高精度铝合金球的铣削加工实例

火箭发动机上的一个铝合金球体零件（图5-79），材料为LC6硬铝合金，硬度为190HBW，抗弯强度为680MPa。球外径D=60⁰_-0.012mm，内孔d=25^+0.01₀mm，球的圆度误差小于0.01mm，球面与内孔同轴度小于0.01mm，球面表面粗糙度值Ra0.04μm。

1.零件装夹

圆球毛坯采用分度头装夹，分度头装在滑台上，在分度头交换齿轮轴与纵向工作台丝杠间安装交换齿轮a/b、c/d，如图5-80所示。将工作台丝杠上的螺母拆掉，当起动纵向工作台电动机时丝杠转动，由于螺母拆掉了，所以工作台不移动，丝杠转动经交换齿轮带动分度头中的工件转动，这样铣刀高速旋转，工件慢慢转动，便可以铣出圆球来。

图5-79 球台零件图

图5-80 加工传动示意图

2.铣刀

球体材料是铝合金，硬度低、强度低，因此选择大前角γ_o=25°，切削刃锋利，由于是铣外球面，应采用较小后角α_o=4°。较小的后面起到压光的作用（图5-81）。但前、后面一定要进行精细研磨，表面粗糙度值应达到Ra0.04μm以下。刀具安装时，要避开刀尖切削，采用切削刃切削可减小球面刀痕，降低球面粗糙度。选择主偏角κ_r＜90°，使用切削刃切削而不使用刀尖切削，加工出来的表面粗糙度值小，选择κ_r=80°。

图5-81 精铣刀几何角度

3.切削用量

切削速度：v_c=150～200m/min，选择铣刀直径d₀=44mm（刀尖），铣刀转速n₀=1000～1500r/min，背吃刀量a_p=0.01～0.03mm（精铣），精铣时工件（球）的转速为n₁=0.2～0.25r/min。

4.零件转速及交换齿轮的计算

设定工件的转速n₁，选择工作台进给速度v_f，用传动交换齿轮a/b、c/d来保证要求的工件转速。调节工件的转速，通过调节工作台的进给速度来调节工件转速的高低。

选择n₁=0.25r/min，工作台进给速度v_f=15mm/min。

故

5.加工程序(www.xing528.com)

1）分度头主轴孔中装心轴ϕ25h5×300mm（带Morse No.4锥柄），心轴X、Z方向误差＜0.01mm/300mm，将分度头找正。

2）在分度头主轴孔中装上尾部为Morse No.4锥柄，前端安装工件部分为ϕ25h6×38mm“液性塑料心轴”。“液性塑料心轴”可以消除配合间隙，定位精度高。

3）找正铣刀旋转中心与工件（球体）的旋转中心。在铣床主轴端面吸一个磁性表座，表座上装一个杠杆指示表，在“液性塑料心轴”两侧放直角尺，将表头对在直角尺侧面上，手动转动主轴，不断调整横向工作台，使两侧表读数值相差小于0.01mm（图5-82）。这是一种简单、易行，同时又非常准确的找正方法，可以使铣出来的球体半径精度达到μm级。

图5-82 用杠杆指示表找正

设：用指示表测量偏差为0.01mm，即铣刀偏心δ=0.005mm，计算铣后球体产生最大理论半径误差。

由图5-76可得：

由此可见，铣刀中心与被加工球体的旋转中心偏差小于0.01mm，加工后产生球的理论圆度误差仅为3.839μm，可以满足工件精度要求。

4）开车铣刀旋转，上升工作台使铣刀接近工件，目测铣刀两侧刃与工件球台两侧面接近，用手摇分度头手柄使工件转动，上升工作台开始试切。

5）由于铣刀中心与球台两侧面有对刀位置有误差（图5-83），使铣出来的球面左右不对称，可调整“滑台”两侧面上的调节螺钉M16×1（图5-84），让工件向切削出来球面小的方向移动，使球台两侧面趋于对称。

图5-83 铣刀中心与球台中心

图5-84 调节零件位置的滑台

6）当铣出来的球面有“交叉刀花”出现，说明球体的圆度误差已比较小了，若“交叉刀花”能达到球面的20%，说明球的圆度误差可以达到0.1mm左右，此时将横向工作台固定进行粗铣，粗铣给精铣留0.5～0.8mm的精铣余量。

7）精铣时，不断地调节横向工作台，使加工的球体中心与铣刀中心的偏差逐渐减小，中心位置偏差越小，球的圆度误差越小。

根据经验：精铣时当“交叉刀花”占球面的60%时，球的圆度误差约为0.01～0.015mm，当“交叉刀花”达到70%～80%时，球的圆度误差约为0.008～0.01mm，当交叉刀花达到90%以上时，球的圆度误差可以达到0.003～0.004mm。

8）精铣后球表面粗糙度值可以达到Ra0.35～0.50μm，然后用钻夹头夹一个“V形夹”式的细油毡研具，在细油毡上涂“新光牌”—W10号研磨膏进行研磨，转速N₀=1000r/min，球体的转速为2～3r/min，球表面粗糙度值可以达到Ra0.20μm，再用绸布涂W2号研磨膏进行抛光可达到Ra0.10μm。