车削方形工件的结构原理研究
摘要：加工方形工件常采用锻压、冲裁、铣削加工方法，这些传统的锻压、冲裁由于结构原因有时无法实现，而铣削又生产效率低。文中拟定了一种新的方案— 车削多边形。加工时工件以一定的转速和刀具同向旋转，利用车刀与工件的相对运动加工多边形工件，设备结构简单，生产效率高，能加工不同边数的多边形。
（a）外切削法
（b）内切削法
c-刀具和工件中心距 l-刀尖至刀具回转轴线距离
图1
表1 速比i 切削方式
外切削法（l 内切削法（l>c）
>2 02 l=c/（i-1）2 c/（i-1）2 凸
凸 平 凹
2 凸
<2 凸 02 l=c/（i-1）2 c/（i-1）2
凹 平 凸
1.刀盘 2.主动轮 3.介轮 4.从动轮 5.工件 6.工件夹具 7.夹紧油缸 8.进给油缸
图2
1 问题提出在工作中曾经有企业提出一个问题：能不能采用一种新的切削方式加工方形工件，以便提高生产效率。因为很多的五金件厂、标准件厂、电子厂、洁具厂需要成形大批的方形工件，常采用锻压、冲裁、铣削加工，这些传统的锻压、冲裁由于结构原因有时无法实现，而铣削加工生产效率低（每次铣削一方，工件转位浪费时间），能不能有一种两全齐美的办法？2 新的方案拟定通过对大量的小型方形工件结构的分析，实践操作，查阅相关资料，有一种较为*的方法能实现这一要求，即采用车削的方式。 车削多边形原理为：车削加工时，如果工件旋转的同时，刀具也以一定的转速（大于工件的转速）和工件同向旋转，便可改变车刀和工件的相对运动轨迹，加工多边工件。图1为车削正多边形工件的原理图。 当工件与刀具分别以w1和w2旋转，它们之间保持定速比i=w1/w2=3。这样切削过程中，刀尖相对于工件轴线的轨迹为一周期性重复的封闭曲线，由该曲线包围的中间部分便形成了一个正三边形，当工件轴线位于刀尖运动圆周之外时，称为外切削法;当工件轴线位于刀尖运动圆周之内时，称为内切削法。切削方式和速比对成形的影响见表1。3 结构装置图2是采用外切法的多边形车削装置的结构简图。 在机床主轴上装有刀盘1和主动齿轮轴2，当刀盘和主动齿轮轴旋转时通过介轮3带动从动齿轮4和工件同时旋转（工件的夹紧是通过油缸7使夹具6夹紧工件），其速比为3:1，此时刀盘上装一把刀具能同时加工出多边形的三方（其速比为2:1，此时刀盘上装一把刀具能同时加工出多边形的两方，如果刀盘上对称安装两把刀具能同时加工出正四边形，依次类推）。纵向进给由油缸8带动中拖板来实现，此油缸设计为两档速度，空行程用高速，切削时用高速，两油缸自动控制过程为夹紧一快进一慢进-后退一松开。当工件径向尺寸变化时调整介轮3与齿轮轴2和从动齿轮4的啮合来实现。4 主要参数的确定主要参数包括速比i、装刀数z、刀具间角度y及刀具伸出长度l。 加工正多边形工件，刀尖的相对运动轨迹必须为封闭的内摆线，因此传动比i应是大于1的正整数。
表2 正方形
n=4 i=2 z=2
l1=l2 正六边形
n=6 i=2 z=3
l1=l2=l3 正六边形
n=6 i=3 z=2
l1=l2
若设n为多边形的边数，i为刀盘与工件的速比，则装刀数量为z=n/i。以q为多边形两邻边夹的角度，则刀具间的角度为y=i×（180-q）。当中心距一定时，并设e为多边形工件回转中心至边的距离，则刀尖至刀具回转中心距离（刀具伸出长度）由下式确定:l=c-ee。 加工正多边形时的速比和装刀数量关系如表2。5 结构特点这种加工多边形的设备结构简单、运动可靠、操作方便、性能稳定、工件尺寸变化时调整简单，而且工件的夹紧和纵向进给都是采用油缸实现自动操作，减轻了操作者的劳动强度。特别是车刀（利用普通车刀改磨即可）作高速旋转，加工出的工件的表面粗糙度值小，效率高（不管是二、四、六、八、十二方等多边形工件一次纵向即可完成），比铣削加工至少提率3～5倍，边数越多，效率提高越大，适合于大量成批小型多边形工件的加工。
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>2 02 l=c/（i-1）2 c/（i-1）2 凸
凸 平 凹
2 凸
<2 凸 02 l=c/（i-1）2 c/（i-1）2
凹 平 凸
1.刀盘 2.主动轮 3.介轮 4.从动轮 5.工件 6.工件夹具 7.夹紧油缸 8.进给油缸
图2
1 问题提出在工作中曾经有企业提出一个问题：能不能采用一种新的切削方式加工方形工件，以便提高生产效率。因为很多的五金件厂、标准件厂、电子厂、洁具厂需要成形大批的方形工件，常采用锻压、冲裁、铣削加工，这些传统的锻压、冲裁由于结构原因有时无法实现，而铣削加工生产效率低（每次铣削一方，工件转位浪费时间），能不能有一种两全齐美的办法？2 新的方案拟定通过对大量的小型方形工件结构的分析，实践操作，查阅相关资料，有一种较为*的方法能实现这一要求，即采用车削的方式。 车削多边形原理为：车削加工时，如果工件旋转的同时，刀具也以一定的转速（大于工件的转速）和工件同向旋转，便可改变车刀和工件的相对运动轨迹，加工多边工件。图1为车削正多边形工件的原理图。 当工件与刀具分别以w1和w2旋转，它们之间保持定速比i=w1/w2=3。这样切削过程中，刀尖相对于工件轴线的轨迹为一周期性重复的封闭曲线，由该曲线包围的中间部分便形成了一个正三边形，当工件轴线位于刀尖运动圆周之外时，称为外切削法;当工件轴线位于刀尖运动圆周之内时，称为内切削法。切削方式和速比对成形的影响见表1。3 结构装置图2是采用外切法的多边形车削装置的结构简图。 在机床主轴上装有刀盘1和主动齿轮轴2，当刀盘和主动齿轮轴旋转时通过介轮3带动从动齿轮4和工件同时旋转（工件的夹紧是通过油缸7使夹具6夹紧工件），其速比为3:1，此时刀盘上装一把刀具能同时加工出多边形的三方（其速比为2:1，此时刀盘上装一把刀具能同时加工出多边形的两方，如果刀盘上对称安装两把刀具能同时加工出正四边形，依次类推）。纵向进给由油缸8带动中拖板来实现，此油缸设计为两档速度，空行程用高速，切削时用高速，两油缸自动控制过程为夹紧一快进一慢进-后退一松开。当工件径向尺寸变化时调整介轮3与齿轮轴2和从动齿轮4的啮合来实现。4 主要参数的确定主要参数包括速比i、装刀数z、刀具间角度y及刀具伸出长度l。 加工正多边形工件，刀尖的相对运动轨迹必须为封闭的内摆线，因此传动比i应是大于1的正整数。
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n=4 i=2 z=2
l1=l2 正六边形
n=6 i=2 z=3
l1=l2=l3 正六边形
n=6 i=3 z=2
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