CN107282949A - 用于加工内外球面的车削装置及加工方法 - Google Patents

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俞浩荣
徐嘉乐
姚素芹
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B5/00—Turning-machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor
    • B23B5/36—Turning-machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor for turning specially-shaped surfaces by making use of relative movement of the tool and work produced by geometrical mechanisms, i.e. forming-lathes
    • B23B5/40—Turning-machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor for turning specially-shaped surfaces by making use of relative movement of the tool and work produced by geometrical mechanisms, i.e. forming-lathes for turning spherical surfaces inside or outside

Abstract

本发明公开了一种用于加工内外球面的车削装置，它包括：方台，用于锁紧在车床上，并且使传动轴与车床主轴之间具有夹角θ；转动机构；连杆，连杆的一端与传动轴固定连接，另一端在传动轴的带动下绕传动轴转动，连杆上安装有刀杆和刀具。本发明公开了一种加工内外球面的方法，包括以下步骤：将方台锁紧在车床上，并使传动轴与车床主轴之间具有夹角θ；将刀杆沿夹角θ的方向斜向移动；待加工工件绕主轴作回转运动，同时，通过蜗杆蜗轮机构带动传动轴转动，使刀具的刀尖在垂直于斜向移动的铅直平面内转动。本发明的加工范围大，使用不同长度的连杆和刀杆可加工出不同半径和底面高的球面，改变连杆和刀杆的相对位置即可在同一装置加工出内、外球面。

Description

用于加工内外球面的车削装置及加工方法
技术领域
本发明涉及一种用于加工内外球面的车削装置及加工方法，属于球面加工技术领域
背景技术
机械设备中，常常存在具有内、外球面或圆弧面形状的零件，用普通的机床对这些零件进行加工，球面的形状加工精度很难保证。在车床上加工球面，一种是成形刀具加工法，将车刀磨成所加工的球面圆弧的形状，在车床上直接加工，但只适合半径较小的球面。另一种是靠机床的主运动和操作工手动进给运动相互配合来切削球面的，对操作工的技术要求很高，加工出来的球面的圆度较差，至少存在0.05～0.10mm左右形状误差，达不到零件的精度要求，不能满足使用要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于加工内外球面的车削装置及加工方法，它结构简单，操作方法简单，通过简单操作可加工出内、外球面。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种用于加工内外球面的车削装置，它包括：
方台，用于锁紧在车床上，并且使传动轴与车床主轴之间具有夹角θ；
转动机构，包括蜗杆蜗轮机构和传动轴，所述传动轴插装在方台上，所述传动轴与蜗杆蜗轮机构中的蜗轮传动连接，所述蜗杆蜗轮机构带动传动轴转动；
连杆，所述连杆的一端与传动轴固定连接，连杆的另一端在传动轴的带动下绕传动轴转动，所述连杆上安装有刀杆，刀杆上安装有刀具，所述刀杆与传动轴平行。
进一步，所述转动机构还包括手轮和转动杆，所述转动杆也插装在方台上，所述手轮安装在转动杆的一端，并带动转动杆转动，所述转动杆与蜗杆传动连接。
进一步，所述方台上设置有紧固手轮，通过紧固手轮将方台与车床锁紧。
进一步，所述连杆上设有刀杆安装孔，通过紧固螺钉将刀杆固定在刀杆安装孔上。
本发明还提供一种加工内外球面的方法，所述刀杆与所述传动轴之间的垂直距离为a，刀具的刀头与连杆之间的垂直距离为L，包括以下步骤：
步骤S1，将方台锁紧在车床上，并使传动轴与车床主轴之间具有夹角θ；
步骤S2，通过车床的大刀架纵向移动和中刀架横向移动使刀尖接近待加工工件表面；
步骤S3，将刀杆沿夹角θ的方向斜向移动，以调整吃刀量，即调节刀具的刀头与连杆之间的垂直距离L；
步骤S4，待加工工件绕主轴作回转运动，同时，通过蜗杆蜗轮机构带动传动轴转动，传动轴带动连杆转动，刀具和刀杆在连杆的带动下以传动轴为旋转轴，围绕传动轴旋转，刀具的刀尖便在垂直于斜向移动的铅直平面内转动，轨迹为圆形；
步骤S5，将用于加工内外球面的车削装置沿偏离主轴θ角的方向移动，即可加工出所需要的球面。
采用了上述技术方案后，本发明的手轮转动带动蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮的运动通过传动轴传递到连杆的一端，并带动连杆转动，刀具和刀杆安装在连杆的另一端，在连杆的带动下以传动轴为旋转轴，围绕传动轴旋转，轨迹为圆形；由于本发明的传动轴为斜向安装，传动轴与车床主轴之间具有夹角θ，随着本车削装置沿夹角θ移动，切削不断加深，即可切削出球面；本发明的车削装置安装调整方便，使用时只需将方刀架取下，装上本车削装置，通过紧固手轮即可予以紧固；本发明的加工范围大，使用不同长度的连杆和刀杆，可加工出不同半径和底面高的球面，改变连杆和刀杆的相对位置，即可在同一装置加工出内、外球面；本发明的车削装置设计制造简单，周期短，投入使用快，适用于多品种、小批量生产。
附图说明
图1为本发明的用于加工内外球面的车削装置的俯视图；
图2为图1中A方向视图；
图3为本发明的用于加工内外球面的车削装置用于切削外球面时的示意图；
图4为本发明的用于加工内外球面的车削装置用于切削内球面时的示意图；
图5为所要加工的球模工件的举例。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图5所示，一种用于加工内外球面的车削装置，它包括：
方台4，用于锁紧在车床上，并且使传动轴10与车床主轴之间具有夹角θ；
转动机构，包括蜗杆蜗轮机构和传动轴10，所述传动轴10插装在方台4上，所述传动轴10与蜗杆蜗轮机构中的蜗轮3传动连接，所述蜗杆蜗轮机构带动传动轴10转动；
连杆7，所述连杆7的一端与传动轴10固定连接，连杆7的另一端在传动轴10的带动下绕传动轴10转动，所述连杆7上安装有刀杆8，刀杆8上安装有刀具9，所述刀杆8与传动轴10平行。
优选地，如图1所示，所述转动机构还包括手轮1和转动杆11，所述转动杆11也插装在方台4上，所述手轮1安装在转动杆11的一端，并带动转动杆11转动，所述转动杆11与蜗杆2传动连接。
可选地，如图1、图2所示，为了便于固定方台4，所述方台4上设置有紧固手轮5，通过紧固手轮5将方台4与车床锁紧。
可选地，如图1所示，所述连杆7上设有刀杆安装孔，通过紧固螺钉6将刀杆8固定在刀杆安装孔上，以便调节刀杆的回转半轻。
利用上述用于加工内外球面的车削装置的加工内外球面的方法，所述刀杆8与所述传动轴10之间的垂直距离为a，该距离a为刀杆的回转半轻，刀具的刀头与连杆7之间的垂直距离为L，包括以下步骤：
步骤S1，将方台4锁紧在车床上，并使传动轴10与车床主轴之间具有夹角θ；
步骤S2，通过车床的大刀架纵向移动和中刀架横向移动使刀尖接近待加工工件表面；
步骤S3，将刀杆8沿夹角θ的方向斜向移动，以调整吃刀量，即调节刀具9的刀头与连杆7之间的垂直距离L；
步骤S4，待加工工件绕主轴作回转运动，同时，通过蜗杆蜗轮机构带动传动轴10转动，传动轴10带动连杆7转动，刀具9和刀杆8在连杆7的带动下以传动轴10为旋转轴，围绕传动轴10旋转，刀具9的刀尖便在垂直于斜向移动的铅直平面内转动，轨迹为圆形；
步骤S5，将用于加工内外球面的车削装置沿偏离主轴θ角的方向移动，即可加工出所需要的球面。
如图3所示，若所需加工的球面半径为R，球面工件底面半径为r，底面高为h，又知刀尖与连杆的距离为L，则需确定偏转角θ及刀杆回转半径a，
由图3可知，在由h、r为两直角边组成的三角形中，斜边是形成此球面的最小回转直径，故：
又因L＞b＝R-Rcosθ是连杆和工件在加工运动中不发生干涉的必要条件，故：
θ＜arccos((R-L)/R) (式3)
由式1在连杆7的刀杆安装孔上选择适当的a值，根据所选的a值及式2计算确定偏转角θ，式3作为判定公式。
如果由式2计算的θ角符合式3，则此a、θ可以使用。否则，需在刚性允许的情况下换长刀杆(即加大L)，扩大θ角的取值范围。
图3为内球面加工时刀杆、刀具及工件所处的位置的例子。
下面具体说明式1、2、3在工件加工中的应用。以加工图5所示的球模工件为例，球面半径R＝60mm，底面半径r＝55mm，底面高h＝36mm。
由式1得：故在连杆7上选a＝35mm的位置安装刀杆8。
由式2计算出
本切削装置的刀尖与连杆的距离L＝100mm，故由式3计算得θ＝131°48′。显然，由式2计算出的偏角小于由式3计算出的角度，由此判定偏转36°52'可加工出图5所示的球模工件。
当传动轴位于车床主轴下方，即刀杆8在连杆7的带动下旋转，当刀具9切削时位于圆轨迹的上半周时，则切削出外球面；当传动轴位于车床主轴上方，即刀杆8在连杆7的带动下旋转，当刀具9切削时位于圆轨迹的下半周时，则切削出内球面。
本发明的手轮1转动带动蜗杆2转动，蜗杆2带动蜗轮3转动，蜗轮3的运动通过传动轴10传递到连杆7的一端，并带动连杆7转动，刀具9和刀杆8安装在连杆7的另一端，在连杆7的带动下以传动轴10为旋转轴，围绕传动轴10旋转，轨迹为圆形；由于本发明的传动轴10为斜向安装，传动轴10与车床主轴之间具有夹角θ，随着本车削装置沿夹角θ移动，切削不断加深，即可切削出球面；本发明的车削装置安装调整方便，使用时只需将方刀架取下，装上本车削装置，通过紧固手轮5即可予以紧固；本发明的加工范围大，使用不同长度的连杆7和刀杆8，可加工出不同半径和底面高的球面，改变连杆7和刀杆8的相对位置，即可在同一装置加工出内、外球面；本发明的车削装置设计制造简单，周期短，投入使用快，适用于多品种、小批量生产。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于加工内外球面的车削装置，其特征在于，它包括：
方台(4)，用于锁紧在车床上，并且使传动轴(10)与车床主轴之间具有夹角θ；
转动机构，包括蜗杆蜗轮机构和传动轴(10)，所述传动轴(10)插装在方台(4)上，所述传动轴(10)与蜗杆蜗轮机构中的蜗轮(3)传动连接，所述蜗杆蜗轮机构带动传动轴(10)转动；
连杆(7)，所述连杆(7)的一端与传动轴(10)固定连接，连杆(7)的另一端在传动轴(10)的带动下绕传动轴(10)转动，所述连杆(7)上安装有刀杆(8)，刀杆(8)上安装有刀具(9)，所述刀杆(8)与传动轴(10)平行。
2.根据权利要求1所述的用于加工内外球面的车削装置，其特征在于：所述转动机构还包括手轮(1)和转动杆(11)，所述转动杆(11)也插装在方台(4)上，所述手轮(1)安装在转动杆(11)的一端，并带动转动杆(11)转动，所述转动杆(11)与蜗杆(2)传动连接。
3.根据权利要求1所述的用于加工内外球面的车削装置，其特征在于：所述方台(4)上设置有紧固手轮(5)，通过紧固手轮(5)将方台(4)与车床锁紧。
4.根据权利要求1所述的用于加工内外球面的车削装置，其特征在于：所述连杆(7)上设有刀杆安装孔，通过紧固螺钉(6)将刀杆(8)固定在刀杆安装孔上。
5.一种利用权利要求1至4任一项所述的用于加工内外球面的车削装置加工内外球面的方法，其特征在于，所述刀杆(8)与所述传动轴(10)之间的垂直距离为a，刀具的刀头与连杆之间的垂直距离为L，包括以下步骤：
步骤S1，将方台(4)锁紧在车床上，并使传动轴(10)与车床主轴之间具有夹角θ；
步骤S2，通过车床的大刀架纵向移动和中刀架横向移动使刀尖接近待加工工件表面；
步骤S3，将刀杆(8)沿夹角θ的方向斜向移动，以调整吃刀量，即调节刀具(9)的刀头与连杆(7)之间的垂直距离L；
步骤S4，待加工工件绕主轴作回转运动，同时，通过蜗杆蜗轮机构带动传动轴(10)转动，传动轴(10)带动连杆(7)转动，刀具(9)和刀杆(8)在连杆(7)的带动下以传动轴(10)为旋转轴，围绕传动轴(10)旋转，刀具(9)的刀尖便在垂直于斜向移动的铅直平面内转动，轨迹为圆形；
步骤S5，将用于加工内外球面的车削装置沿偏离主轴θ角的方向移动，即可加工出所需要的球面。
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