外圆锥面的加工

一、任务导入

(一) 任务描述

本任务主要是训练学生掌握工件上外圆锥面的基本加工方法。零件如图1-3-6所示，毛坯尺寸为φ37mm的棒料，材料为45号钢，分析零件的加工工艺，编写加工程序。

图1-3-6 外圆锥面零件

(二) 知识目标

(1) 了解外圆锥面加工的基本方法。

(2) 掌握数控车床上外圆锥面加工编程指令。

(三) 能力目标

(1) 熟悉外圆车刀的对刀操作。

(2) 掌握外圆锥面的检测方法。

二、知识准备

(一) 圆锥的基本知识

1. 圆锥的基本参数

圆锥的基本参数主要有α/2、D、d、L四个，如图1-3-7所示。

图1-3-7 圆锥的基本参数

(1) 圆锥半角α/2: 圆锥角α是通过圆锥轴线的截面内两条素线间的夹角，在车削时经常用到的是圆锥角α的一半，即圆锥半角α/2。

(2) 圆锥大端直径D，简称大端直径。

(3) 圆锥小端直径d，简称小端直径。

(4) 圆锥长度L: 圆锥大端直径与圆锥小端直径处的轴向距离。

(5) 锥度C: 圆锥大、小端直径之差与长度之比。

锥度C确定后，圆锥半角α/2则能计算出来。因此，圆锥半角α/2与锥度C属于同一基本参数。

2. 圆锥的标注方法

编程时，需计算出相关的坐标，常见的圆锥尺寸标注方法如图1-3-8所示。

(二) 车削外圆锥面工艺知识

在数控车床车外圆锥面时，可分为车正锥和车倒锥两种情况。

1. 车正锥的工艺路线

车正锥的工艺路线，如图1-3-9所示。如图1-3-9 (a) 所示，刀具走刀路线为相似三角形，按此加工路线，刀具切削运动的距离较短，但需要计算终刀距离。如图1-3-9 (b)所示，车正锥不需要计算终刀距离，只要确定切削深度，即可车出外圆锥面，编程方便。但在每次切削中切削深度是变化的，且刀具切削运动的路线较长。如图1-3-9 (c) 所示，程序段较少，适合车削大小端相差较大的外圆锥面工件。

图1-3-8 圆锥尺寸标注方法

图1-3-9 车正锥的加工路线

2. 车倒锥的工艺路线

车倒锥原理和车正锥原理相同，如图1-3-10所示。

图1-3-10 车倒锥的加工路线

(三) 外圆锥面加工的编程指令

单一形状固定循环。该循环主要用于圆柱面和圆锥面的循环切削。

1. 外圆切削循环 G90

1) 圆柱面

格式:G90 X(U)__ Z(W)__F__;

程序中:

X，Z——圆柱面切削终点坐标值。

U，W——圆柱面切削终点相对循环起点的增量值。

如图1-3-11所示，刀具从循环起点开始按矩形循环，最后又回到循环起点。图1-3-11中虚线表示按R快速运动，实线表示按F指定的工作速度运动。其加工顺序按1、2、3、4进行。

图1-3-11 外圆切削循环

2) 圆锥面 (见图1-3-12)

图1-3-12 锥面切削循环

格式:G90 X(U)__ Z(W)__ R__ F__;

程序中:

X，Z——终点坐标 (绝对坐标);

U，W——终点坐标 (相对坐标);

R——圆锥面切削始点与圆锥面切削终点的半径差，有正负号;

F——进给量，mm/r。

2. 端面车削循环 G94

1) 圆柱 (见图1-3-13)

格式:G94 X(U)__ Z(W)__ R__ F__;

程序中:

X，Z——终点坐标 (绝对坐标);

U，W——终点坐标 (相对坐标);

R——圆锥端面切削始点至终点在Z轴方向的坐标增量，切削端平面时为零，可省略。

F——进给量，mm/r。

2) 圆锥 (见图1-3-14)

图1-3-13 圆柱切削循环

图1-3-14 带锥度端面切削循环

三、方案设计

(一) 分析零件图

图1-3-6所示为由外圆柱面和外圆锥面构成的轴类零件，小端直径为φ18mm，大端直径为φ35mm，外圆锥面处加工精度较高，其材料为45号钢。选择毛坯尺寸为φ37mm× 100mm的棒料。

(二) 制定加工方案

本零件为简单轴类零件，因是单件加工，故采用自定心卡盘装夹，用工件的外圆定位。以零件右端面中心作为工件坐标系原点，设定工件坐标系。

零件的加工路线如下:

(1) 粗加工至φ35.5mm×53mm。

(2) 粗加工φ18.5mm×18mm。

(3) 粗加工圆锥。

(4) 精加工工件，加工路线为车φ18mm外圆—→圆锥—→φ35mm外圆。

(5) 切断。

(三) 零件的装夹

采用数控车床本身的三爪卡盘，毛坯伸出三爪卡盘外100mm左右，并找正夹紧。

(四) 刀具的选择

该零件较简单，只需完成外圆柱表面的加工和切断，故选择: 1号刀具为90°外圆车刀，用于粗加工; 2号刀具为93°硬质合金外圆车刀，用于精车外圆和端面; 3号刀具为切断刀，刀片宽度为3mm，用于切断工件。

(五) 切削用量的选择

1号刀具: 粗车时主轴转速为n=800r/min，粗车进给量为f=0.25mm/r;

2号刀具: 精车时主轴转速为n=1000r/min，精车进给量为f=0.15mm/r;

3号刀具: 主轴转速为n=400r/min，进给量为f=0.1mm/r。

四、任务实施

(一) 编写零件的加工程序

加工程序见表1-3-4。

表1-3-4 参考程序

续表

(二) 零件的加工

(1) 开机并进行机床检查。

(2) 输入程序。

(3) 装夹刀具和工件。

(4) 对刀，测量刀补值。

(5) 检查程序与模拟加工。

(6) 加工零件。

(7) 机床的清扫与润滑。

五、任务考核 (见表1-3-5)

表1-3-5 任务考核

六、拓展练习

试分析图1-3-15所示零件图，完成零件的加工工艺分析，并完成零件的加工。

图1-3-15 拓展练习

技术要求:

(1) 未注表面粗糙度为Ra3.2μm。

(2) 未注公差尺寸按IT12加工。

(3) 锐边去毛刺。