数控车床改造为车铣一体车床的研究

应方直

（永和流体智控股份有限公司，台州 317606）

数控车床改造为车铣一体车床的研究

应方直

（永和流体智控股份有限公司，台州 317606）

根据正多边形回转切削原理，分析铣正多边形数控车床的优缺点，介绍将数控车床改造成能一次性车和铣的车床方法。工件只需一次装夹，一次性加工完成，既保证加工精度，又节约工艺成本。

正多边形数控车床车铣一体一次装夹

随着阀门行业的迅速发展，阀门早已不局限于简简单单的普通球阀结构，各种复杂、高精密的阀门已逐渐成为市场的新星。但是，如何进行加工，既不投入昂贵的设备（如加工中心），又不增加工艺成本，又需保证其加工精度（产品质量），对于小企业来说是个难题。

笔者单位有一款截止阀产品结构复杂，阀体一端需车削外圆、内孔、外槽、外正六边形，六边形与外圆的同轴度为φ0.05。要达到此精度，产品必须一次装夹、一次性加工完成，不可进行二次装夹加工。在没有加工中心的情况下，普通数控车床根本无法加工。因此，要想节约成本，保证一次加工完成，必须将数控车床改造成为能车削能铣多边形的车铣一体车床，才能满足产品的加工方式。

1正多边形切削原理

多边形工件通常都是用铣削或刨削的方式进行加工成形的，加工时要借助分度盘进行旋转分度，依次将工件的各个面加工完成［1］。但是，这种最原始的加工方式效率并不是很高。因此，通过机械专家们的研究，发展了一种高效的多边形车削法。采用这种方法只需要将车床稍加改造，就可以对工件进行连续分度加工。车床结构稍微更改，并增加一副工装，使刀具与工件沿同一方向旋转，并且车刀转速是工件转速的n倍（n为整数），就能在工件上切削出多边形轮廓。例如：取n=2，在刀盘圆周上等距离地安装三把车刀，如图1所示，可以车削出正六边形；若只安装一把车刀，转速比n=3，可以得到三角形。通过调整刀具与工件的转速比n以及刀具的数量，就可以得到任意多边形结构。但是，这种加工方法加工出的型面近似。由于刀具跟着刀盘绕其自身轴线作回转运动，因此工件上被加工的边并不是真正的直线，而是稍微凹向工件中心的凹形圆弧，且刀具回转半径越小，凹形越严重。调整刀盘与工件的中心距、刀尖回转半径，可以有效减小正多边形直线度误差。通过专家的一系列仿真研究与分析，发现此车削方法精度较高，直线度误差值约为 0.002～0.01mm。所以，我们就可以将这种车削方式用来代替铣削方式。

2多边形车铣一体数控车床结构的设计

通过对市场上专门车削多边形数控车床的调研，发现其结构如下：车床主轴与刀盘并非同一个输出动力控制，采用的是两个电机作为动力。与刀盘连接的装置通常为普通电机与变频器，这种配置的缺点是两台电机的输出转速不同步，转速比无法达到整数，导致车削出来的多边形会稍微不规则。当然，也有驱动器与伺服电机作为配置的，但是这种精度较高的配置价格，相对来说比较昂贵。

经过对一些机械技术资料进行查阅，发现90年代已有CA6140普车改造成铣多边形车床的案例，如图2所示。

图1刀盘圆周上等距离地装三把车刀示意图［2］

图2　变速机构运动示意图［3］

机构原理：刀盘安装在车床主轴，输出动力为车床本身自带的电机，通过万向节连接小齿轮，中间的齿轮作为换向用，与大齿轮啮合传输动力，大齿轮端连接三爪卡盘，装夹工件。该装置采用一个输出动力，通过齿轮齿数之比作为变速条件，实现车削不同形状。

结构优点：输出动力唯一，保证了刀盘与工件转速比的准确性；通过更换齿轮，可以改变转速比。

结构缺点：刀盘安装在主轴上，导致只能车削多边形；其他刀具无安装位置，无法进行其他车削功能。

通过几种结构的优缺点对比，将其优点结合，再加上一些新型的机械配置，最终确定了车床改造方案，如图3所示。

方案及原理：为保证输出动力的一致，转速比达到整数比，采用一个电机，通过同步带来传输动力。为保证达到车铣一体的效果，采用电磁离合器作为连接与切断刀盘选择动力的装置。工件安装在主轴上，通过数控程序的编制，在进行车削加工时断开离合器，刀盘不进行转动，主轴旋转，电动刀架进行旋转选择刀具。根据程序，车床滑轨前后进给进行一般的车削加工。在需要铣多边形时，离合器进行工作，传输动力。与传统方法一样，同样使用万向节连接至从动轴上的大带轮，再连接至动力头端的小带轮，通过改变大小同步带轮的直径比来改变工件与刀盘的转速比。动力头另一端则安装刀盘，主轴与刀盘一起旋转即可进行多边形车削加工。当然，可以根据需加工的多边形形状来确定刀盘的分度情况以及刀具的数量。为了使其多边形的端面都在同一平面，安装刀具时要把相应的几把刀上的刀面安装在同一平面内，这时可通过调节刀具伸出刀盘的高度达到要求。此外，如果切削加工余量大或材料硬度高的工件时，可用多次走刀完成铣削工作。

图3车铣一体数控车床结构示意图

3结束语

传统的数控车床只能加工回转面，经过改造成为车铣一体的数控车床后，解决了单位加工特殊产品的疑难问题。工件只需装夹一次，就可一次性加工外圆、内孔及正多边形等，既保证了产品的精度要求，又节约了工艺成本。此外，它可单独加工正多边形零件，速度快，操作简单，尤其是在机械加工行业一次性加工复杂多变形零配件时。该设备改造成本低，制造容易，适合推广至市场进行批量生产，可以有效解决金属加工行业大部分中小型企业的加工难题。

［1］张益方.多边形工件车削加工的研究［J］.上海第二工业大学学报，1988，（1）.

［2］徐军.正多边形型面的车削加工［J］.砖瓦，2000，（6）：22.

［3］侯伯强.多边形车床的切削原理与加工方法［J］.机械设计，1993，（2）：51-53.

［4］胡昌军，钱瑞明，史雷.基于回转车床的正多面体车削及刀尖轨迹仿［J］.农业机械学报，2009，（12）：255-260.

Study on the Transformation of CNC Lathes Milling Integral Lathe

YING Fangzhi
（Yonghe fluid intelligence control Limited by Share Ltd，Taizhou 317606）

According to the principle of regular polygon rotary cutting，the advantages and disadvantages of the CNC milling machine areanalyzed.Theworkpieceonlyneedoneclamping，onetime processingiscompleted，whichnotonlyensuresthemachining accuracy，but also saves the processing cost.

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