专利名称：一种球面加工方法
技术领域：
本发明涉及机械零件加工技术领域，特别涉及一种球面加工方法。
背景技术：
在一些机械零件中通常会用到球面结构，如铰轴，通常在这些零件的加工要求中， 对球面的精度、轮廓度及表面粗糙度要求较高。
在现有的球面加工方法中，主要采用数控车对待加工工件的球面进行粗车和精 车，然后采用数控磨的砂轮对待加工工件的球面进行打磨加工，最后对球面进行抛光。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题
在对待加工工件的球面进行打磨加工时，对数控磨的精度以及砂轮的轮廓度要求 较高，同时，砂轮磨损后修复比较困难，因此会导致加工成本高。发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种球面加工方法。所述技术方 案如下
本发明实施例提供了一种球面加工方法，所述方法包括采用数控机床对待加工 工件的球面依次进行粗车、精车、打磨和抛光，所述打磨包括
采用超声波金属表面加工装置加工精车后的所述待加工工件的球面，所述超声波 金属表面加工装置安装在所述数控机床上。
其中，所述粗车包括
采用左手外圆车刀和右手外圆车刀从球面的两边车所述削待加工工件的球面，车 至单边余量达到第一预定值；
采用圆刀片车刀，车所述待加工工件的球面至单边余量达到第二预定值。
进一步地，所述待加工工件为铰轴，所述粗车还包括
在所述米用左手外圆车刀和右手外圆车刀从球面的两边车削所述待加工工件的 球面，车至单边余量达到第一预定值之前，在所述待加工工件的两个端面的中心分别打中 心孔，所述两个端面与所述待加工工件的中心线垂直；
用顶尖顶住所述待加工工件的两个中心孔。
其中，所述精车包括
采用圆刀片车刀车所述待加工工件的球面至直径、粗糙度、面轮廓度达到甲组预 定值；
采用尖刀车所述待加工工件的球面至直径、粗糙度、面轮廓度达到乙组预定值。
进一步地,所述精车还包括
在所述采用圆刀片车刀车所述待加工工件的球面至直径、粗糙度、面轮廓度达到 甲组预定值之前，对所述圆刀片车刀进行对刀；
在所述采用尖刀车所述待加工工件的球面至直径、粗糙度、面轮廓度达到乙组预定值之前，对所述尖车刀进行对刀。
进一步地，所述采用尖刀车所述待加工工件的球面至直径、粗糙度、面轮廓度达到 乙组预定值，包括
分三刀车所述待加工的球面直径，其中，第三刀的设定深度L3=L-L1_L2，其中，LI 表示第一刀的实际深度，L2表示第二刀的实际深度，L表示乙组预定值中的设定深度。
进一步地，所述采用超声波金属表面加工装置加工精车后的所述待加工工件的球 面，包括
在所述超声波金属表面加工装置工具头部滚珠不转动的情况下，控制所述超声波 金属表面加工装置工具头部滚珠对所述待加工工件的球面挤压深度为一个定值；
控制所述超声波金属表面加工装置的工具头部滚珠走完整个球面。
其中，所述抛光包括将所述球面涂满研磨膏和机油，保持数控机床主轴转动，用 精相砂纸抛光球面。
进一步地，所述方法还包括在所述精车之前，对粗车后的所述待加工工件进行超 声波探伤。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是
通过采用超声波金属表面加工装置加工精车后的待加工工件的球面，利用超声波 金属表面加工装置代替了现有技术中的数控磨，在保证待加工工件的球面精度、光洁度的 同时，简化了加工工序，减少了使用的设备，提高了加工效率，降低了加工成本。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于 本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他 的附图。
图1是本发明实施例提供的球面加工方法流程图2是本发明实施例提供的铰轴结构示意图3是本发明实施例提供的铰轴车加工时装夹示意图4是本发明实施例提供的铰轴球面加工对刀时装夹示意图5是本发明实施例提供的铰轴打磨加工时装夹示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种球面加工方法，该方法包括采用数控机床对待加工工 件的球面依次进行粗车、精车、打磨和抛光；其中，打磨包括采用超声波金属表面加工装 置加工精车后的待加工工件的球面，上述超声波金属表面加工装置安装在数控机床上。下 面将结合具体实例来说明本发明实施例的加工方法。
实施例
下面结合图1对该方法进行详细说明，如图1所示，该方法包括
步骤101 :在待加工工件的两端面的中心处分别打中心孔，上述端面与待加工工件的中心线垂直。
将待加工工件放置在镗床回转工作台上，将待加工工件固定好，在端面中心打中心孔。
以加工铰轴的两球面为例，参见图2，在铰轴的端面划出十字线，十字线的交点即为端面的中心。具体地，先划出铰轴I的腰线2，并将腰线2引至两端面3，再在引至端面3 的直线上划垂直线，。
在划线前，先采用游标卡尺、千分尺、卷尺及球面样板确定两个球面的球心，要求两个球心的距离为1000mm，如果不满足该距离，可以进行毛坯余量借偏。
将铰轴放置在镗床回转工作台上，并用V型铁支撑铰轴，以铰轴的端面中心为基准找正工件，按GB/T145-2001 B6. 3在铰轴一端面打中心孔，记录镗床主轴X、Y轴坐标值； 工作台回转180°，将镗床主轴移至记录的坐标位置，在另一端面按GB/T145-2001 B6. 3打中心孔。
步骤102 :用顶尖顶住待加工工件的两个中心孔，粗车待加工工件的球面。
具体地，该步骤包括用顶尖顶住待加工工件的两个中心孔；
采用左手外圆车刀和右手外圆车刀从球面的两边车削待加工工件的球面，车至单边余量达到第一预定值；
采用圆刀片车刀，车待加工工件的球面至单边余量达到第二预定值。其中，单边余量是指半个球面预留的余量的厚度。
具体地，上述左手外圆车刀、右手外圆车刀以及圆刀片车刀均安装在数控机床刀架上。
以铰轴为例，在步骤101的基础上，参见图3，顶尖4顶住铰轴I的两个中心孔，两顶尖与法兰5连接。在步骤102中，采用车刀6(包括左手外圆车刀和右手外圆车刀)先加工一球面，具体地，采用参数主轴转速60r/min,进给O. 5mm/r,车至单边余量达到3mm,车刀6 通过刀杆7连接在数控机床刀架8上。换圆刀片车刀(刀杆SRDCR3225P05-A、刀片Φ5)，采用参数主轴转速80r/min,进给O. 2mm/r,车至单边余量达到2mm。加工完一球面后,在中间轴段距离球心500mm处刻线，作为车另一球面的参照。调头按照上述方法车另一球面。
进一步地，在粗车两球面之前，顶两端中心孔，用数控机床卡盘夹紧左端法兰，在中间轴距离轴端250mm处车两处校正带,移开右端顶尖,在一处校正带处架中心架，校正另一处校正带跳动小于O. 02mm,修右端中心孔,调头按上述方法修另一端中心孔。
步骤103 :精车粗车后的待加工工件的球面。
具体地，该步骤包括采用圆刀片车刀车待加工工件的球面至直径、粗糙度、面轮廓度达到甲组预定值；
采用尖刀车待加工工件的球面至直径、粗糙度、面轮廓度达到乙组预定值。
进一步地，采用尖刀车待加工工件的球面至直径、粗糙度、面轮廓度达到乙组预定值，包括
分三刀车待加工的球面直径，其中，第三刀的设定深度L3=L-L1_L2，其中，LI表示第一刀的实际深度，L2表示第二刀的实际深度，L表示乙组预定值中的设定深度。在实际加工中，可先为第一刀和第二刀提供一个设定深度，以保证前两刀的深度大致范围，但前两刀的设定深度不影响对第三刀设定深度的计算。由于第三刀的设定深度是根据前两刀的实际深度计算得来的，消除了前两刀的实际深度与设定深度的误差，提高了对待加工工件的球面精车的精度。
进一步地，精车还包括在采用圆刀片车刀车待加工工件的球面至直径、粗糙度、 面轮廓度达到甲组预定值之前，对圆刀片车刀进行对刀；
在采用尖刀车待加工工件的球面至直径、粗糙度、面轮廓度达到乙组预定值之前， 对尖刀进行对刀。
具体地，对刀过程可以如下以待加工工件的一端面与数控机床的坐标系的Z轴原点对齐，在坐标系平面内取X轴数值为a的两处分别对刀，并记录两次对刀时Z轴数据A 和B，将Z轴原点移动至A+B/2处，其中，Z轴与两个中心孔的连线重合，X轴与Z轴垂直。
其中，上述加工采用的刀具同样是安装在数控机床刀架上。
以铰轴为例，在步骤102的基础上，甲组预定值为S0400，粗糙度Ra3. 2，面轮廓度O. 05,此时主轴转速110r/min,进给O. 2mm/r,切深O. 3mm。乙组预定值为SC>400,粗糙度Ral. 6，面轮廓度O. 05，此时，主轴转速110r/min，进给O. 16mm/r,并在前两刀分别切深0.15mm，再根据前两刀实际深度，计算第三刀的设定深度并采用此设定深度车待加工工件的球面。
优选地，在对刀时，a=350，得到A和B，参见图4。
步骤104 :采用超声波金属表面加工装置加工精车后的待加工工件的球面。
具体地，该步骤包括
采用步骤103中的方法进行对刀；
在超声波金属表面加工装置工具头部滚珠不转动的情况下，控制超声波金属表面加工装置工具头部滚珠对待 加工工件的球面挤压深度为一个定值；具体地，可以通过在数控单元设置半径补偿参数以保证挤压深度；
控制超声波金属表面加工装置的工具头部滚珠走完整个球面。
其中，在完成步骤103的精车之后，将刀具替换为超声波金属表面加工装置，换言之，上述超声波金属表面加工装置也是安装在数控机床刀架上的。
由于超声波金属表面加工装置在现有技术中使用时，超声波金属表面加工装置的工具头部滚珠可以转动，而在本发明实施例中，超声波金属表面加工装置的工具头部滚珠是不转的，因此在控制超声波金属表面加工装置的工具头部滚珠走完整个球面的过程中， 会因为滚珠与球面的力作用的角度不断改变，导致滚珠在球面震动，为了消除这个震动，在控制超声波金属表面加工装置的工具头部滚珠走完整个球面的过程中，会改变超声波金属表面加工装置的电流及超声波金属表面加工装置气缸气压的值。
以铰轴为例，在步骤103的基础上，参见图5，在数控机床刀架8上安装超声波金属表面加工装置9，在步骤104中，开启超声波金属表面加工装置，调整电流至O. 5A，气缸10 的气压至O. 2MPa。超声波金属表面加工装置工具头部滚珠直径Φ14。优选地，挤压深度为1.8mm。
走刀时，手动调节进给速度使超声波金属加工装置快速通过工装法兰圆柱段，接近球面时，调整转速至18± lr/min,进给量O. 16mm/r。当在X轴运行至250 300区间时， 缓慢匀速调整气压至O. 5MPa，调整时间不小于2min，并适当降速。当在X轴运行至350 400 350区间时，调整电流至O. 8A。当在X轴再次运行到300 270区间时，缓慢匀速调 整气压至O. 2MPa，调整时间不小于2min。程序运行过程中操作者需时刻观察超声波金属表 面加工装置工具头部滚珠运行情况，中途不得停止。
步骤105 :对待加工工件的球面进行抛光。
具体地，保持待加工工件在数控机床上不动，拆除步骤104中使用的超声波金属 表面加工装置后，将球面涂满研磨膏和机油，保持数控机床主轴转动，用精相砂纸抛光球 面，直到球面色泽一致为止。上述数控机床主轴在加工过程中用于带动待加工工件转动。
容易知道，上述步骤102-105均可以在同一数控机床上完成，从而减少了加工过 程中使用设备的数量，不但提高了加工效率，同时降低了加工成本。
对于上述铰轴而言，在步骤105中，研磨膏型号可以为600#，机油型号可以为20#， 数控机床主轴转速可以为40r/min。
值得说明的是，由于铰轴有两个球面，因此在执行步骤103-105时，先在一端球面 上执行，完成后，将待加工工件调头，重复步骤103-105。
进一步地，该方法还包括在精车待加工工件的球面之前，对粗车后的待加工工件 进行超声波探伤。对于本发明实施例中的铰轴，可按DIN3990-5表中的ME级对待加工工件 进行超声波探伤，要求待加工工件密集性缺陷符合JB/T5000. 15-2007 II级要求。
本发明实施例通过采用超声波金属表面加工装置加工精车后的待加工工件的球 面，利用超声波金属表面加工装置代替了现有技术中的数控磨，在保证待加工工件的球面 精度、光洁度的同时，简化了加工工序，减少了使用的设备，提高了加工效率，降低了加工成 本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种球面加工方法，所述方法包括采用数控机床对待加工工件的球面依次进行粗车、精车、打磨和抛光，其特征在于，所述打磨包括采用超声波金属表面加工装置加工精车后的所述待加工工件的球面，所述超声波金属表面加工装置安装在所述数控机床上。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述粗车包括采用左手外圆车刀和右手外圆车刀从球面的两边车削所述待加工工件的球面，车至单边余量达到第一预定值；采用圆刀片车刀，车所述待加工工件的球面至单边余量达到第二预定值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述待加工工件为铰轴，所述粗车还包括在所述采用左手外圆车刀和右手外圆车刀从球面的两边车削所述待加工工件的球面， 车至单边余量达到第一预定值之前，在所述待加工工件的两个端面的中心分别打中心孔， 所述两个端面与所述待加工工件的中心线垂直；用顶尖顶住所述待加工工件的两个中心孔。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述精车包括采用圆刀片车刀车所述待加工工件的球面至直径、粗糙度、面轮廓度达到甲组预定值；采用尖刀车所述待加工工件的球面至直径、粗糙度、面轮廓度达到乙组预定值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述精车还包括在所述采用圆刀片车刀车所述待加工工件的球面至直径、粗糙度、面轮廓度达到甲组预定值之前，对所述圆刀片车刀进行对刀；在所述采用尖刀车所述待加工工件的球面至直径、粗糙度、面轮廓度达到乙组预定值之前，对所述尖刀进行对刀。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述采用尖刀车所述待加工工件的球面至直径、粗糙度、面轮廓度达到乙组预定值，包括分三刀车所述待加工的球面直径，其中，第三刀的设定深度L3=L-L1-L2，其中，LI表示第一刀的实际深度，L2表示第二刀的实际深度，L表示乙组预定值中的设定深度。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述采用超声波金属表面加工装置加工精车后的所述待加工工件的球面，包括在所述超声波金属表面加工装置工具头部滚珠不转动的情况下，控制所述超声波金属表面加工装置工具头部滚珠对所述待加工工件的球面挤压深度为一个定值；控制所述超声波金属表面加工装置的工具头部滚珠走完整个球面。
8.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述抛光包括将所述球面涂满研磨膏和机油，保持数控机床主轴转动，用精相砂纸抛光球面。
9.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述精车之前，对粗车后的所述待加工工件进行超声波探伤。
全文摘要
本发明公开了一种球面加工方法，属于机械零件加工技术领域。所述方法包括采用数控机床对待加工工件的球面依次进行粗车、精车、打磨和抛光，所述打磨包括采用超声波金属表面加工装置加工精车后的所述待加工工件的球面，所述超声波金属表面加工装置安装在所述数控机床上。本发明通过采用超声波金属表面加工装置加工精车后的待加工工件的球面，利用超声波金属表面加工装置代替了现有技术中的数控磨，在保证待加工工件的球面精度、光洁度的同时，简化了加工工序，减少了使用的设备，提高了加工效率，降低了加工成本。
文档编号B23P15/00GK102990304SQ20121050859
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者宋玉军, 由国静, 唐长平, 张怀斌 申请人:武汉船用机械有限责任公司