第七章 圓錐零件的車削加工
第一節(jié) 圓錐零件概述
在車床上有多種方法可車削圓錐面。采用不同方法車削圓錐面，對應(yīng)加工的零件尺寸范圍、結(jié)構(gòu)形式、加工精度、使用性能和批量大小有所不同，無論哪一種方法，都是為了使刀具的運動軌跡與零件軸心線成一斜角，從而加工出所需要的圓錐面零件。為了降低生產(chǎn)成本，使用方便，我們把常用的零件圓錐表面按標(biāo)準(zhǔn)尺寸制成標(biāo)準(zhǔn)圓錐表面，即圓錐表面的各部分尺寸，按照規(guī)定的幾個號碼來制造，使用時只要號碼相同，就能緊密配合和互換。
一、常用的標(biāo)準(zhǔn)圓錐
常用的標(biāo)準(zhǔn)圓錐有下列兩種：
1．莫氏圓錐
莫氏圓錐在機器制造業(yè)中應(yīng)用得最廣泛的一種，如車床主軸錐孔、頂尖、鉆頭柄、鉸刀柄等都用莫氏圓錐。莫氏圓錐分成7個號碼，即0、1、2、3、4、5和6號，最小的是0號，最大的是6號。但它的號數(shù)不同，錐度也不相同。由于錐度不同，所以斜角a也不同。
表7-1為莫氏圓錐參數(shù)。
注：l．錐角的偏差是根據(jù)錐廈的偏差折算列入的。
2．當(dāng)用塞規(guī)檢查內(nèi)錐時，內(nèi)錐大端端面必須位于塞規(guī)的兩刻線之間，第一條刻線決定內(nèi)錐大端直徑的公稱尺寸，第二條刻線決定內(nèi)錐大端直徑的最大極限尺寸。
3．套規(guī)必須與配對的塞規(guī)校正。套規(guī)端面應(yīng)與塞規(guī)上第一條線前面邊緣相重合，允許套規(guī)端面超出塞規(guī)上第一條刻線，但不超過0．1mm距離。
2．公制圓錐
公制圓錐有8個號碼，即4、6、80、100、120、140、160和200號。它的號碼就是指大端直徑，錐度固定不變，即K=1：20。例如80號公制圓錐，它的大端直徑是80mm，錐度K=1：20。
二、圓錐表面的精度和公差
圓錐表面的精度主要是指錐度，在國家標(biāo)準(zhǔn)GBll334-89中，
規(guī)定了各種圓錐角的公差數(shù)值(見表7-2)。
在錐度較大時，標(biāo)準(zhǔn)錐角規(guī)定有l20。、90。、75。、60。、45。和30。。在錐度較小時，標(biāo)準(zhǔn)錐度規(guī)定有：1：3、1：5、1：7、1：8、1：10、1：12、1：15、1：20、1：30、1：50、1：100和1：200。
圖7-1為圓錐角公差。
1．相配合的錐度和角度零件
對于相配合的錐度和角度零件，根據(jù)用途不同而規(guī)定不同的錐度和角度公差。在國標(biāo)GBll334中，將錐度公差分為10個精度等級(1～10級，l級最高)。各精度中按公稱尺寸的不同而分別規(guī)定公差，公差對于零線為對稱分布，以角度的分或秒計量。公稱尺寸由圓錐的母線長度或角度的短邊長度決定。
在標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定錐度的精度等級，應(yīng)用范圍舉例如表7-3。
錐度公差的標(biāo)記舉例如下：如錐度1：20，6級精度的錐度公差，寫成l：20K6。
2．非配合的錐度和角度公差
對于非配合的錐度和角度公差，在國標(biāo)GBll334中規(guī)定有自由角度公差。其精度等級分為ATl、AT2、AT3和A，r4級，各級精度也是按照公稱尺寸的不同分別規(guī)定公差，且公差對于零線也是對稱分布的。公稱尺寸按圓錐的母線長度或角度的短邊長度決定。對于自由角度公差的選用：一般機械加工零件用2級，必要時可采用l級；冷沖、壓鑄和硬模鑄造可用2級或3級；熱沖、鍛壓和砂型鑄造則用3級或4級。
下面分別介紹調(diào)整小拖板角度、偏移尾架、靠模等幾種圓錐面車削方法以供參考和選擇。
第二節(jié) 通過調(diào)整小拖板的角度車削圓錐
轉(zhuǎn)動小拖板車削圓錐面最為常見。對于車削長度較短、錐度角a較大的圓錐面零件，車削時只要將車床小拖板按零件要求的錐度a轉(zhuǎn)動該角度即可，即將小拖板轉(zhuǎn)到與工件中心線成a／2角度。這種方法操作簡單，調(diào)整范圍大，而且能保證一定的精度。轉(zhuǎn)動小拖板車削圓錐的示意圖如圖7-2所示。
一、轉(zhuǎn)動小拖板角度的車削圓錐步驟
調(diào)整小拖板角度，車削圓錐零件的加工過程如下：
1．計算轉(zhuǎn)動小拖板角度
小拖板轉(zhuǎn)動角度的大小應(yīng)等于工件的錐角。如果工件時錐角值未直接給出，則要根據(jù)已知條件計算求出，計算工件錐角的方法如下：
(1)在零件圖上注有錐度C或斜度M值時，計算方法如下：t9號=M=導(dǎo)，求得號值。
(2)在加工圖上注有工件大端直徑D、小端直徑d和長度L值時，計算方法如下：
求得號值。
這兩種計算公式計算結(jié)果相差不大，因小拖板刻度一般相差半度，所以采用以上兩種公式做近似計算均可。
2．安裝車刀
根據(jù)被加工材料性質(zhì)，選擇好車刀，松開小刀架安裝車刀，車刀必須安裝在工件回轉(zhuǎn)軸線的水平位置，否則會影響圓錐的精度，車刀安裝若不對中心(偏高或偏低)時，會造成圓錐的錐度誤差和母線直度誤差。
3．選擇切削用量，控制吃刀深度
選擇切削速度、進(jìn)給速度，以上參數(shù)可參考附表進(jìn)行選擇。根據(jù)切削錐面的錐度大小和工件錐孔大端平面離開錐形塞規(guī)過端線的距離L 7，可選擇車刀的吃刀深度。
若已知工件錐孔大端平面離開錐形塞規(guī)過端線的距離，則吃刀深度t值為：
式中：t為吃刀深度，mm；L 7為工件錐孔大端平面距離錐形塞規(guī)的過端線距離，口為錐孔錐角C為錐度標(biāo)示值，mm0例：已知工件的錐孔錐角為8。，用錐形塞規(guī)測量時，工件錐孔大端平面距離錐形塞規(guī)的過端線L 7=4mm，求吃刀深度t。
即吃力深度為0．280mm。
4．進(jìn)給車削圓錐
在采用轉(zhuǎn)動小拖板方法車削圓錐時，可以采用手動進(jìn)給車削或自動走刀進(jìn)給。手動進(jìn)給一般不均勻，會影響工件的粗糙度和精度，為克服這一缺陷，可在床身上安裝小拖板自動進(jìn)給機構(gòu)，利用裝在光杠上的主動齒輪傳遞動力進(jìn)行車削。
5．反復(fù)車削校正圓錐尺寸(1)校正小拖板轉(zhuǎn)動角度獲知小拖板應(yīng)轉(zhuǎn)動的角度后，可實際調(diào)整，但因?qū)嶋H操作不
可能一次轉(zhuǎn)動小拖板就能精確地達(dá)到這個角度，因此，對精度要求較高的圓錐，要求在其加工過程中，在還留有一定加工余量時，采用錐形塞規(guī)或套規(guī)來校正小拖板的轉(zhuǎn)角，直到符合工件錐度的精度要求為止。現(xiàn)以加工校正圓錐孔錐度為例進(jìn)行說明，其校正過程如下：
1)計算所得的角度，初次轉(zhuǎn)動小拖板車削圓錐孑L。
2)檢查涂有顯示劑(如白粉筆、紅丹粉等)的錐形塞規(guī)放入錐孑L內(nèi)運轉(zhuǎn)后的痕跡。若摩擦痕跡均勻，說明錐孔錐度適當(dāng)。若錐形塞規(guī)大端有摩擦痕跡，而小端處無，則說明錐孑L的錐度過小，必須適當(dāng)增大拖板的轉(zhuǎn)動角度，反之，則應(yīng)適當(dāng)減小拖板的轉(zhuǎn)動角度。
3)調(diào)整小拖板轉(zhuǎn)角。少量進(jìn)給車削一刀，再重復(fù)上述方法進(jìn)行檢查校正。
4)反復(fù)進(jìn)行以上校正檢查過程，直到錐形塞規(guī)上摩擦痕跡均勻時為止，這時小拖板轉(zhuǎn)角已符合工件錐度的精度要求，可以進(jìn)行圓錐工件的精確加工了。若加工圓錐體，則可用錐形套規(guī)按以上相同方法進(jìn)行角度的檢查校正。
(2)反復(fù)測量調(diào)整圓錐直徑尺寸
涂色檢查內(nèi)外圓錐的方法，僅是解決校正圓錐的錐度，而圓錐的最大、最小圓錐直徑尺寸還須用下列方法進(jìn)行測量和控制
1)卡鉗和千分尺測量法。在測量孔徑時，將內(nèi)卡鉗腳卡在錐孔的口上，在測量錐體直徑時，卡在錐體最大端或最小端處，測量過程中卡鉗或千分尺應(yīng)與工件的軸線垂直，該法適用于單件或小批量生產(chǎn)。
2)錐形塞規(guī)(或套規(guī))測量法。根據(jù)工件的直徑尺寸和公差，在錐形塞規(guī)上刻兩根圓周線表示過端和止端，如圖7-3所示。在測量錐孔時，如果錐孑L的大端平面在兩條刻線之問，說明錐孔最大圓錐直徑尺寸符合公差要求；如果超過了止端刻線，說明錐孔尺寸已超過公差范圍；如果兩條刻線都沒有進(jìn)入錐孔，則說明錐孔尺寸還小，需再車去一些。此法用于工件批量較大的情況。
當(dāng)錐孔(或錐體)的軸向位置有精度要求時，還需控制它的尺寸基準(zhǔn)面至錐形塞規(guī)刻線(或錐形套規(guī)缺口)之間的距離，使其符合工件的裝配要求。
二、刀架輔助刻線的作用及劃法
在采用轉(zhuǎn)動小拖板車削圓錐面時，有時因零件的錐度很大，小拖板轉(zhuǎn)動的角度大于小拖板刻度盤上的刻度值(一般小拖架刻度自0位起左右各50。)，這時僅靠轉(zhuǎn)盤原有的刻度就無法準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)動刀架，如果在小拖板轉(zhuǎn)盤上作一輔助線，便可彌補上述的不足了。為了使輔助刻度線盡可能精確，可按如下過程做刻度線：1)安裝一個45。標(biāo)準(zhǔn)角度塊于花盤上，并進(jìn)行校正。校正時應(yīng)使角度塊的M面平行于水平面，M7面平行于車床主軸回轉(zhuǎn)中心線。小拖板輔助刻度線做法如圖7-4所示。
2)以標(biāo)準(zhǔn)角度塊校準(zhǔn)小拖板。將小拖板逆時針轉(zhuǎn)動45。，在小拖板上安裝百分表，以標(biāo)準(zhǔn)角度塊的45。斜面為基準(zhǔn)，校正小拖板的45。位置。
3)劃一條對準(zhǔn)中拖板的0位刻線。在小拖板轉(zhuǎn)盤上刻線的左面對準(zhǔn)中拖板的0位線刻劃一條輔助線，根據(jù)這條輔助線小拖板便可以準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)過90。。
4)順時針方向轉(zhuǎn)動小拖板時，在小拖板轉(zhuǎn)盤刻線的右面也刻劃一條輔助線。
注意在車削傘齒輪坯及其他錐度較大而長度較短的工件時，必須在粗車時就使用萬能量角器或角度卡板進(jìn)行檢驗和校正，否則很容易造成工件報廢。
在圖7-4中，M和M'面分別為角度塊上平行于水平面和車床主軸中心線平面。根據(jù)刀架輔助刻度線，小刀架可以準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)過90。。其工作過程如上所述。
第三節(jié) 偏移尾座車圓錐
對于錐度較小而工件長度較長的圓錐體，如果精度要求不高?？梢圆捎闷莆沧姆椒ㄟM(jìn)行車削。其車削過程如下：
1．工件裝夾
工件可采用兩頂針裝夾。把車床尾座向里或向外偏移一定距離，使工件回轉(zhuǎn)軸線與車床主軸軸線形成一交角，其大小等于圓錐體的斜角值。尾座偏移的方向由零件的錐角方向確定。當(dāng)工件錐體的小端在尾座處，尾座就要向里移動。反之，則尾座向外移動。一般車床尾座的最大偏移量為一給定值，因此車削的錐度范圍有一定的限制，且不能車削圓錐孔零件。尾座偏移后的頂針接觸方式如圖7-5(a)、(b)所示。
這兩種工件裝夾基本可削除由尾座偏移產(chǎn)生的工件回轉(zhuǎn)阻滯。但按圖7-5(b)裝夾會對加工精度有一定影響，圖7-5(a)裝夾效果則較好。
使用兩頂針裝夾時，應(yīng)注意使工件的總長和中心孑L深淺要保持一致，以免加工錐度產(chǎn)生影響。
2．計算與調(diào)整尾座偏移量
1)計算尾座偏移量。采用偏移尾座的方法車削時，如圖7-6所錄 昆巒的偏穩(wěn)暑，的可拈下音計笪．
式中：e為尾座的偏移量，mm；Z為兩頂針間的距離，mm；D為圓錐大端直徑，mm；d為圓錐小端直徑，rnm；L為圓錐體長度，mmo
當(dāng)工件的總長等于錐體長度L時，L=1，則：
或式中：e為尾座的偏移量，mm；Z為兩頂針間的距離，mm；D為圓錐大端直徑，mm；d為圓錐小端直徑，mm；L為圓錐體長度，rnm；C為圓錐錐度比；M為圓錐半錐度比。
例：在兩頂針間車削大端直徑為≯100mm，小端直徑為9196mm，錐形長度為600mm，工件總長Z=800mm的錐體。求尾座的偏移量是多少?
所以。尾座偏移量為2．67mm。若車削時按圖7-6所示方法裝夾，則尾座的偏移方向是向外。
2)調(diào)整尾座偏移量。為使計算出的理論偏移量與尾座實際的偏移量一致，可按下面所示的方法進(jìn)行調(diào)整。在小刀架上夾持一只百分表，在偏移尾座前，使百分表與尾座上的精確表面接觸，調(diào)整百分表指針對準(zhǔn)"0"位。擰動尾座的調(diào)整螺釘，使百分表指針的擺動量等于計算出來的尾座偏移量，將移動后的尾座固緊。
3．選擇安裝車刀
根據(jù)切削材料性質(zhì)，選擇車刀材料和車刀角度，然后松開小刀架進(jìn)行車刀安裝。調(diào)整車刀與主軸中心線平行。
4．選擇切削用量
選擇切削速度、進(jìn)給速度，以上參數(shù)可參考附表進(jìn)行選擇。
5．進(jìn)給車削圓錐
車削圓錐體零件時，可以采用自動進(jìn)給。
為了保證尾座偏移量調(diào)整得準(zhǔn)確，工件加工質(zhì)量較高，可在加工工件之前進(jìn)行試切檢驗，然后根據(jù)檢驗結(jié)果進(jìn)行批量切削。第四節(jié)靠模法車圓錐
靠模是利用靠模裝置使車刀在作縱向進(jìn)給運動的同時作橫向進(jìn)給運動，從而使車刀的運動軌跡產(chǎn)生被加工零件的圓錐母線。這種方法適于車削精度要求較高、批量較大的長圓錐體或長圓錐工件。
靠模裝置一般由靠模板、靠模板支架、彈簧和滾輪等零件組成，圖7-7是用于車削圓錐體的一種靠模裝置。該裝置通過靠模支架固定于車床床身，在靠模支架上面裝有靠模板，可繞中心軸旋轉(zhuǎn)與工件軸心線成夾角a。靠模裝置中的滾輪在彈簧力作用下可緊緊與靠板工作表面接觸，滾輪由滾輪支架同中拖板連接。為便于切削時進(jìn)給，連接時應(yīng)將中拖板的絲杠拆除掉，并將小刀架轉(zhuǎn)動90?；蛟谛〉都苌习惭b一輔助刀架。
靠模板的車削過程如下：
1)安裝工件?？刹捎每ūP、頂尖安裝工件。
2)根據(jù)切削材料性質(zhì)，調(diào)整車刀與主軸中心線平行。選擇車刀材料和車刀角度，然后松開小刀架將車刀安裝于刀架上，調(diào)整車刀與主軸中心線平行。
3)選擇切削速度、進(jìn)給速度?？蓞⒖几奖磉x擇參數(shù)。4)安裝靠模裝置，并調(diào)整靠模板轉(zhuǎn)角度。
用正弦尺和百分表進(jìn)行校正。將靠模板緊緊地靠在正弦尺與塊規(guī)的平行面上，用百分表對正弦尺垂直面校正，檢查調(diào)整正弦尺與主鈾回轉(zhuǎn)中心線平行。用正弦尺和百分表校正靠模板轉(zhuǎn)動角度時，百分表指針擺動范圍應(yīng)不大于0．Olmm。塊規(guī)厚度按下式計算。
H=Csin號
式中：H為塊規(guī)厚度，mm；C為正弦尺中心距離，mm；口為圓錐體零件的斜角。
帶有斜度的靠模板和靠模支架安裝于車床尾座上。調(diào)整該裝置時，可用調(diào)節(jié)支承螺釘使靠模板處于水平位置并固定，并橫向調(diào)整靠模板的位置。該裝置的靠模板座固定在機床上，靠模板的上表面有斜角刻度。調(diào)整時，可用其上面的刻線對準(zhǔn)板座上某一需要的刻度，用緊固螺釘固緊。再拆除小刀架絲桿，以滾輪支架代替，上面的滾輪嵌在靠模板的凹槽中。
5)自動進(jìn)給。當(dāng)中拖板橫向自動進(jìn)給時，車刀便可獲得滾輪在靠模板上的運動軌跡，作出相同的運動軌跡，從而車削出所需要的圓錐體或圓錐孔零件。
第五節(jié) 通過液壓仿形車床車圓錐
對于成批大量生產(chǎn)的圓錐零件的車削加工，也可通過液壓仿形加工以提高外圓表面車削的生產(chǎn)率。液壓仿形加工的特點是：能減輕工人的勞動強度，減少測量的輔助時間，確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，調(diào)整方便，車削生產(chǎn)率大大提高。近年來隨著液壓仿形系統(tǒng)的精度提高，尺寸精度可達(dá)(±0．02～±0．05)1TlIn，表面粗糙度為Ra5～2．5Fm。液壓仿形可l)2加工外圓錐面、外圓柱面、90。端面及其他回轉(zhuǎn)曲面，自動化程度高，強力切削性能好。
圖7-8是在普通車床上改裝的液壓仿形刀架，閥心由彈簧壓在樣件上，大拖板作縱向進(jìn)給，刀架與閥心在樣件上運動。當(dāng)閥心碰到樣件的端面時，閥心縮回，壓力油由隨動閥上腔經(jīng)過b通道進(jìn)入油缸下腔，由于活塞桿固定，油缸上腔回油經(jīng)a通道由Q2V1回油箱，油缸與刀架及隨動閥殼為一體，一同作向后仿形運動，并關(guān)閉壓力油進(jìn)15的開合度。閥心打開壓力油口的開合度即為刀架的移動量，從而達(dá)到跟蹤仿形的目的。近年來由于液壓與自動化技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步提高了圓錐類零件的生產(chǎn)效率。
其車削過程如下：
1．洗擇車刀
根據(jù)需切削的零件數(shù)量和材料、熱處理、加工精度、表面粗糙度等要求選擇車刀材料和車刀角度。
2．安裝工件
兩端分別用撥盤和活頂針安裝工件。
3．選擇切削用量
根據(jù)刀具材料和機床性能選擇切削速度、切削進(jìn)給量、切削深度等參數(shù)。以上參數(shù)選擇可參考附表。
4．安裝樣件
在機床上安裝好樣件，將液壓仿形刀架的閥心壓在樣件上。
5．進(jìn)給車削外形
開動機床，讓大拖板做縱向自動進(jìn)給運動，車削出零件錐形表面。
第六節(jié) 利用車床車圓錐的其他方法
一、用寬刀法車削錐面
寬刀法車削又稱為樣板刀法，這種方法僅適用于車削較短的外錐面，樣板刀的刀刃必須平直，主刀刃與工件軸線的夾角等于圓錐面的半錐角d2，在使用寬刀時，車床和工件必須具有較好的剛性，否則容易引起震動，從而破壞零件表面的粗糙度(圖7-9所示)。
二、用縱橫自動走刀車圓錐面
用該法車削，車刀隨著大滑板沿車床縱向自動走刀的同時，按照錐度K的比值，沿橫向進(jìn)到退刀的自動走刀，從而車出圓錐，因此必須在縱走刀與橫進(jìn)刀絲杠之間裝上一套傳動齒輪，達(dá)到按照錐度K的比值縱橫方向同時自動走刀。掛輪裝置如圖7-10所示
式中：為傳動比；K為工件錐度；S縱為大手輪轉(zhuǎn)一周，大滑板移動的距離，mm；S橫為橫絲杠轉(zhuǎn)一周，橫滑板移動的距離，mmo
2．操作要點
1)在車圓錐時，將小刀架順時針旋轉(zhuǎn)90。，以便調(diào)整吃刀深度，控制圓錐直徑。
2)在車正外圓錐時，自動縱向走刀，應(yīng)通過介輪使橫向絲杠轉(zhuǎn)動，帶動滑板后退。車倒圓錐時，則橫滑板應(yīng)前進(jìn)。
3)車刀在縱向進(jìn)人工件以前，應(yīng)與端面保持一定距離再開始自動走刀，以消除橫向絲杠與橫滑板之間的軸向間隙。
4)加工不同錐度或斜角的內(nèi)外圓錐面時，只要變換傳動齒輪的傳動比即可。
大川機械
對于大量或批量生產(chǎn)的圓錐零件的車削加工，可采用專用夾具來完成，以提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。以上介紹的車削圓錐外形方法與本章前面介紹的方法有較多的類似，具體加工過程請參考前述工藝過程進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。