CY-K25D 數控車床車削正四方體的可行性分析

陳天澤

（云南CY 集團有限公司，云南昆明 650000）

0 引言

數控車床可用于加工形狀較復雜的回轉體工件，當工件形狀為非回轉體結構時，如車削正四方體工件時，需要對數控車床進行改造。以云南CY 集團有限公司生產的CY-K25D 數控車床為例說明，在中拖板T 形槽內，將標準的刀座替換成專用刀盤裝置，CY-K25D 數控車床車方改造見圖1。工作原理：工件在車床主軸上旋轉（轉速為K1），車刀尖通過專用刀盤（轉速為K2）按照K2/K1固定轉速比高速旋轉，運用數控插補合成運算，形成類正四方體。經理論分析：數控車床車削正四方體為一種近似加工方法，其刀具運動軌跡實為扁圓線段的組合，因扁圓長/短軸之比很大，加工的圓弧線段與直線非常接近[1-3]。通過實例從加工原理、刀具軌跡、誤差分析、整機性價比等方面探討方案的可行性。

圖1 CY-K25D 數控車床車方改造

1 加工原理

以坐標系原點為工件的中心，設工件和刀具的半徑為A，B；轉速為α，β。為使原理說明簡單易懂，假設刀具中心在工件圓周上的位置P0（A，0）上（圖2）。刀尖從Pt0的位置（A-B，0）出發，經過時間t 后，刀尖位置Pt（Xt，Yt）可用式（1）和式（2）表示[4]。

圖2 多邊形加工原理及刀尖軌跡

若工件和刀具的旋轉比為1:2，即β=2α 時，式（1）和（2）可表示為：

由上述公式可知：刀尖軌跡是長徑為A+B，短徑為A-B 的扁圓。如果在0°和180°的對稱位置各安裝1 把刀具，則可加工如圖3 所示的類四邊形。

刀具軌跡成型誤差計算與分析（圖4）。

由原理分析可知：形成扁圓的短邊相關量2B 是刀盤直徑，2A 為工件直徑，減小誤差可選擇縮短工件直徑或增加刀盤直徑。加工過程中，因毛坯直徑已確定，為縮小形狀誤差，可增大刀盤直徑[5]。

圖3 兩把刀加工正四方體截面

舉例：以CY-K25D 斜車為基礎，加工Φ36×75 mm 的棒料毛坯（成品邊長25.46 mm），圖紙要求成品正四方體平面度誤差δ≤0.03，試求刀盤裝置的最小直徑。

設刀盤直徑為180 mm（B=90 mm），加工正四方體時成型誤差分析如下：

（1）主軸與刀盤中心距離L=18+90-5.27=102.73 mm。

（2）刀尖加工軌跡

Xt=Acosαt-Bcosαt=（A-B）cosαt=（102.73-90）cosαt=12.73cosαt

Yt=Asinαt +Bsinαt=（A +B）sinαt=（102.73 +90）sinαt=192.73sinαt

當Yt=12.73 時，工件成型位置誤差最大。即192.73sinαt=12.73；αt=3.79，此時Xt=12.73cos3.79°=12.71；ΔX=12.73-12.71=0.02＜δ，達到加工精度要求。

其中ΔX 向偏差實際為扁圓段和直線段的最大偏差，即正四方體截面的最大誤差。

（3）如果成品圖紙允許的平面誤差δ≤0.03mm 已確定，就需要保證Yt=12.73 時，X 滿足Xt≥12.73-0.03=12.7 mm，計算得αt≤3.935°，B≥82.3。即刀盤直徑≥164.6 mm。

（4）在機床不干涉的情況下，床身的最大回轉直徑≥刀盤直徑即能滿足用戶加工要求。

圖4 成型誤差分析

3 專機方案的性價比及可行性

切削正四方體成品□25.46 mm（毛坯Φ36×75 mm），

（1）傳統加工模式。選CY-VMC650LD 系列立式加工中心，用外形輪廓分層切削的加工方式進行粗銑削，留0.1 mm 余量精加工。粗加工切削三要素：切削速度V=120 m/min，每齒進給量af=0.35 mm/Z，每次下刀深度ap=1 mm；精加工切削三要素：切削速度V=150 m/min，每齒進給量af=0.2 mm/Z，每次下刀深度ap=0.3 mm。則單件加工耗時T=4.5 min，粗糙度Ra1.6。

（2）K25D 切削模式。切削三要素設定：主軸轉速r=750 m/min，Z軸進給量af=0.15 r/mm，切削最大深度ap=5.27；則單件加工耗時T=0.67 min，粗糙度Ra0.8 。

綜上分析，CY-K25D 數控車床車削正方柱體能實現一次裝夾一刀切削成形，可大幅提高工件加工精度及效率，方案可行、值得推廣。