隨著科技和生產(chǎn)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中具有特殊用途的異型截面零件越來越多，如多棱軸、凸輪軸、多邊形軸、曲軸等，為了達(dá)到這些零件所需的性能要求，其加工精度和表面質(zhì)量要求也越來越高。本文從異型截面零件加工方法及特點(diǎn)的分析入手，重點(diǎn)介紹異型截面零件的精密車削和砂帶磨削加工技術(shù)。

1 異型截面零件的加工方法

異型截面零件的加工通常有三種途徑：①直接成形法，如鑄、鍛、沖壓等；②切削運(yùn)動(dòng)合成法，如車、銑、刨、磨等；③特種加工法，如線切割、電火花、激光加工等。其中，直接成形法是異型截面零件的主要成形方法，但由于其制造精度較低，表面粗糙度值較大，不能滿足異型截面零件的精加工要求。特種加工法因效率低、成本高且不能加工軸向截面形狀復(fù)雜的非圓截面零件而使其應(yīng)用受到一定限制。因此，運(yùn)動(dòng)合成法切削加工是獲得高精度異型截面零件的主要途徑。

車、銑、刨、磨等是最常見的運(yùn)動(dòng)合成切削加工方法，均能加工出不同的復(fù)雜形狀零件。在這些方法中，銑削和刨削目前尚難以獲得很高的加工精度。磨削是常用的精密加工方法，且具有較高的生產(chǎn)效率，但普通磨削加工由于砂輪磨粒負(fù)前角較大、切削厚度小、磨粒易鈍化、切屑易堵塞砂輪、磨削溫度高、磨削力大、難以勝任磨削曲率變化大的工件等原因，其應(yīng)用受到一定限制。精密車削是近年來發(fā)展較快的精密加工技術(shù)，尤其隨著數(shù)控機(jī)床和金剛石刀具的廣泛應(yīng)用，使精密車削的加工精度和加工效率大大提高。

2 異形截面零件的車削加工

異型截面零件的車削加工方法主要有：①機(jī)械運(yùn)動(dòng)合成法，即通過機(jī)構(gòu)的多方向運(yùn)動(dòng)合成產(chǎn)生異型截面的車削運(yùn)動(dòng)軌跡；②靠模仿形加工法，即利用靠模來控制車刀與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，形成所需工件形狀；③數(shù)控車削法，即在數(shù)控車床上利用程序指令對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制，使機(jī)床自動(dòng)完成規(guī)定的加工過程。其中，數(shù)控車削法生產(chǎn)效率和加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，加工范圍廣，可用于各種異型截面零件的自動(dòng)車削。當(dāng)加工對(duì)象變化時(shí)，僅需調(diào)整數(shù)控程序，即可完成加工作業(yè)，特別適合多品種小批量的自動(dòng)化生產(chǎn)。

3 異型截面零件車削加工的刀具角度分析

由于切削加工異型截面零件時(shí)刀具的工作角度是變化的，車削時(shí)可能出現(xiàn)較大的負(fù)前角或負(fù)后角。當(dāng)出現(xiàn)負(fù)后角時(shí)，車刀與工件表面嚴(yán)重?cái)D壓、摩擦，使工件表面質(zhì)量變差，甚至難以切除工件材料。因此加工異型截面零件時(shí)必須防止出現(xiàn)負(fù)后角，保證車刀具有正常的工作角度。

在車削異型截面零件時(shí)，刀具的工作角度不僅與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和安裝位置有關(guān)，還與工件的截面形狀有關(guān)。刀具的前后角將隨工件形狀的變化而變化。下面以加工凸輪軸為例分析刀具工作角度的變化。

(a)	(b)	(c)
圖1 車削凸輪軸時(shí)刀具角度的變化

如圖1a所示，當(dāng)切削凸輪軸圓柱部分時(shí)，不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和刀尖安裝高低的影響，刀具的前角和后角等于刀具的標(biāo)注角度；當(dāng)切削凸輪軸升程部分時(shí)，由于工件形狀的關(guān)系，刀具的工作前角減小，工作后角增大，如圖1b所示。即

角度的變化值為h，h角的大小取決于工件截面形狀。由數(shù)學(xué)關(guān)系知，曲線上任意點(diǎn)M的切線與該點(diǎn)矢量半徑的夾角為y，h為y的余角，故有

tgh=tg(	p	-y)=ctgy
	2

所以有

tgh=	dr
	rdq

當(dāng)切削凸輪軸回程部分時(shí)，工作前角增大，工作后角減小，即

當(dāng)h>a時(shí)，刀具的工作后角為負(fù)值，而負(fù)后角車刀會(huì)嚴(yán)重?cái)D壓、摩擦工件表面，甚至無法切除工件材料。為保證刀具切削時(shí)工作角度不變，刀具應(yīng)隨工件旋轉(zhuǎn)的位置擺動(dòng)，如圖2所示。

圖2 車削凸輪軸時(shí)刀具擺動(dòng)示意圖

4 異形曲面零件的磨削加工