用仪表车床加工六方外圆方法

安徽省鑫矿液压机械有限责任公司技术论文选编2004-2010
仪表车床加工球阀接头外六方误差分析
生产部刘占睇（助理工程师）
接头是球形截止阀的主要零件，用在液压支架上的球形截止阀按通径的大小已形成系列产品。

接头的结构要素完全一致。

下图是QJ-10的接头零件图样：
从图样可以看到，接头中间有一段5mm长的六方。

以便使用扳手装卸用。

这个零件的最合理的方法当属原料采用六方冷拔钢。

但该零件的材质为45钢，市面上的成品冷拔钢很难寻到。

自己委托加工，因其六方段仅为零件全长的1/10。

增加冷拔加工费还不如采用元钢加工经济上合算。

目前，我公司的加工方法是先将零件的其他部位加工成形，再在铣床上用定距离的两把三面刃铣刀加工两个面，再转位两次，各加工两个面。

即该工序有三个工位。

加工一个零件，转动两次夹具，还有两个空行程。

加工效率不高。

接头的生产批量还是比较大的，为此公司技术人员极力寻求高效率的加工方法。

经过调研和论证，我们决定采用仪表车床来加工接头外六方。

具体方法是在仪表车床的导轨上加一把旋转的铣刀，用车铣法加工外六方。

我们先从理论上来论证它的可行性。

金属切削的基本知识告诉我们，零件的轮廓就是刀具的切削部分和工件相对的运动轨迹。

在车床的普通加工中，车刀不动，工件旋转，它们之间的相对运动轨迹是等于工件直径的一个整园。

如图1。

安徽省鑫矿液压机械有限责任公司技术论文选编2004-2010
于铣刀直径的一个铣刀尖接触工件的一点到铣刀尖离开工件的那一点的一段园弧。

如图2。

如果在车床上工件和铣刀同时以相同的方向旋转，它们之间的相对运动轨迹是如何一条曲线？这里，可以预先告之，它是一条非常接近直线的曲线。

如图3。

这条曲线是如何形成的，它和直线的形状偏差有多大。

我们可以用解析法和作图法两种方法得出。

一. 解析法
图4为解析图
安徽省鑫矿液压机械有限责任公司技术论文选编2004-2010
图中园1为铣刀尖的轨迹。

园2为工件毛坯形状。

R 铣刀尖的轨迹半径
r 工件毛坯半径
L 铣刀与工件中心距
n 工件与刀具的角速度比，其值为ω
工件/ω
刀具
上列四个参数是设计者自己选定的，在解析式中是常量。

根据这四个常量可以计算出以下各常量：
A=arccos((R^2+L^2-r^2)/2*R*L)
B=arcsin(sinA*r/R)
H=R*sinA
M=R*cosA
由以上常量又可得出下列数据：
A点位置刀具开始切入工件的点
B点位置刀具最后切工件的点
工件被切得第一点是A点，当刀具转动2A度角后到B点。

同时工件转动了2nA度角后到Q点。

Q点仍在工件的外园上，是可以得到的。

将Q点和B点连成一直线，是我们想得到的理想直线。

但刀具从A点到B 点之间切出的点都不在直线QB上。

下面，我们来寻求刀具在AB段之间切得工件点的解析式：
刀具从A点转动了T角后到了C点，C点的位置可以用它与工件的中心点距离b及与工件中心点水平轴的距离a确定。

其中：
b=(R^2+L^2-2*R*L*con(A-T))^0.5
a=R*sin(A-T)
当刀具又转动t度角到B点时，工件转动了nt度角到了P点。

P点就是刀
具在C点切出的工件上的点的相对轨迹点。

将工件的中心点定为座标原点，水平轴定为x轴，右为正向，垂直轴定为y 轴，上为正向，
可以得出：
x=-b*con(B-nt)
y=b*sin(B-nt)
其中t=2A-T
将T作为自变量，x，y都是T的函数，经整理就可得到y的x表达式。

这就是工件经铣削后横截面形成轮廓曲线解析方程式。

图4是解析法的说明图，但在绘制中是用实际比例得出的。

因而，图中的P 点看上去就在直线QB上。

将其放大如图5；
其中h为P点到直线QB的距离。

用解析几何的方法，可以得到用变量T表示的h的方程式。

将其求导，令导数为0。

d(h)/ d(T) =d(((b*con(B-nt)-x0)^2+( b*sin(B-nt))^2)^0.5)/ d(T)=0 用试算法将其求解，得：
T=0.157弧度
T值，将此T值代入方程式，可得到h的最大值。

H=0.056mm
这个值就是用车床加工平面时（R、r、L、n四参数下）在工件横截面上轮廓线的不直度。

如果得出的h在允许的公差之内，这种加工方法是可行的。

解析法得到的结果是很精确的，但其中多个中间量需用三角函数的幂方程求解。

求解过程比较繁琐复杂。

我们不妨先用图解法来得到近似的结果。

以确定用解析法的必要。

二. 图解法
我们用图号为QJ10-1的接头为实例，铣刀直径取R=120mm，工件毛坯直径
选30mm，铣刀与工件的最终中心距定为L=73.5mm，铣刀工件与铣刀的角速度比n=0.5。

按上述参数作图，并得到了图4中的A，B点即本图（图5）中的1,12点。

将1点按解析图的方法转到1＇点。

将解析图中标定的2A角等分成10份，它们与刀具轨迹园的交点分别为1、2、3、4、。

、12点，按解析图的方法分别转到1＇、2＇、3＇……、10＇点。

将各点用直线连起来，就可得到和解析法曲线近似的折线。

图5中不难看出，该条折线与1＇，11连起的直线十分相近。

放大10倍后，我们将直线平行复制偏移。

当两条平行线距离为0.06mm时，已将折线全部包容在内。

就是说这条折线与直线的形状误差不超过0.06mm。

按MT419-1995《液压支架用阀》标准中的规定，“图样中机械加工未注形位公差按GB1184C级之规定”，查表得我们的加工平面的平面度允差为0.2mm.可以看出，理论上母线的直线的误差相比要求还是很小的，这样的加工方法是完全可行的。

我们选了n=2,就是工件转1圈，铣刀转了两圈。

也就是说工件转1圈，它被铣了两个平面。

我们将铣刀设计成三个刀块，工件转1圈六个平面就一次铣了出来。

至此，理论上的全部问题都得以解决。

我们采用了功效极高的单工位的CJ0640-A仪表车床，按下传动展开图进行改造，实现QJ10球形截止阀的外六方加工。

图中1为CJ0640A仪表车床，3为原仪表车床的皮带轮。

2为新增加的附在床头箱上的开式传动机构。

4为传动轴。

5为机尾传动机构。

经过这一系列传动变速后，保证了车床主轴与铣刀转速比为2。

6为万向节，7为花键轴，8为铣刀及铣刀架。

9为工件，10为夹具。

铣刀架装在车床的小刀架上。

横向进给走刀时，铣刀架在花键轴上移动，横向进给时，依靠万向节实现一定的位移。

安徽省鑫矿液压机械有限责任公司技术论文选编2004-2010
（作者的话：本文中的加工方法是我们在和浙江乐清某阀制造单位业务洽谈中无意中发现的，出于同行业的禁忌，我们没有了解到更多一点情况，仅仅是观察了几分钟而已。

可以推断，这种加工方法是一种传统经典的方法。

但是，我们查阅了有限的资料后，没有发现只言片语的介绍。

出于时间要求，我们只得自行进行成形原理的解读和加工误差的分析。

所以本文如果和有关文著雷同，是不足为奇的。

但绝非作者刻意抄袭。

此文的形成过程中，得到了技术质量部韩智诚高工的鼎力帮助，其中解析法得内容就是在他的建议和帮助下加入的，他还认为，除了专著，一般的文著中，很难有此内容，可以避免抄袭之嫌。

作者表示由衷感谢。

）
2004.6。