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简单实用的球阀壳 体加工方法及其刀具设计

2015/1/24-简单实用的球阀壳 体加工方法及其刀具设计

在实际生产中,球 阀壳体零件的内球面由于位置特殊,加工难度较大,尤其对于加工精度要求较高的零件,为了保证加工质量,就必须制定合理的加工工艺,并设计专用夹具和刀具。本文以球阀壳体的加工为例,介绍一种简单、实用的内球表面车 削加工方法及其刀具设计。

 

1、球阀壳体内表面 加工方案

 

壳体零件的内表面 加工可以采取车削、铣削、磨削等多种方法。为了加工图1所示的球阀壳体, 此前曾采用成形铣刀分别对球体的两个内表面进行铣削加工,但加工精度未能达到要求。因此,该零件的加工被列为校内科研课题进行攻关。

 

图1球阀壳体剖面图

 

通过分析,加工该 零件内表面最理想的方法是采用车削加工。由于用普通车床手动车削很难保证球面的尺寸精度和表面质量,造成与其它零件配合时,难以实现良好的面接触,因此必须采用数控车削,以保证加工精度。

 

由于该阀体的内表 面近似于一个封闭球体,加工时刀具进出很不方便。如采用普通镬刀加工,由于刀杆悬伸长度超过了75mm,因此很难保证其 刚性。因此,合理设计刀具是实现加工的关键步骤。

 

2、刀具的设计

 

为了便于刀具进出 工件内腔,刀头的尺寸不宜过大。为此,设计了一个活动刀头。这种刀头不仅要解决刀具进出工件的问题,而且在频繁的装拆过程中,必须确保刀具的位置精度。车刀的装配见图2。刀杆材料选用 45钢(热处理至 HRC40-45)。车刀采用中心 钻改制而成。刀头的槽孔和刀杆的槽均采用数控线切割加工而成,采用过渡配合,并用螺钉在一端固定,以保证刀具在X方向窜动最小。刀 头的分解见图3。车刀在刀头内可 沿X方向调整,并用螺 钉固定。

 

图2车刀装配图

图3刀头分解图

 

3、刀尖圆弧半径的 误差补偿

 

在实际加工中,所 用刀尖都有一个半径不大的圆弧。而在数控车削编程中,为了方便起见,通常将刀尖看作一个点(图4 中的A点)。在对刀时, 一般是以车刀的假想刀尖作为刀位点,因此,在车削加工时,由于假想刀尖与实际刀具切削点的运动轨迹不一致,如果不采取补偿措施,就可能产生加工误差。虽然在切削端面、内径和外径时不会产生误差,但在切削锥面和圆弧 时会产生少切或过切。

 

图4假想刀尖与刀尖圆 角(A、假想刀尖 B、实际刀具切削点 )

 

为了消除车刀刀尖 圆角引起的加工误差,首先要知道刀尖圆角半径的大小。用刀具测量仪对刀尖进行测量的结果为R0.21mm。

 

加工所用车床的数 控系统为Fanuc OI-Mate,具有刀尖圆弧半 径补偿功能,因此可用刀具半径补偿指令(G41,C42)进行刀尖圆角半 径补偿。按照刀具路径前进方向,刀具位于工件右侧,因此应采用G42刀补指令。刀具补 偿与假想刀尖相对于刀尖圆角中心的方位有关(共有8种方位),图 4的方位代码为 3。确定相关参数后 ,先用试切法确定车刀在X轴和Z轴的位置,并输人 补偿值,然后输人刀尖圆弧半径R和假想刀尖方位代 码T(见《表1》)。

 

《表1》刀具补偿表

刀补号

X

Z

R

T

01

120

90

0.21

3

 

数控加工程序如下 :

 

粗加工程序……

 

N50 G00 X0 Z37

 

N60 G42 G01 Z35

 

N70 G03 X0 Z0 R37 F0.05

 

N80 G40 G00 Z37

 

……

 

只要按照定好的位 置将刀具置位,即可进行加工。切削完毕后,通过直径φ28的孔拆下刀头,沿 Z轴移走刀杆( X方向不动),然后 拆下工件,装上新零件后,再将刀杆置位,装上刀头,即可继续加工。

 

检测结果表明,用 该方法加工出的球阀壳体零件的尺寸精度和表面质量完全合格。

 

为球阀壳体的大批 量加工而设计的活动刀头既保证了加工精度(同心度),又便于装拆(装拆时间仅需20多秒),而通过对 刀尖圆弧半径的误差补偿,有效保证了圆弧面半径尺寸的加土精度。这种加工方法适合大多数有拆卸孔的球阀壳体内表面加工。
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