纪传军
（江苏省盐城技师学院 江苏盐城 224002）
摘要：从加工原理、误差分析及计算、刀盘直径的选取等方面，对数控车床车方的可行性进行探讨，通过数控车床CY-K25D部件升级改装，实现以车代铣。该加工方式生产效率高、表面精度好、光洁度优异、能实现更多的附加值。
关键词：数控车床；正四方体车削原理；误差分析
数控车床可用于加工形状较复杂的回转体工件，当工件形状为非回转体结构时，如车削正四方体工件时，需要对数控车床进行改造。以云南CY集团有限公司生产的CY-K25D数控车床为例说明，在中拖板T形槽内，将标准的刀座替换成专用刀盘装置，CY-K25D数控车床车方改造见图1。工作原理：工件在车床主轴上旋转（转速为K1），车刀尖通过专用刀盘（转速为K2）按照K2/K1固定转速比高速旋转，运用数控插补合成运算，形成类正四方体。经理论分析：数控车床车削正四方体为一种近似加工方法，其刀具运动轨迹实为扁圆线段的组合，因扁圆长/短轴之比很大，加工的圆弧线段与直线非常接近。通过实例从加工原理、刀具轨迹、误差分析、整机性价比等方面探讨方案的可行性。
.png)
图1CY-K25D数控车床车方改造
1加工原理
以坐标系原点为工件的中心，设工件和刀具的半径为α，B；转速为α，茁。为使原理说明简单易懂，假设刀具中心在工件圆周上的位置P（0α，0）上（图2）。刀尖从Pt0的位置（α-B，0）出发，经过时间t后，刀尖位置P（tXt，Y）t可用式（1）和式（2）表示。
.png)
图2多边形加工原理及刀尖轨迹
由上述公式可知：刀尖轨迹是长径为α+B，短径为α-B的扁圆。如果在0°和180°的对称位置各安装1把刀具，则可加工如图3所示的类四边形。刀具轨迹成型误差计算与分析（图3）。
由原理分析可知：形成扁圆的短边相关量2B是刀盘直径，2α为工件直径，减小误差可选择缩短工件直径或增加刀盘直径。加工过程中，因毛坯直径已确定，为缩小形状误差，可增大刀盘直径。举例：以CY-K25D斜车为基础，加工椎36伊75mm的棒料毛坯（成品边长25.46mm），图纸要求成品正四方体平面度误差啄臆0.03，试求刀盘装置的最小直径。设刀盘直径为180mm（B=90mm），加工正四方体时成型误差分析如下：
（1）主轴与刀盘中心距离
L=18+90-5.27=102.73mm。
（2）刀尖加工轨迹
Xt=αcosαt-Bcosαt=（α-B）cosαt=（102.73-90）cosαt=12.73cosαt
Yt=αsinαt+Bsinαt=（α+B）sinαt=（102.73+90）sinαt=192.73sinαt
当Yt=12.73时，工件成型位置误差最大。即192.73sinαt=12.73；αt=3.79，此时Xt=12.73cos3.79毅=12.71；驻X=12.73-12.71=0.02约啄，达到加工精度要求。其中驻X向偏差实际为扁圆段和直线段的最大偏差，即正四方体截面的最大误差。
（3）如果成品图纸允许的平面误差≤0.03mm已确定，就需要保证Yt=12.73时，X满足Xt≥12.73-0.03=12.7mm，计算得αt≤3.935°，B≥82.3。即刀盘直径≥164.6mm。
（4）在机床不干涉的情况下，床身的最大回转直径逸刀盘直径即能满足用户加工要求。
图3成型误差分析
2专机方案的性价比及可行性
切削正四方体成品口25.46mm（毛坯θ36X75mm），
（1）传统加工模式。选CY-VMC650LD系列立式加工中心，用外形轮廓分层切削的加工方式进行粗铣削，留0.1mm余量精加工。粗加工切削三要素：切削速度V=120m/min，每齿进给量αf=0.35mm/Z，每次下刀深度αp=1mm；精加工切削三要素：切削速度V=150m/min，每齿进给量αf=0.2mm/Z，每次下刀深度αp=0.3mm。则单件加工耗时T=4.5min，粗糙度Rα1.6。
（2）K25D切削模式。切削三要素设定：主轴转速r=750m/min，Z轴进给量αf=0.15r/mm，切削最大深度αp=5.27；则单件加工耗时T=0.67min，粗糙度Rα0.8。
综上分析，CY-K25D数控车床车削正方柱体能实现一次装夹一刀切削成形，可大幅提高工件加工精度及效率，方案可行、值得推广。
参考文献
［1］朱龙恩.简明机械零件设计手册［M］.北京：北京机械工业出版社，1997.
［2］ 陈秀生.基于 STEP-NC 的数控车削加工仿真关键技术研究［D］.济南：山东大学，2007.