于或等于圆筒偏心类零件直径的三分之二，符合设计中的黄金比例分割，这样的结构最稳定；并且，所述两切点与零件回转中心构成的夹角α为85°，α为85°是支撑稳定、传动平稳的最佳夹角，该种支撑结构设计在圆筒偏心类零件偏心孔的加工应用中，取得了非常好的效果。

作为本发明的另一种优选方案，所述两个托辊支撑座的外侧可分别设置微调机构，或者两个托辊支撑座可通过丝杠相连。实际生产中，为调整两个托辊支撑座间的档距，使圆筒偏心类零件回转中心能够与卧式车床回转中心重合，减小加工误差，通过调节微调机构的顶丝来定位托辊支撑座，然后再用双头螺栓、螺母将托辊支撑座把合在底座上；或者采用调节丝杠，使两托辊支撑座同时向外或向内精确移动。

细长轴是工件的长度与直径之比大于25（即L/D＞25）的轴类零件称为细长轴。在加工圆筒偏心类零件的实际生产中，由于刀杆长度L=3200mm与刀杆回转直径D=150mm之比为21.3，接近加工细长轴之比25，因此刀杆设计隶属细长轴设计范围；而刀具加工过程属于悬臂加工，刀具不仅要在强力、高温和剧烈的摩擦条件下工作，还要承受冲击震动；所以，整个刀具在切削过程中在切削力、重力、切削速度等因素作用下，必然会在重力的作用下产生自重下垂，振动，零件表面质量难以保证。

为满足内孔车刀刀具在圆筒偏心类零件锥孔内既承受工件高速旋转产生的切削力，又能在卧式车床上纵向行走、横向进给，及复合锥度加工锥面的加工要求，所述的加工圆筒偏心类零件内孔的内孔车刀设计成分体结构形式，是由刀杆和其前端的刀头构成，所述的刀头为L形刀头；且刀头材料的硬度应大于或等于2.5倍圆筒偏心类零件的硬度。例如，圆筒偏心类零件材质为ZG270-500、硬度要求为HB179-217，根据上述原则，刀头材质选择高速钢W18Cr4V，其硬度要求为：HRc63-66，（HB=1/10 HRc）对应的HB630-660，满足刀头材料的硬度≥2.5倍零件硬度的要求。而且，高速钢W18Cr4V具有足够的强度和韧性：能够较好地承受切削力和切削时产生的震动，防脆性断裂和崩刃；同时高耐热性：在高温下仍能保持硬度、强度、韧性；而刀杆的材质选用了45，HB217-255，这种状态下的45钢强度、韧性及抗冲击性状态最佳。

为进一步地提高内孔车刀刀具的刚性，所述刀杆与刀头的衔接部分采用螺纹连接方式，并且为矩形螺纹，以及旋合长度为刀头长度的三分之二，满足了刚性最佳的黄金设计比例，同时方便了切削过程中刀头磨损更换，提高了加工效率；刀杆末端的刀柄与走刀架紧固部分设计成方柄形式，增加刀杆与走刀架的接触面积，并采用刀杆与走刀架用高强度螺栓锁紧的把和方式。

将内孔车刀设计成分体接杆式结构的优点：若整体刀具重量过大、刀杆过长，切削加工时由于刀具处于悬臂细长加工状态，极易产生让刀现象，则刀具只能在低转速下工作，切削效率和加工精度较低；同时，减震性和抗冲击能力也较低，刀具磨损后只能整体更换，浪费严重且更换困难。而本发明分体式结构由于采用接杆形式，减轻了刀具重量；特别是刀头与刀杆的螺纹连接形式，抵消了一部分刀具在加工时产生的震动和冲击，提高了刀具的平稳性和加工精度；同时由于转速的提高，提高了零件的加工表面加工精度，提高了切削效率；磨损后只需更换刀头即可，降低了生产成本、使用方便，提高了加工效率。

当加工圆筒偏心类零件外圆时，所述床尾的顶尖前端设置有定位顶盘，顶尖位于在定位顶盘的顶尖孔内，定位顶盘左端止口与圆筒偏心类零件内孔形成定位配合，右端与床尾的顶尖形成定位配合；由于圆筒偏心类零件内孔存在偏心，所以定位顶盘的顶尖孔中心不在圆盘中心，为偏心，偏心位置可根据偏心套重量确定。定位顶盘的作用是：定位及回转。

利用本发明卧式车床加工圆筒偏心类零件的方法是。

第一步、加工圆筒偏心类零件的内孔。

当加工偏心套内孔时，将托辊支撑传动装置根据圆筒偏心类零件的长度及直径固定在卧式车床的床身导轨上，待放上圆筒偏心类零件后，再通过托辊的微调机构进行准确位置的微调；利用床头的夹盘将待加工圆筒偏心类零件左端装夹在夹盘内定位夹紧，右端放置在托辊支撑传动装置的两托辊支撑座上的托辊之间，托辊支撑传动装置位置应安放在距床尾圆筒偏心类零件长度的1/3处；将内孔车刀装夹在走刀架上，走刀架从圆筒偏心类零件的最右端起，随圆筒偏心类零件的旋转逐渐由右向左行进，走刀架随床身导轨及刀架滑轨同时进行纵、横向行走，将圆筒偏心类零件内孔加工出来。

第二步、加工圆筒偏心类零件的外圆。

当加工外圆时，将托辊支撑传动装置从卧式车床的床身上卸下，圆筒偏心类零件依然装卡在床头的夹盘内，按圆筒偏心类零件内孔直径设计与之匹配的定位顶盘止口，定位顶盘与圆筒偏心类零件的内孔通过止口配合，定位顶盘的另一端设计与床尾的顶尖一致的顶尖孔，利用顶尖孔将定位顶盘定位，将刀具更换成普通的外圆车刀，实现外圆加工。

与现有技术相比本发明的有益效果是：通过在普通卧式车床设备上，增加本发明的圆筒偏心类零件加工机构，将该机构与机床道轨稳定安装形成一体，其中利用：托辊支撑传动装置将零件定位支撑，并与零件形成相对旋转，使圆筒类零件与卡盘同步旋转，同时内孔车刀装夹在走刀架上，作为切削刀具，采用加长刀杆在车床上走复合锥度，实现偏心内孔的加工；以及采用定位顶盘一端与加工完成的偏心孔内紧密配合，另一端与床尾的顶尖配合，实现圆筒偏心类零件的外圆加工。达到了以下技术效果。

①使原来只能通过数控车床加工完成的精度，现在可以利用普通卧式车床简易的改造成本发明卧式车床来完成。即提高了偏心内孔加工光洁度精度，减少了修磨磨削工序，实现了以车代磨，降低了成本，缩短了加工周期。

②有效地解决了现有技术中，由于刀杆刚性不足导致的切削过程中的让刀现象。

③本发明的卧式车床由于采用微调机构及托辊支撑装置，并可以在床身上自由移动，满足了不同规格和长度的圆筒偏心类零件的加工需要。

附图说明

图1是本发明卧式车床加工内孔时的结构示意图。

其中，1为卧式车床、2为床身、3为床身导轨、4为托辊支撑传动装置、5为定位楔键、6为圆筒偏心类零件、7为夹爪、8为床头、9为夹盘、10为微调机构、11为托辊、12为托辊支撑座、13为走刀架、14为内孔车刀。

图2是本发明卧式车床加工外圆时的结构示意图。

其中，15为床尾、16为顶尖、17为定位顶盘、18为刀架滑轨、19为外圆车刀。

图3是本发明卧式车床的内孔车刀的结构示意图。

其中，20为刀杆、21为刀头。

图4是本发明卧式车床的内孔车刀加工圆筒类偏心套零件的工艺过程图。

图5是图1的X向示意图。

图6是本发明卧式车床托辊支撑传动装置的结构示意图。

其中，22为顶丝、23为卡槽、24为底座、25为挡块、26为双头螺栓、螺母。

具体实施方式

如图1所示，为本发明卧式车床1加工内孔时的结构示意图；图中，卧式车床1的主轴轴向为X向，垂直于卧式车床1床身2的方向为Z向，Y向与X和Z向垂直。卧式车床1的左侧为床头8，右侧为床尾15（在图1中未图示），在床头8与床尾15之间为卧式的床身2。床头8的内侧设置有夹盘9，夹盘9上有夹爪7，图中夹爪7为八个，将夹盘9等分，夹盘9、夹爪7的作用是将圆筒类偏心套零件6夹持固定在床头8上，使之在卧式车床1主轴的带动下与夹盘9一同旋转；床身2上设有床身导轨3，在加工内孔时，可将托辊支撑传动装置4下方的定位楔键5与床身导轨3结合，并用双头螺栓、螺母26把合在床身上2，托辊支撑传动装置4设置在距床头8圆筒类偏心套零件6长度的2/3处，且托辊支撑传动装置4定位于卧式车床1的Y向上。在托辊支撑传动装置4和床尾15之间的床身导轨3上设置有Y向上走刀架13的刀架滑轨18，图1中走刀架13上部通过螺栓固定有内孔车刀14，内孔车刀14的刀杆20由两部分构成，一固定在走刀架13的Y向段，以及一伸入圆筒类偏心套零件6内孔的X向段。走刀架13在X向和Y向上均可移动。

如图2所示，为本发明卧式车床1加工外圆时的结构示意图。图所示为圆筒类偏心套零件6的偏心内孔已经车好，在床尾15的顶尖16上设置有定位顶盘17，定位顶盘17的左端止口与圆筒偏心类零件6内孔形成定位配合，其右端与床尾15的顶尖16形成定位配合；而且，顶尖孔偏心。因此，应将托辊支撑传动装置4从床身15上卸下；另外，托辊支撑传动装置4若继续放置在床身2上，也阻挡刀架滑轨18的X向移动。在车零件外圆时，由于不再需要偏心，因此将走刀架13上的内孔车刀14更换为普通的外圆车刀19即可。图中零件加工的偏心距为38.59，偏心角度为2°30′。

如图3所示，为本发明卧式车床1的内孔车刀14的结构示意图，在走刀架13的前端为内孔车刀14。内孔车刀14包括刀杆20以及其前端的刀头21；刀头21的剖面呈L形，刀头21和刀杆20采用螺纹连接形式。例举一种内孔车刀14的参数：走刀架13的X向长度为400mm，刀杆20在X向上的长度为2500mm，刀杆20前端的螺纹孔深500mm，刀头21在X向上露出刀杆20的长度为200mm；刀头21尖部Y向上距刀杆20一侧为50mm、距刀杆20另一侧为200mm，刀头21后部的螺栓部分M80X2，刀杆20φ为150mm。而使用该内孔车刀14加工后零件参数：筒长2500mm，前端内孔φ为246mm，后端内孔φ为350mm，最大外筒径φ为700mm，锥度1:24，角度为1°11′24″。

如图4所示，为本发明卧式车床1的内孔车刀14加工圆筒类偏心套零件6的工艺过程图，图中展示了圆筒类偏心套零件6在随主轴旋转的情况下，内孔车刀14由床尾15端的筒口，逐渐向床头8方向车削零件的内孔。

如图5所示，为图1的X向示意图，图中的圆筒类偏心套零件6已被车削出偏心内孔。

如图6所示，为本发明卧式车床1托辊支撑传动装置4的结构示意图，图中阴影部分为床身导轨3，而与两床身导轨3内侧相接触的定位楔键位5于托辊支撑传动装置4的底座24下方，底座24通过双头螺栓、螺母26Y向把合在床身导轨3上。底座24上方Y向上相对地设置有两个托辊支撑座12；托辊支撑座12上设置有斜面，两托辊支撑座12的斜面朝向回转中心，斜面上带有用于放置托辊11的卡槽23，卡槽23旁相应于卡槽23内的托辊设11置有挡块25，防止托辊11因随零件旋转而脱出卡槽23，图中每一斜面上均设有两个卡槽23，两组卡槽23相对称。在两托辊支撑座12Y向的外侧均有微调机构10，微调机构10定位在底座24上，微调机构10通过其顶丝22对托辊支撑座12进行微调。例举一种托辊支撑传动装置4参数：圆筒类偏心套零件6的最大外径为φ820mm，卧式车床1回转中心垂直距底座24上表面为500mm高，距底座24下表面为630mm高，零件半径410mm小于回转中心垂直距底座24上表面的距离，α为85°，托辊支撑座12在Z向上高度为360mm。

Claims (10)

1.一种加工圆筒偏心类零件的卧式车床，包括卧式车床（1），卧式车床（1）床身（2）的一侧为床头（8）、另一侧为床尾（15），所述床头（8）设置有带有夹爪（7）的夹盘（9），相应地，所述床尾（15）设置有顶尖（16），在床头（8）与床尾（15）之间的床身导轨（3）上设置有走刀架（13），其特征在于：还包括一可与床身导轨（3）相结合的托辊支撑传动装置（4，所述走刀架（13）用于固定外圆车刀（19）或者内孔车刀（14）。

2.如权利要求1所述的加工圆筒偏心类零件的卧式车床，其特征在于：所述托辊支撑传动装置（4）的底座（24）上相对地设置两个托辊支撑座（12），托辊（11）的转动轴设置在所述托辊支撑座（12）上的卡槽（23）内；底座（24）下方具有与床身导轨（3）相应的定位楔键（5），底座（24）安置在距床头（8）圆筒偏心类零件（6）长度的三分之二处。

3.如权利要求1所述的加工圆筒偏心类零件的卧式车床，其特征在于：所述卡槽（23）设置在托辊支撑座（12）的斜面上，两托辊支撑座（12）上的卡槽（23）相对于卧式车床（1）的中心轴Z向上对称，托辊支撑座（12）的斜面上还设有用于限位托辊（11）转动轴的挡块（25），两托辊支撑座（12）的斜面应朝向卧式车床（1）中心；卡槽（23）在托辊支撑座（12）的斜面上可为若干个。

4.如权利要求1所述的加工圆筒偏心类零件的卧式车床，其特征在于：所述圆筒偏心类零件（6）的回转中心应与卧式车床（1）的回转中心重合（不能高于卧式车床的回转中心），并且托辊（11）与圆筒偏心类零件（6）的两切点之间的跨距大于或等于圆筒偏心类零件（6）直径的三分之二。

5.如权利要求4所述的加工圆筒偏心类零件的卧式车床，其特征在于：所述两切点与圆筒偏心类零件（6）回转中心构成的夹角α为85°；α为85°是支撑稳定、传动平稳的最佳夹角，该种支撑结构设计在圆筒偏心类零件偏心孔的加工应用中，取得了非常好的效果。

6.如权利要求2所述的加工圆筒偏心类零件的卧式车床，其特征在于：所述两个托辊支撑座（12）的外侧可分别设置微调机构（10），或者两个托辊支撑座（12）可通过丝杠相连。

7.如权利要求1所述的加工圆筒偏心类零件的卧式车床，其特征在于：所述内孔车刀（14）是由刀杆（20）和其前端的刀头（21）构成，所述的刀头（21）为L形刀头（21）；且刀头（21）材料的硬度大于或等于2.5倍圆筒偏心类零件（6）的硬度。

8.如权利要求1所述的加工圆筒偏心类零件的卧式车床，其特征在于：所述刀杆20与刀头21的衔接部分采用螺纹连接方式，并且为矩形螺纹，以及旋合长度为刀头21长度的三分之二。

9.如权利要求1所述的加工圆筒偏心类零件的卧式车床，其特征在于：所述床尾（15）的顶尖（16）前端设置有定位顶盘（17），顶尖（16）位于在定位顶盘（17）的顶尖孔内，定位顶盘（17）左端止口与圆筒偏心类零件（6）内孔形成定位配合，右端与床尾（15）的顶尖（16）形成定位配合，定位顶盘（17）的顶尖孔中心不在圆盘中心，为偏心。

10.利用权利要求1所述的卧式车床加工圆筒偏心类零件的方法是：

第一步、加工圆筒偏心类零件（6）的内孔：当加工圆筒偏心类零件（6）内孔时，将托辊支撑传动装置（4）根据圆筒偏心类零件（6）的长度及直径固定在卧式车床（1）的床身导轨（3）上，待放上圆筒偏心类零件（6）后，再通过托辊支撑传动装置（4）的微调机构（10）进行准确位置的微调；利用床头（8）的夹盘（9）将待加工圆筒偏心类零件（6）左端装夹在夹盘（9）内定位夹紧，右端放置在托辊支撑传动装置（4）的两托辊支撑座（12）上的托辊（11）之间，托辊支撑传动装置（4）位置应安放在距床尾（15）圆筒偏心类零件（6）长度的1/3处；将内孔车刀（14）装夹在走刀架（13）上，走刀架（13）从圆筒偏心类零件（6）的最右端起，随圆筒偏心类零件（6）的旋转逐渐由右向左行进，走刀架（13）随床身导轨（3）及刀架滑轨（18）同时进行纵、横向行走，将圆筒偏心类零件（6）内孔加工出来；

第二步、加工圆筒偏心类零件（6）的外圆：当加工外圆时，将托辊支撑传动装置（4）从卧式车床（1）的床身（2）上卸下，圆筒偏心类零件（6）依然装卡在床头（8）的夹盘（9）内，按圆筒偏心类零件（6）内孔直径设计与之匹配的定位顶盘（17）止口，定位顶盘（17）与圆筒偏心类零件（6）的内孔通过止口配合，定位顶盘（17）的另一端设计与床尾（15）的顶尖（16）一致的顶尖孔，利用顶尖孔将定位顶盘（17）定位，将刀具更换成普通的外圆车刀（19），实现外圆加工。

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