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，對應加工的零件尺寸范圍、結構形式、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準尺寸制成標準圓錐表面，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、常用的標準圓錐
常用的標準圓錐有下列兩種：
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．當用塞規(guī)檢查內錐時，內錐大端端面必須位于塞規(guī)的兩刻線之間，第一條刻線決定內錐大端直徑的公稱尺寸，第二條刻線決定內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，在國家標準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，標準錐角規(guī)定有l20。、90。、75。、60。、45。和30。。在錐度較小時，標準錐度規(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。
在標準中所規(guī)定錐度的精度等級，應用范圍舉例如表7-3。
錐度公差的標記舉例如下：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) 通過調整小拖板的角度車削圓錐
轉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轉動該角度即可，即將小拖板轉到與工件中心線成a／2角度。這種方法操作簡單，調整范圍大，而且能保證一定的精度。轉動小拖板車削圓錐的示意圖如圖7-2所示。
一、轉動小拖板角度的車削圓錐步驟
調整小拖板角度，車削圓錐零件的加工過程如下：
1．計算轉動小拖板角度
小拖板轉動角度的大小應等于工件的錐角。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，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，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、進給速度，以上參數(shù)可參考附表進行選擇。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．進給車削圓錐
在采用轉動小拖板方法車削圓錐時，可以采用手動進給車削或自動走刀進給。手動進給一般不均勻，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給機構，利用裝在光杠上的主動齒輪傳遞動力進行車削。
5．反復車削校正圓錐尺寸(1)校正小拖板轉動角度獲知小拖板應轉動的角度后，可實際調整，但因實際操作不
可能一次轉動小拖板就能精確地達到這個角度，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)來校正小拖板的轉角，直到符合工件錐度的精度要求為止?，F(xiàn)以加工校正圓錐孔錐度為例進行說明，其校正過程如下：
1)計算所得的角度，初次轉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內運轉后的痕跡。若摩擦痕跡均勻，說明錐孔錐度適當。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，必須適當增大拖板的轉動角度，反之，則應適當減小拖板的轉動角度。
3)調整小拖板轉角。少量進給車削一刀，再重復上述方法進行檢查校正。
4)反復進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，這時小拖板轉角已符合工件錐度的精度要求，可以進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)按以上相同方法進行角度的檢查校正。
(2)反復測量調整圓錐直徑尺寸
涂色檢查內外圓錐的方法，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行測量和控制
1)卡鉗和千分尺測量法。在測量孔徑時，將內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
在采用轉動小拖板車削圓錐面時，有時因零件的錐度很大，小拖板轉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。)，這時僅靠轉盤原有的刻度就無法準確地轉動刀架，如果在小拖板轉盤上作一輔助線，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。標準角度塊于花盤上，并進行校正。校正時應使角度塊的M面平行于水平面，M7面平行于車床主軸回轉中心線。小拖板輔助刻度線做法如圖7-4所示。
2)以標準角度塊校準小拖板。將小拖板逆時針轉動45。，在小拖板上安裝百分表，以標準角度塊的45。斜面為基準，校正小拖板的45。位置。
3)劃一條對準中拖板的0位刻線。在小拖板轉盤上刻線的左面對準中拖板的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確地轉過90。。
4)順時針方向轉動小拖板時，在小拖板轉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，小刀架可以準確地轉過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行調整。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，調整百分表指針對準"0"位。擰動尾座的調整螺釘，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，選擇車刀材料和車刀角度，然后松開小刀架進行車刀安裝。調整車刀與主軸中心線平行。
4．選擇切削用量
選擇切削速度、進給速度，以上參數(shù)可參考附表進行選擇。
5．進給車削圓錐
車削圓錐體零件時，可以采用自動進給。
為了保證尾座偏移量調整得準確，工件加工質量較高，可在加工工件之前進行試切檢驗，然后根據(jù)檢驗結果進行批量切削。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給運動的同時作橫向進給運動，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，可繞中心軸旋轉與工件軸心線成夾角a?？磕Ｑb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。為便于切削時進給，連接時應將中拖板的絲杠拆除掉，并將小刀架轉動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，調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，調整車刀與主軸中心線平行。
3)選擇切削速度、進給速度?？蓞⒖几奖磉x擇參數(shù)。4)安裝靠模裝置，并調整靠模板轉角度。
用正弦尺和百分表進行校正。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，檢查調整正弦尺與主鈾回轉中心線平行。用正弦尺和百分表校正靠模板轉動角度時，百分表指針擺動范圍應不大于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。調整該裝置時，可用調節(jié)支承螺釘使靠模板處于水平位置并固定，并橫向調整靠模板的位置。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。調整時，可用其上面的刻線對準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)自動進給。當中拖板橫向自動進給時，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)品質量的穩(wěn)定，調整方便，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(±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，大拖板作縱向進給，刀架與閥心在樣件上運動。當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，并關閉壓力油進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，從而達到跟蹤仿形的目的。近年來由于液壓與自動化技術的發(fā)展，進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．進給車削外形
開動機床，讓大拖板做縱向自動進給運動，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刀絲杠之間裝上一套傳動齒輪，達到按照錐度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縱為大手輪轉一周，大滑板移動的距離，mm；S橫為橫絲杠轉一周，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90。，以便調整吃刀深度，控制圓錐直徑。
2)在車正外圓錐時，自動縱向走刀，應通過介輪使橫向絲杠轉動，帶動滑板后退。車倒圓錐時，則橫滑板應前進。
3)車刀在縱向進人工件以前，應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行適當調整。