专利名称：一种外螺旋空间曲面的自动车铣装置和加工方法
技术领域：
本发明属于机械切削加工技术，特别涉及一种外螺旋空间曲面的车铣装置和加工方法。
背景技术：
目前，通常采用普通铣床或者数控铣床铣削加工回转体零件的外表面多个空间螺旋曲面，这种加工方法不但生产效率低，而且对尺寸精度、形状精度、螺旋曲面的空间位置精度要求较高时，很难保证产品质量，并且成品率较低。因此，很需要研究一种加工工艺简单、生产效率高、生产成本低，并能保证加工精度的以车铣加工代替铣削加工的方法。
发明内容
本发明的目的是针对外圆表面具有多个螺旋空间曲面加工存在的技术问题，提供一种结构简单、生产效率高、加工工艺简单、生产成本低和能保证加工位置精度、形状精度的外螺旋空间曲面的自动车铣装置和加工方法。
本发明的工作原理是在卧式车铣加工机床上，采用工件低速回转和铣刀高速旋转快速进给的正交车铣加工方法，铣刀在加工工件的圆周长方向上，按照多个空间曲线曲率切线点的轨迹连续做上下和纵向运动，进行车铣加工，直至完成外螺旋空间曲面的自动车铣加工。车铣加工时构成的铣削点运动轨迹包络线就是空间曲线的形状。该方法改变了传统铣床上往复移动的铣削加工方法。
本发明的自动车铣装置包括夹盘、主轴箱、铣刀、铣刀驱动单元、顶尖、机床尾座，夹盘固定在主轴箱前端的主轴上，主轴箱设置在床身的左端，顶尖安装在机床尾座轴上，机床尾座设置在床身的右端，铣刀驱动单元由X向工作滑台、Z向工作滑台、Y向工作滑台和电主轴组成，电主轴固定在Z向工作滑台上，Z向工作滑台设置在Y向工作滑台上，Y向工作滑设置在X向工作滑台上，X向工作滑台固定在床身上，实现电主轴在X、Y、Z三个方向作加工运动，铣刀固定在电主轴上，工件设置在夹盘和顶尖之间，本发明的外螺旋空间曲面的高速车铣加工方法，改变了传统的铣削加工方法，外螺旋空间曲面的高速车铣加工表面无加工热应力和内应力，工件不变形，加工表面具有压应力，表面强度高。
本发明的外螺旋空间曲面的加工方法，其加工工艺步骤是(1)加工零件的基准面、顶针孔和外圆；(2)成型加工外螺旋空间曲面，采用超高速涂层指状铣刀，刀具切削转速为3000～6000r/min，刀具进给速度为0.1～0.3mm/r，工件转速为5～20r/min，最佳转速为8～15r/min，采用水冷却，在室温下，零件随主轴箱连续低速旋转，刀具按照加工程序作快进、切削外螺旋空间曲面和快退运动，反复连续不断地进行加工，直至全部完成螺旋曲面的加工成型；(3)精加工螺旋曲面，采用超高速涂层指状铣刀，刀具切削转速为3500～6000r/min，刀具进给速度为0.1～0.25mm/r，工件转速为8～20r/min，目的是对螺旋曲面进行精加工和修整，达到加工精度的技术要求。
本发明具有结构简单、生产效率高、加工工艺简单、生产成本低和能保证加工位置精度、形状精度等优点，能满足外螺旋多空间曲面高速车铣加工的技术要求。
图1是本发明自动车铣装置的结构示意图；图中1工件、2夹盘、3主轴箱、4铣刀、5铣刀驱动单元、6顶尖、7机床尾座。
具体实施例方式
结合实例进一步说明本发明的外螺旋空间曲面自动车铣装置和加工的工艺方法。
如图1所示，一种外螺旋空间曲面的自动车铣装置和加工方法，工件直径φ120mm，所加工的工件具有六个外螺旋空间曲面，采用φ20mm TiN涂层四齿指状铣刀。该装置包括夹盘2、主轴箱3、铣刀4、铣刀驱动单元5、顶尖6、机床尾座7。夹盘2固定在主轴箱3前端的主轴上，主轴箱3通过螺钉固定在床身的左端，顶尖6安装在机床尾座7的轴上，机床尾座7设置在床身的右端，铣刀驱动单元5由X向工作滑台、Z向工作滑台、Y向工作滑台和电主轴组成，电主轴通过螺钉固定在Z向工作滑台上，Z向工作滑台通过螺钉固定在Y向工作滑台上，Y向工作滑台通过螺钉固定在X向工作滑台上，X向工作滑台通过螺钉固定在床身上，铣刀驱动单元5实现电主轴在X、Y、Z三个方向作加工运动，四齿指状铣刀4固定在电主轴上，工件1设置在夹盘2和顶尖6之间。
本发明的加工过程是加工开始，机床主轴开始连续低速转动，当主轴的转速处于稳定后，铣刀4开始转动，机床处于准备加工状态。首先，铣刀4由工件1的右端部进刀，进到一定的深度后，铣刀4沿X方向作高速旋转切削运动，车铣加工外圆表面的螺旋曲面；当铣刀4在X方向切削加工移动到外螺旋曲面的右端部时，铣刀4则沿着Y和Z方向的合成方向，向上移动到外螺旋曲面的高点位置，此时铣刀4向下移动进行下一个外螺旋曲面的加工。铣刀4一面要在圆周方向沿Y和Z的合成方向进行有规律的上下移动，一面又要在X方向做不间断的移动，完成外螺旋曲面的加工。外螺旋曲面加工完成后，铣刀在一定的切深下仍沿X方向继续运动，直到加工到所要求的工件长度止，这时铣刀4沿Y和Z的合成方向，向上快速退刀，并快速回到铣刀初始的加工位置上，车铣加工完成了一个工作循环。按工序的规定铣刀继续进刀，并按上述动作进行循环运动，直到完成图纸所要求的空间曲线的深度为止。铣刀4快速退回到零点位置。再利用小直径的圆柱铣刀清铣多个外螺旋曲面的根部，其工艺方法与上述的铣削方法相同，直至全部外螺旋空间曲线的根部清铣完成，铣刀又快速退回到零点位置，主轴停止转动，完成外螺旋空间曲面的全部机械加工。
其加工工艺步骤是(1)加工零件的基准面、顶针孔和外圆；(2)成型加工外螺旋空间曲面，采用φ20mm TiN涂层四齿指状铣刀，刀具切削转速为5000r/min，刀具进给速度为0.15mm/r，工件转速为16r/min，采用水冷却，在室温下，零件随主轴箱连续低速旋转，刀具按照加工程序作快进、切削外螺旋曲面和快退运动，反复连续不断地进行加工，直至全部完成外螺旋曲面的加工成型；(3)精加工外螺旋曲面，采用φ20mm TiN涂层四齿指状铣刀，刀具切削转速为5500r/min，刀具进给速度为0.12mm/r，工件转速为20r/min，目的是对外螺旋曲面进行精加工和修整根部，达到加工精度的技术要求。
权利要求
1.一种外螺旋空间曲面的自动车铣装置，其特征是，包括夹盘、主轴箱、铣刀、铣刀驱动单元、顶尖、机床尾座，夹盘固定在主轴箱前端的主轴上，主轴箱设置在床身的左端，顶尖安装在机床尾座轴上，机床尾座设置在床身的右端，铣刀驱动单元由X向工作滑台、Z向工作滑台、Y向工作滑台和电主轴组成，电主轴固定在Z向工作滑台上，Z向工作滑台设置在Y向工作滑台上，Y向工作滑设置在X向工作滑台上，X向工作滑台固定在床身上，铣刀固定在电主轴上，工件设置在夹盘和顶尖之间。
2.如权利要求1所述的一种外螺旋空间曲面的自动车铣装置，其特征是，所述外螺旋空间曲面的高速车铣加工表面无加工热应力和内应力，工件不变形，加工表面具有压应力，表面强度高。
3.一种外螺旋空间曲面的自动车铣加工方法，其特征是，加工工艺步骤是(1)加工零件的基准面、顶针孔和外圆；(2)成型加工外螺旋空间曲面，采用超高速涂层指状铣刀，刀具切削转速为3000～6000r/min，刀具进给速度为0.1～0.3mm/r，工件转速为5～20r/min，采用水冷却，在室温下，零件随主轴箱连续低速旋转，刀具按照加工程序作快进、切削外螺旋空间曲面和快退运动，反复连续不断地进行加工，直至全部完成螺旋曲面的加工成型；(3)精加工螺旋曲面，采用超高速涂层指状铣刀，刀具切削转速为3500～6000r/min，刀具进给速度为0.1～0.25mm/r，工件转速为8～20r/min，目的是对螺旋曲面进行精加工和修整，达到加工精度的技术要求。
全文摘要
一种外螺旋空间曲面的自动车铣装置和加工方法，该装置的夹盘固定在主轴箱前端的主轴上，主轴箱设置在床身的左端，顶尖安装在机床尾座轴上，机床尾座设置在床身的右端，铣刀驱动单元由X向工作滑台、Z向工作滑台、Y向工作滑台和电主轴组成，电主轴固定在Z向工作滑台上，实现电主轴在X、Y、Z三个方向作加工运动，铣刀固定在电主轴上，工件设置在夹盘和顶尖之间。加工工艺步骤是(1)加工基准面；(2)成型加工；(3)精加工螺旋曲面；(4)回火处理；本发明具有结构简单、生产效率高、加工工艺简单、生成本低和能保证加工位置精度、形状精度等优点。
文档编号B23C3/16GK1712163SQ200510046770
公开日2005年12月28日 申请日期2005年6月28日 优先权日2005年6月28日
发明者张志军, 贾春德, 陈尔涛, 姜增辉 申请人:沈阳理工大学