隨著科技和生產(chǎn)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中具有特殊用途的異型截面零件越來(lái)越多，如多棱軸、凸輪軸、多邊形軸、曲軸等，為了達(dá)到這些零件所需的性能要求，其加工精度和表面質(zhì)量要求也越來(lái)越高。本文從異型截面零件加工方法及特點(diǎn)的分析入手，重點(diǎn)介紹異型截面零件的精密車(chē)削和砂帶磨削加工技術(shù)。

1 異型截面零件的加工方法

異型截面零件的加工通常有三種途徑：①直接成形法，如鑄、鍛、沖壓等；②切削運(yùn)動(dòng)合成法，如車(chē)、銑、刨、磨等；③特種加工法，如線切割、電火花、激光加工等。其中，直接成形法是異型截面零件的主要成形方法，但由于其制造精度較低，表面粗糙度值較大，不能滿足異型截面零件的精加工要求。特種加工法因效率低、成本高且不能加工軸向截面形狀復(fù)雜的非圓截面零件而使其應(yīng)用受到一定限制。因此，運(yùn)動(dòng)合成法切削加工是獲得高精度異型截面零件的主要途徑。

車(chē)、銑、刨、磨等是最常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)合成切削加工方法，均能加工出不同的復(fù)雜形狀零件。在這些方法中，銑削和刨削目前尚難以獲得很高的加工精度。磨削是常用的精密加工方法，且具有較高的生產(chǎn)效率，但普通磨削加工由于砂輪磨粒負(fù)前角較大、切削厚度小、磨粒易鈍化、切屑易堵塞砂輪、磨削溫度高、磨削力大、難以勝任磨削曲率變化大的工件等原因，其應(yīng)用受到一定限制。精密車(chē)削是近年來(lái)發(fā)展較快的精密加工技術(shù)，尤其隨著數(shù)控機(jī)床和金剛石刀具的廣泛應(yīng)用，使精密車(chē)削的加工精度和加工效率大大提高。

2 異形截面零件的車(chē)削加工

異型截面零件的車(chē)削加工方法主要有：①機(jī)械運(yùn)動(dòng)合成法，即通過(guò)機(jī)構(gòu)的多方向運(yùn)動(dòng)合成產(chǎn)生異型截面的車(chē)削運(yùn)動(dòng)軌跡；②靠模仿形加工法，即利用靠模來(lái)控制車(chē)刀與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，形成所需工件形狀；③數(shù)控車(chē)削法，即在數(shù)控車(chē)床上利用程序指令對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制，使機(jī)床自動(dòng)完成規(guī)定的加工過(guò)程。其中，數(shù)控車(chē)削法生產(chǎn)效率和加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，加工范圍廣，可用于各種異型截面零件的自動(dòng)車(chē)削。當(dāng)加工對(duì)象變化時(shí)，僅需調(diào)整數(shù)控程序，即可完成加工作業(yè)，特別適合多品種小批量的自動(dòng)化生產(chǎn)。

3 異型截面零件車(chē)削加工的刀具角度分析

由于切削加工異型截面零件時(shí)刀具的工作角度是變化的，車(chē)削時(shí)可能出現(xiàn)較大的負(fù)前角或負(fù)后角。當(dāng)出現(xiàn)負(fù)后角時(shí)，車(chē)刀與工件表面嚴(yán)重?cái)D壓、摩擦，使工件表面質(zhì)量變差，甚至難以切除工件材料。因此加工異型截面零件時(shí)必須防止出現(xiàn)負(fù)后角，保證車(chē)刀具有正常的工作角度。

在車(chē)削異型截面零件時(shí)，刀具的工作角度不僅與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和安裝位置有關(guān)，還與工件的截面形狀有關(guān)。刀具的前后角將隨工件形狀的變化而變化。下面以加工凸輪軸為例分析刀具工作角度的變化。


當(dāng)切削凸輪軸圓柱部分時(shí)，不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和刀尖安裝高低的影響，刀具的前角和后角等于刀具的標(biāo)注角度；當(dāng)切削凸輪軸升程部分時(shí)，由于工件形狀的關(guān)系，刀具的工作前角減小，工作后角增大。


角度的變化值為η，η角的大小取決于工件截面形狀。由數(shù)學(xué)關(guān)系知，曲線上任意點(diǎn)M的切線與該點(diǎn)矢量半徑的夾角為ψ，η為ψ的余角，故有


所以有


當(dāng)切削凸輪軸回程部分時(shí)，工作前角增大，工作后角減小，


當(dāng)η>a時(shí)，刀具的工作后角為負(fù)值，而負(fù)后角車(chē)刀會(huì)嚴(yán)重?cái)D壓、摩擦工件表面，甚至無(wú)法切除工件材料。為保證刀具切削時(shí)工作角度不變，刀具應(yīng)隨工件旋轉(zhuǎn)的位置擺動(dòng)，如圖2所示。


4 異形曲面零件的磨削加工

在異型截面零件的磨削加工中，砂帶磨削是一種高效、高精度的加工方法，尤其對(duì)于異型曲面零件的加工效果更為理想。異型曲面零件一般磨削難度較大，而砂帶的柔軟性恰好能適應(yīng)這類(lèi)零件的加工特點(diǎn)。砂帶磨削的接觸輪、壓磨板(塊)和接觸襯帶均可按零件的曲面形狀隨意改變，使其在磨削過(guò)程中能很好地與曲面吻合，獲得較好的成型效果。砂帶磨削還具有加工溫度低、粗糙度值低等特點(diǎn)，可使被加工零件獲得良好的表面質(zhì)量，克服砂輪曲面磨削中很難避免的磨削燒傷現(xiàn)象。此外，由于砂帶制造技術(shù)及砂帶質(zhì)量的不斷提高，砂帶磨削在高精度曲面零件加工中已達(dá)到甚至超過(guò)了其它加工方法的水平，目前已可磨制擺線齒輪、羅茨輪、大模數(shù)漸開(kāi)線齒輪、汽輪機(jī)葉片等。對(duì)于一般精度曲面零件的加工，砂帶磨削的應(yīng)用更為普遍。目前砂帶磨削已成為異型曲面零件的一種高效精密加工方法。