一种弯曲轴类零件外圆切削加工装置及切削加工方法与流程

本发明涉及机加工技术领域，属于外圆切屑加工方法，具体说来，尤其涉及具有弧度弯曲的轴类零件外圆进行切削加工方法及其专有切削装置。

背景技术：

具有一定弧度弯曲轴类零件的外圆加工，大多采用手工打磨的加工方式，但手工打磨具有劳动强度大、生产周期长、质量不稳定、影响因素复杂等许多缺陷，很难保证精确的加工质量；即使现有的多轴联动机床为弯曲轴类零件的加工提供可能，但这种加工方式不仅前期的对刀、程序控制、仿真加工等工作非常繁琐，而且加工后工件的圆弧曲率和截面圆度很难保证，轴向弯曲表面存在不一致光滑的缺陷。专利号ZL201420601367.4公开一种车削加工弯曲长轴的装置，包括径向夹持待加工弯曲轴的压辊装置及其固定座，压辊装置包括分置于待加工弯曲轴横向两侧的非弹性压辊机构和弹性压辊机构，固定架以垂直于车床加工轴线可滑动的连接于车床的大拖板上，固定架上连接有车刀架。加工时，待加工弯曲轴旋转，固定座带动整个装置垂直于弯曲轴的轴线作直线往复运动，两个压辊机构对弯曲轴的外形进行在线测量的同时通过固定架来实时调整车刀在车削过程中的位置，保证刀尖与弯曲轴轴线之间的距离不变，即通过机械方式保证车刀恒定的背吃刀量来实现弯曲轴的加工且保持原有曲率不变。车削加工过程中的轴向进给通过大拖板带动整个装置沿弯曲轴的轴向移动实现。采用此种加工方式，车刀与工件的轴线之有一定偏差，加工后所得外圆为一近似椭圆，加工弯曲轴的弯曲弧度很小，且仅适用于车削直径大于400mm，长度大于4m，直线度在0.2‰--14‰之间的弯曲轴，而且加工过程中工件转速不能太高，切削效率极低。上述弯曲轴类零件加工的传统方法是造成相关制造企业工人劳动强度大、加工质量不稳定、加工成本高的主要原因，已经严重制约相关制造企业的生产质量和生产效益。本发明的目的即是对上述问题的一种具体解决方案。

技术实现要素：

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种弧形弯曲轴类零件外圆的切削装置及切削方法，应该具有劳动强度低、工序简单、容易操作和成本低等优点，能完成直线轴类和具有较大弧度弯曲轴类零件的外圆切屑工作，不仅可以保证加工后的零件在轴线方向的曲率精度，而且加工的表面质量较高。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种弯曲轴类零件外圆切削加工装置，包括固定基座、设置在所述固定基座上的XY平面内轴向进给平台，其特征在于：还包括一绕Z轴转动输出的刀盘偏转装置，该绕Z轴转动输出的刀盘偏转装置包括固定座、转动台以及使所述转动台在所述固定座上转动的第一驱动机构，所述固定座固定在所述XY平面内轴向进给平台上，在所述转动台上设置有一旋风铣削装置，该旋风铣削装置在所述XY平面内轴向进给平台和刀盘偏转装置的同步作用下具有沿弯曲轴类零件弯曲方向的进给。

所述第一驱动机构包括涡轮蜗杆机构和第一电机。

所述旋风铣削装置包括机座、刀盘、转轴以及带动转轴转动的第二驱动机构，所述刀盘固定在所述转轴上，所述转轴的中心为输送待加工工件的圆形通道；所述机座固定在所述转动台上。

所述第二驱动机构包括大带轮、小带轮、传动带以及第二电机，所述大带轮连接在所述转轴上，所述小带轮连接在所述第二电机输出轴上。

在所述刀盘同心圆周上均布连接有至少一把可径向调节的刀具。

一种弯曲轴外圆切削加工方法，其特征是：利用旋风铣削装置提供刀具绕Y轴旋转铣削的动力，通过内旋风铣头绕Z轴的偏转和铣刀盘在XY平面内沿轴线轨迹追踪的实时联动，使得切削刀具随弯曲轴线进给运动的同时，切削面实时与弯曲轴线的切线垂直。

具体方法为：

步骤一、将待加工零件从旋风铣削装置内部穿过，通过固定基座上的工件装夹部件夹紧待加工零件；

步骤二、根据待加工零件弯曲轴的瞬时曲率为r，实时控制沿轴线a₁a₂切向进给切削速度v₁和刀盘绕Z轴偏转角速度ω₁，使v₁、ω₁和r满足关系为：v₁＝rω₁。

本发明一种弧形弯曲轴类零件外圆的切削装置，在刀盘同心圆周上均布连接至少一把可径向调节的刀具，刀盘与转轴一端固定连接，转轴的另一端与带轮连接，同时转轴通过轴承支承在机座上，由第一电机和带传动机构通过转轴带动刀盘提供刀具的旋转切削动力，机座固定在偏转装置的转盘上，由第二电机和蜗轮蜗杆传动机构带动转盘实现铣削刀盘的偏转，并在机床的XY进给平台的带动机座实现刀盘沿工件轴线的进给切削。

切削方法具体是：对一定弧形弯曲的轴类零件进行外圆切削时，工件固定不动，内旋风铣削装置的电机通过带传动机构为刀具提供Y轴旋转铣削动力，铣刀盘一方面在机床的XY进给平台带动下沿工件的轴线进给，同时刀盘偏转装置通过蜗轮蜗杆传动机构带动转盘使得铣刀盘自身绕Z轴转动，保证任一瞬时刀尖进给切削平面与工件轴线的切线垂直且切削中心在轴线上，实现对待加工弯曲轴类零件的外圆切削。

刀盘同心圆周上均布连接的刀具，每把刀具在刀盘径向位置依靠两个固定螺钉和一个调整螺栓调节，可以满足针对不同直径轴类零件的外圆切削加工。

刀盘偏转装置带动转盘的转轴中心在任意时刻必须严格穿过刀具切屑面的圆心。

机床的XY向轴向进给平台，必须使得刀盘的铣削中心严格沿工件轴线进给，以保证加工后零件的曲率精度。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

(1)应用旋风铣削和现有传动机构的有机结合。对具有一定弧形弯曲轴类零件外圆的加工方法及其切削装置，采用内旋风铣刀自身绕Y轴高速转动，并依靠铣刀盘自身绕Z轴偏转和底座在XY平面进给平台的联动，实现刀具沿工件轴向的进给切削，有效提高加工速度和加工质量，不仅可以保证加工后的零件在轴线方向的曲率精度，而且解决了目前多轴联动机床对大弧度弯曲轴类零件加工不能一致光滑的问题。

(2)刀盘同心圆周上均布的刀体可沿刀盘径向调节，能够针对不同直径大小的轴类工件进行加工，实现对直线轴类和弧形弯曲轴类零件的外圆进行粗加工和精加工。

(3)本方法是一项原创性的对具有弧度弯曲轴类零件外圆切削加工的新方法，此方法工序简单、劳动强度低、容易操作，用其进行弯曲轴类零件的外圆切削时可以省去多台传统的切削联动机床，将给企业的设备布置、用人用工安排等方面带来良好的改观。

附图说明

图1是弯曲轴类零件外圆加工专用切削装置的轴侧视图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为旋风铣削头的主视图；

图4为本发明的弯曲轴类外圆切削方法的原理示意图；

图5为本发明切削方法的工件外圆加工范围示意图。

图中：1-1铣刀盘、1-2刀具、1-3压紧螺钉、1-4调整螺栓、1-5第一电机、1-6小带轮、1-7传动带、1-8轴承、1-9转轴、1-10大带轮、1-11底座、2-1蜗杆、2-2蜗轮、2-3转盘、2-4第二电机、3XY进给平台、4工件。

具体实施方式

本发明提供的是基于旋风铣削的弧形弯曲轴类零件外圆切削的加工方法及其切削装置，下面结合附图及较佳实例详细说明本发明的具体实施方式。

如图1-3所示：一种弯曲轴类零件外圆加工的专用切削装置，在铣刀盘1-1同心圆周上均布连接有至少一把可径向调节的刀具1-2。刀盘1-1与转轴1-9一端固定连接，转轴1-9的另一端与大带轮1-10固定连接，同时转轴1-9通过轴承支承在机座上，由第一电机1-5和带传动机构通过转轴1-9带动铣刀盘1-1旋转提供刀具1-2旋转切削的动力，所述机座1-11固定在偏转装置的转盘2-3上，由第二电机2-4和蜗轮2-2蜗杆2-1传动机构带动转盘2-3实现铣削刀盘1-1的偏转，并由机床的XY进给平台3带动机座1-11实现刀具1-1沿工件4轴线的进给切削。

利用内旋风铣削刀盘，一方面带动刀具提供Y轴旋转切削的动力，另一方面刀盘沿弯曲轴线进给同时绕Z轴偏转，实现刀具带动瞬时圆周切削面与加工轴线的法向重合。

对一定弧形弯曲的轴类零件进行外圆切削时，工件4固定不动，内旋风铣削装置的电机1-5通过带传动机构为刀具1-2提供Y轴旋转铣削动力，铣刀盘1-1一方面在XY进给平台3带动下沿工件的轴线进给，同时刀盘偏转装置通过蜗轮2-2蜗杆2-1传动机构带动转盘2-3使得铣刀盘1-1自身绕Z轴转动，保证任一瞬时刀尖进给切削平面与工件轴线a₁a₂的切线垂直且切削中心O₁在轴线a₁a₂上，实现对待加工弯曲轴类零件的外圆切削。

进一步，图4是对前图切削装置加工原理的说明，从位置I到位置II的切削过程，刀具1-2的切削面始终与所在瞬时轴线的法线重合，刀盘转动中心O₁沿轴线a₁a₂进给的同时，铣刀盘1-1绕Z轴偏转角度为θ。

所述的铣削刀盘，沿轴线a₁a₂切向进给切削的速度为v₁，此时刀盘的绕Z轴的偏转角速度为ω₁，所在弯曲轴的瞬时曲率为r，为了保证切削的曲率和瞬时铣削所需的切向圆度，它们满足关系为：v₁＝rω₁。

进一步，图5是针对前图切削装置和加工原理工件的加工范围说明，所述刀盘的铣削平面AB和大带轮1-10端面CD间的距离为a，且靠近端面CD处的最小内径为r，所述最小内径与工件轴线a₁a₂的最短距离为b。

所述待加工工件4的外径为d，弯曲的曲率半径为R，加工弯曲弧度大于180。的弯曲轴类零件时，为避免切削装置在加工过程中与工件4出现干涉，应该满足

本发明在加工一定弧度弯曲轴类工件时，工件是静止的，内旋风铣刀盘绕Y轴高速旋转，刀具沿工件的轴线在XY平面内进给，同时自身转动以保证刀尖平面与轴线垂直，这样即可保证加工轴类零件的弯曲半径和弧形切向的圆度。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，具体实例还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。