铣削外球面的操作流程与相关参数优化建议

1.外球面铣削装置

图5-67所示为球头的加工方法。球头用分度头上的卡盘装夹，然后分度头扳起一个Q角，分度头通过交换齿轮与铣床纵向工作台丝杠连接。铣削时铣刀高速旋转，工件（球头毛坯）慢慢地转动，可以自动地铣出球面。为了使分度头转动，工作台不移动，需将纵向工作台丝杠上的螺母拆掉，这样利用纵向丝杠传递动力，使工件在分度头的带动下，能自动旋转铣削。

2.分度头仰角与铣刀直径的计算

（1）分度头仰角Q

由图5-68可知

图5-67 铣外球装置

图5-68 仰角和刀具直径计算图

在△OBC中sin2Q=d₁/2R1

仰角：

（2）铣刀直径

在△AOE中AE=AOcosQ=R₁cosQ

铣刀直径：D_c=2AE=2R₁cosQ

式中 R₁——球体半径（mm）；

d₁——球杆直径（mm）。

铣刀两个刀尖旋转半径应相等（AE=EB），因此可在卡盘中夹一个圆柱件，直径大于刀具直径（AB+5mm）移动工作台使圆柱件中心基本对在刀盘中心上，在刀盘上装一个刀头，试铣卡盘中的圆柱件，调整刀头使铣出来的圆柱直径等于刀具直径AB，再装上另一个刀头，转动刀盘用透光法将另一刀尖对在圆柱面上，如图5-69所示。精铣时可采用一个刀头，消除对刀误差。

图5-69 对刀方法(www.xing528.com)

3.铣刀几何角度的选择

刀具材料：钢制球体材料大多采用合金钢：40CrMo、Cr12MoV、GC15等。粗铣使用YW2刀片，前角γ_o=3°～5°，后角α_o=5°～6°，λ_s=10°；精铣时，由于钢制的球体大多采用淬火处理，硬度在45～55HRC，因此采用立方氮化硼刀具BN-N、BN-SN或陶瓷刀具SG-4。

精铣淬火钢的球面时，前角γ_o=-（3°～5°）后角α_o=4°～6°，λ_s=0°，主偏角κ_r=90°或κ_r＞90°，刀尖正好切在球的顶点上，可以切出完整的球顶面，但要求刀尖直径尺寸严格，对刀比较困难，由于刀尖参加切削，不易铣出高质量的球面（图5-70a）；主偏角κ_r＜90°时（图5-70b），切削时切点不在刀尖而在刀尖的上部的切削刃上，因此，在球的顶部和根部有残留金属。主偏角κ_r＜90°，适合铣球台（图5-70c），而且铣出来的球表面粗糙度值小。副偏角κ′_r≤0，以便减小球面的残留高度，具体可根据工件尺寸结构，以不伤球柄圆柱面为原则进行选择。

图5-70 主偏角的选择

4.切削用量的选择

粗铣时，加工碳钢，切削速度v_c=120～150m/min，背吃刀量a_p=2～3mm。精铣时，加工碳钢，切削速度v_c=150～200m/min，背吃刀量a_p=0.05～0.1mm。精铣铝合金和铜合金球体时切削速度v_c=200～300m/min，背吃刀量a_p=0.01～0.03mm。

5.工件转速的交换齿轮计算

根据图5-71分度头—丝杠传动原理图可列出下式

n₂=v_f/P，k₁=1，k₂=40。

代入上式得

图5-71 分度头—丝杠传动原理图

例5-1 选择工件转数n₁=0.5r/min，工作台进给速度v_f=30mm/min，丝杠螺距P=6mm，分度头常数k₂=40，代入上式可得

，交换齿轮齿数：a=60，b=30，c=40，d=20。