圆锥工件质量分析

项目4　简单圆锥工件的车削

●项目描述

本项目包含内外圆锥的车削、齿轮坯的车削、典型圆锥工件车削、圆锥工件质量分析共4个任务，通过学生在完成项目各任务的过程中，掌握锥度工件车削的相关理论知识和操作技能。

●项目目标

知识目标：

●知道锥度工件的基本知识及种类；理解锥度组成部分尺寸的计算方法；

●掌握锥形齿轮坯的加工方法和工艺安排；

●掌握锥度工件的几种常用加工方法；

●学会锥度工件的精度控制方法；

●了解圆锥零件的工艺要求；掌握典型工件的加工工艺和加工方法。

技能目标：

●掌握车削圆锥的加工方法及测量方法；

●能完成初级精度的典型锥度类零件加工。

情感目标：

●通过完成本项目学习任务的体验过程，增强学生完成对本课程学习的自信心。

●项目实施过程

概述　圆锥零件

（1）圆锥工件

圆锥零件在机器上较常见，如圆锥齿轮、圆锥销、顶尖、工具圆锥等，还可以形成各种锥度配合。几种锥形零件如图4．1所示。本项目只涉及简单圆锥工件的车削加工。

图4．1　几种内外锥形工件

（2）圆锥形工件的工艺分析

在普通车床上加工锥形工件，根据工件锥度大小、生产批量的不同，有相应的加工方法。本项目只讨论适用一般锥形零件加工的转动小滑板法。

（3）典型简单圆锥零件工作图

1）本项目典型工件任务描述

如图4．2所示为典型简单圆锥零件，同学们需要了解圆锥零件的应用，熟悉加工圆锥的工艺过程，通过万能角度尺及样板等量具的检测，保证工件各方面精度要求，完成工件的车削加工。

图4．2　典型简单圆锥零件

2）圆锥零件工艺技术要求

①在加工圆锥零件时，要保证锥度的侧母线是直线。

②圆锥零件的对中性好，即易保证配合的同 度要求。

③圆锥结合具有较好的自锁性和密封性。

④圆锥零件的结构复杂，影响互换性的参数比较多，加工和检验都比较困难，不适合于孔、 向相对位置要求较高的场合。

任务4．1　内外圆锥的车削

本任务如图4．3所示为常见的阶台 零件，同学们需要正确选用工夹具，正确选用外圆车刀、切断刀，正确使用万能角度尺来测量工件，熟悉加工锥度的工艺过程，保证工件各方面精度要求，完成工件的车削加工。

图4．3　内外圆锥零件图

4．1．1　圆锥组成部分尺寸计算

（1）圆锥各部分尺寸

圆锥的4个基本参数如下：

①圆锥半角：圆锥角α在通过圆锥 线的截面内，两条素线间的夹角。在车削时，常用到的是圆锥角α的一半——圆锥半角。

②最大圆锥直径D：简称大端直径。

③最小圆锥直径d：简称小端直径。

④圆锥长度L：最大圆锥直径处与最小圆锥直径处的 向距离。

锥度C：圆锥大、小端直径之差与长度之比，即

圆锥半角与锥度C同属于同一基本参数，如图4．4所示。

图4．4　锥度的4个基本参数

（2）圆锥的计算

由上可知，圆锥具有4个基本参数，只要已知其中任意3个参数，便可以计算出其他一个未知参数。

图4．5　圆锥的各部分尺寸

由图4．5可知，圆锥的各部分尺寸计算，实质是解直角三角形。

为了便于同学们学习与查阅，特制作《圆锥的各部分名称、代号及计算公式》一览表，仅供参考。运用时根据不同的已知基本参数，选用相应的计算公式，圆锥的计算方法，见表4．1。

表4．1　圆锥各部分名称、代号及计算公式

例4．1　有一外圆锥，已知大端直径D＝28mm，小端直径d＝25mm，圆锥长度L＝32mm。试计算圆锥半角。

解　根据表4．1的公式

例4．2　有一带外圆锥的主 ，如图4．6所示，已知锥度C＝1∶5，大端直径D＝50mm，圆锥长度L＝60mm。试求小端直径d和圆锥半角

图4．6　圆锥零件图

解　根据表4．1的公式

根据公式可得

应用上述公式计算圆锥半角时须查三角函数表，当°时，可用近似公式计算圆锥半角

计算结果为“度”，是十进位的制，而角度是60进位制。

如：2．35°≠2°35′

2．35°＝2°＋0．35×60′＝2°21′

例4．3　计算锥度C＝1∶5时的圆锥半角

解　查三角函数表法：

近似法

注意：小滑板的转动角度可以略大于计算半角5′～10′，便于修正圆锥长度。

4．1．2　转动小滑板法、宽刀刃法 圆锥

（1）转动小滑板法

①由于圆锥的素线与 线相交成圆锥半角，因此车削圆锥时，车刀必须沿着与圆锥 线相交成圆锥半角的方向运动（即车刀的运动轨迹与要车削的圆锥素线平行），才能车削出正确的圆锥。将工件车削成圆锥表面的方法称为车圆锥。下面介绍转动小滑板法车外圆锥面的方法。

②当加工锥面不长的工件时，可用转动小滑板法车削。车削时，将小滑板下面的转盘上螺母松开，把转盘转至所需要的圆锥半角的刻线上，与基准零线对齐，然后固定转盘上的螺母，如果锥角不是整数，可在锥附近估计一个值，试车后逐步找正，如图4．7所示。

图4．7　转动小滑板车圆锥

③转动小滑板法车削圆锥的优点：角度调整范围大；可车削各种角度的圆锥；能车削内、外圆锥；在同一零件上车削几种圆锥角时调整范围较方便。

缺点：因受小滑板的行程限制，只能加工长度较短的圆锥，车削时只能手动进给，劳动强度大，表面粗糙度难以控制。

④小拖板转动角度的调整方法（见表4．2）。

表4．2　小拖板转动角度的调整方法

续表

⑤说明：在转动小拖板角度的操作中，因采用普通呆扳手操作，学生用力过猛或因六角螺母钝角导致打滑，运力的手部猛然碰触车刀、工件或卡盘致伤的事故曾有发生。

分析：在手握呆扳手转动运力的范围内，分布着各种车刀、工件及卡盘等物，一不小心，极易碰伤手部，如图4．8所示。

图4．8　转动小滑板

图4．9　T形扳手

因此，采用T形扳手后，运力旋转空间由原来的危险空间上升到安全空间，确保了学生转动小拖板角度的安全操作，如图4．9所示。

（2）宽刀刃法

图4．10　用宽刃刀车削圆锥

①车削较短的圆锥时，可以用宽刃刀直接车出，如图4．10所示。其工作原理实质上是属于成形法，所以要求切削刃必须平直，切削刃与主 线的夹角应等于工件圆锥半角同时要求车床有较好的刚性，否则容易引起振动。当工件的圆锥斜面长度大于切削刃长度时，可用多次接刀方法加工，但接刀处必须平整。

②这种车削方法实质上属于成形法。宽刃刀属于成形车刀（与工件加工表面形状相同的车刀），其刀刃必须平直，装刀后应保证刀刃与车床主 线的夹角等于工件的圆锥半角。使用这种车削方法时，要求车床具有良好的刚性，否则容易引起振动。宽刃刀车削法只适用于车削较短的外圆锥。

4．1．3　技能训练—— 内、外圆锥工件

本次训练工件为如图4．3所示的圆锥工件。

（1）零件工艺分析

车削带锥度工件时，一般可分为粗车和精车两个阶段，粗车时除留一定的精车余量外，不要求工件达到图纸所要求的尺寸和表面粗糙度，为提高生产率，应尽快地将毛坯上的粗车余量车去，精车时必须使工件达到图纸或工艺上规定的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度。

（2）工量具准备清单（见表4．3）

表4．3　工量具准备清单

（3）工艺步骤

内外圆锥车削加工工艺过程见表4．4。

表4．4　内外圆锥车削工艺过程

续表

（4）评分标准

评分标准及记录表见表4．5。

表4．5　评分标准及记录表

注：每个精度项目检测超差不得分。

任务4．2　圆锥齿轮坯的车削

本任务如图4．11所示为圆锥齿轮坯零件，同学们需要正确分析零件的加工工艺，选取合理的锥度加工方法来完成工件的车削加工。

图4．11　圆锥齿轮坯零件图

4．2．1　加工小滑板转动角度计算

例4．4　加工齿轮坯小滑板转动角度计算：车削如图4．11所示圆锥齿轮坯时，求小滑板转动的方向及转动的角度。

解　车削圆锥面1时，小滑板应与OB平行，OB与工件 线的夹角为60°／2＝30°，即小滑板应逆时针转过30°。

车削圆锥面2时，小滑板应与BG平行，BG线应与工件 线的夹角为90°－30°＝60°。

车削圆锥面3时，小滑板应与AD线平行，AD线与工件 线的夹角为120°／2＝60°，即小滑板应顺时针转过60°。

4．2．2　圆锥工件的测量（一）

（1）游标量角器

①游标量角器的结构。游标量角器的结构如图4．12所示。

②游标量角器的使用方法。如图4．12所示，测量时，转动万能角度尺背面的捏手，使基尺改变角度，当转到所需角度时，用制动螺钉锁紧。

③游标量角器的测量方法。用游标量角器测量工件角度的方法，如图4．13所示。这种方法测量精度不高，只适用于单件、小批测量。

图4．12游标量角器的结构原理

图4．13　游标量角器测量不同角度时的测量方法

（2）角度样板

在成批和大量生产时，可用专用的角度样板来测量工件。用样板测量圆锥齿轮坯角度的方法，如图4．14所示。

图4．14　用角度样板测量工件角度

4．2．3　技能训练——齿轮坯车削

（1）工量具准备清单（见表4．6）

表4．6　工量具准备清单

（2）工艺步骤

齿轮坯车削加工工艺过程见表4．7。

表4．7　齿轮坯车削工艺过程

续表

（3）评分标准

评分标准及记录表见表4．8。

表4．8　评分标准及记录表

任务4．3　典型圆锥工件车削训练

本任务如图4．2所示为典型圆锥零件，同学们需要正确选用工夹具，正确选用外圆车刀、切断刀，正确使用游标量角器来测量工件，熟悉锥度的工艺过程，保证工件各方面精度要求，完成工件的车削加工。

（1）工艺分析

零件形状精度分析：

工艺分析：

加工路线：

（2）工量具准备清单（见表4．9）

表4．9　工量具准备清单

（3）评分标准

评分标准及记录表见表4．10。

表4．10　评分标准及记录表

注：每个精度项目检测超差不得分。

任务4．4　圆锥工件质量分析

（1）误差原因

圆锥面在车削后必须满足：锥度或圆锥斜角正确，圆锥母线是直线，圆锥大小直径符合要求等。这几项内容既是衡量车削加工质量的主要指标，又是确定是否是废品的依据，车削圆锥面时，往往会产生圆锥角超差、尺寸超差、双曲线误差和表面粗糙度大等不合格工件。对产生的问题必须根据具体情况，具体分析，找出原因，采取措施加以解决。

产生误差的原因是多方面的，例如，圆锥大小端直径超过了允许的公差范围，这一般是由于操作者在加工过程中不经常测量大小端直径，未及时调整切削深度造成的；圆锥母线不是直线，这是由于装刀时刀尖没有严格的对准工件中心造成的。

（2）质量分析

工件加工后的圆锥锥度或圆锥斜角不正确造成废品的原因，根据车圆锥的方法不同，使用的机床或刀具的结构不同，工艺条件不同等具体情况，归结后列于表4．11所示。

表4．11　圆锥零件的质量分析原因和防止方法

续表

●拓展训练与思考题

1．拓展实训练习题

拓展实训练习题如图4．15所示。

图4．15　拓展实训练习题图

2．思考题

①转动小滑板法车削圆锥有哪些优缺点？如何确定小滑板转过角度？

②偏移尾座法车削圆锥有哪些优缺点？适用于哪些工件？

③用偏移尾座法车削外圆锥工件，已知D＝90mm，d＝85mm，L＝100mm，L0＝200mm，求尾座偏移量S0？

④车削圆锥面时，刀尖没有对准工件 线，对工件质量有何影响？