典型圆锥工件的车削

项目9　标准圆锥及成型面的车削方法

●项目描述

本项目包含偏移尾座法车外圆锥、标准圆锥的车削、成型面车削与滚花、典型圆锥工件的车削这4个任务，通过学生在完成项目各任务的过程中，掌握成型面工件车削的相关理论知识和操作技能。

●项目目标

知识目标：

●知道标准圆锥的基本知识及种类；

●理解圆锥的尺寸控制方法；

●掌握工具圆锥的加工方法和工艺安排；

●掌握成型面的几种常用加工方法；

●学会典型锥度工件的车削方法。

技能目标：

●掌握工具圆锥的加工方法和工艺安排；

●能完成中级精度的典型锥度和成型面零件加工。

情感目标：

●通过本次课程的学习，能够对本行业有更深的了解和研究，为以后学习打好基础。

●项目实施过程

概述　圆锥面的其他加工方法

（1）圆锥面的其他车削方法

在项目4中学习了车圆锥面的简单车削方法，能解决一些简单圆锥面的加工。在机器中，还有一些配合较为严格的圆锥面加工，如工具圆锥等，须用到本项目的偏移尾座法等知识和技能来解决。如图9．1所示的夹具都具有工具圆锥的工作面。

图9．1　几种工具圆锥零件

（2）典型圆锥零件工件图

如图9．2所示为典型圆锥零件工件图，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9．2　典型圆锥零件工件图

任务9．1　偏移尾座法车外圆锥

9．1．1　偏移尾座法

（1）长锥度工作图描述

本任务如图9．3所示为长锥度零件，需要正确选用工夹具，熟悉加工阶台 的工艺过程，采用偏移尾座的加工方法，正确选用外圆车刀、切断刀，正确使用外径千分尺、百分表来测量工件。保证工件各方面精度要求，完成工件的车削加工。

图9．3　长锥度零件图

（2）偏移尾座法

图9．4　偏移尾座法加工锥度

偏移尾座法的具体车削方法是：使用两顶尖装夹工件，把尾座水平偏移一个S值，使得装夹在前、后顶尖间的工件 线和车床主 线成一个夹角，这个夹角就是锥体的圆锥半角α／2，当工件旋转后，车刀作纵向自动走刀，与车床主 线平行移动的刀尖的轨迹，就是被车削锥体的素线，如图9．4所示。

1）尾座偏移量的计算

尾座偏移量，不仅和圆锥部分的长度L有关，而且还和两顶尖间的距离有关，而且尾座偏移的方向，由工件的锥体方向决定。当工件的小端靠近床尾处，床尾应向里移动，反之，床尾应向外移动。偏移量可根据下列公式计算：

2）控制尾座偏移量的方法

①应用尾座下层的刻度值控制偏移量。

②应用中滑板刻度控制偏移量。

③应用百分表控制偏移量。

④应用锥度量棒或样件控制偏移量。

9．1．2　技能训练——长锥度工件车削

如图9．3所示为一个带有较长圆锥的工件，尺寸精度要求较高。

（1）零件工艺分析

形状分析：工件标准圆锥部分较长，锥度较小。

精度分析：本工件尺寸精度要求较高。

工艺分析：

①根据工件形状和毛坯特点，适合采用两顶尖安装工件。

②通过偏移尾座，用自动走刀的方式车削锥度部分。

（2）工量具准备清单（见表9．1）

表9．1　工量具准备清单

（3）工艺步骤

长锥度工件车削加工工艺过程见表9．2。

表9．2　长锥度工件车削工艺过程

（4）评分标准及记录表（见表9．3）

表9．3　评分标准及记录表

注：每个精度项目检测超差不得分。

任务9．2　标准圆锥的车削

如图9．5所示为莫氏圆锥零件，需要正确查找标准圆锥的技术要求及角度大小，根据零件的实际尺寸合理选择加工工艺和加工中的进给量和进给速度，保证工件各方面精度要求，完成工件的车削加工。

图9．5　工具圆锥零件

9．2．1　工具圆锥

为制造和使用方便，常用工具、刀具上的圆锥几何参数都已标准化，这种几何参数已标准化的圆锥，称为标准圆锥。此外，一些常用配合锥面的锥度也已经标准化，称为专用标准圆锥锥度。常用的标准圆锥有下列两种：

（1）莫氏圆锥

莫氏圆锥在机器制造业中应用得是最广泛的一种，如车床主 锥孔、顶尖、钻头柄、铰刀柄等都用莫氏圆锥。莫氏圆锥分成7个号-，即0、1、2、3、4、5和6号，最小的是0号，最大的是6号。但它的号数不同，锥度也不相同。由于锥度不同，因此斜角α也不同。莫氏圆锥的各部分尺寸可从相关资料中查出，见表9．4。

表9．4　莫氏圆锥各部分尺寸大小

（2）米制圆锥

米制圆锥有8个号-，即4、6、80、100、120、140、160和200号。其号-就是指大端直径，锥度固定不变，即C＝1∶20。例如80号公制圆锥，它的大端直径是80mm，锥度C＝1∶20。公制圆锥的各部分尺寸可从相关资料中可以查出。

除常用的标准圆锥外，生产中会经常遇到一些专用的标准锥度，见表9．5。

表9．5　标准圆锥的应用

续表

9．2．2　圆锥工件的测量（二）

（1）用圆锥量规测量

在测量标准圆锥或配合精度要求较高的圆锥工件时，可使用圆锥量规，圆锥量规又分为圆锥塞规和圆锥套规，锥度界限量规可以用来测量锥度和检测圆锥直径是否限制在允许的范围内，如图9．6所示。

图9．6　圆锥量规测量

图9．7　用圆锥套规检验圆锥体方法

用圆锥套规检验圆锥体时，用显示剂（印油、红丹粉）在工件表面顺着圆锥素线均匀地涂上3条线，涂色要求薄而均匀，如图9．7（a）所示。检验时，手握圆锥套规轻轻套在工件圆锥上（见图9．7（b）），稍加 向推力并将套规转动约半周。

取下套规后，若3条显示剂全长上擦去均匀，说明圆锥接触良好，锥度正确，如图9．8所示。

如果显示剂被局部擦去，说明圆锥的角度不正确或圆锥素线不直，如图9．9所示。

图9．8　合格的圆锥面展开

图9．9　不合格的圆锥接触面

（2）用正弦规测量

在平板上放一正弦尺，工件放在正弦尺的平面上，下面垫进量块，然后用百分表检查工件圆锥的两端高度，如百分表的读数值相同，则可记下正弦规下面的量块组高度片值，代入

图9．10　用正弦规测量

公式计算出圆锥角。将计算结果和工件所要求的圆锥角相比较，便可得出圆锥角的误差。也可先计算出垫块H值，把正弦尺一端垫高，再把工件放在正弦尺平面上，用百分表测量工件圆锥的两端，如百分表读数相同，就说明锥度正确，如图9．10所示。

9．2．3　圆锥车削尺寸的控制方法

（1）用圆锥量规控制尺寸

如图9．11所示，车锥体时，总是先把锥度车正，然后再把直径车合格，所以应该注意，在车锥度时，要为下一步车直径留够加工余量，不要只顾把锥度车正确而把直径车小了。因此，对车圆锥体来说，把锥度车正确后，圆锥体两端的直径，必然要比图样上要求的尺寸大；圆锥量规除了有一个精确的锥形表面之外，在端面上有一个阶台或具有两条刻线，阶台或刻线之间的距离就是圆锥大小端直径的公差范围。

如图9．12所示，应用圆锥塞规检验内圆锥时，如果两条刻线都进入工件孔内，则说明内圆锥太大。如果两条线都未进入，则说明内圆锥太小。只有第一条线进入，第二条线未进入，内圆锥大端直径尺寸才算合格。

图9．11　圆锥套规控制尺寸

图9．12　圆锥塞规控制尺寸

（2）用移动床鞍控制背吃刀量法

用这种方法控制背吃刀量后，不需要计算出背吃刀量，也不靠移动中拖板来切削，是靠移动床鞍来实现背吃刀量。用这种方法只适用于转动小滑板法车锥体或车锥孔。

用转动小滑板法车锥体时，用界限套规测出小端端面离开套规台阶终点的距离L，如图9．13所示，将套规取下后，就可以调整背吃刀量。操作过程如下：

用小滑板将车刀移动到正好和工件小端端面接触时停止，然后反向将车刀缓缓后退，边退边测量刀尖离开工件端面的距离。当这个距离正好等于L时，停止退刀。用纵进给手轮移动床鞍，使刀尖和工件端面接触，背吃刀量即调好。再用小滑板进给，切出来的工件直径，就达到了要求的尺寸。

图9．13　用移动床鞍控制背吃刀量法　

图9．14　实际加工锥度图形

用相同的方法，可以实现车锥孔时对背吃刀量的控制。

为什么用这样的方法来移动床鞍可达到控制背吃刀量？从图9．14可以看出，车刀和工件端面中间各有一小个的直角三角形，三角形的斜边就是车刀从工件端面后退L时，车刀刀尖的运动轨迹。刀尖后退时是沿着工件的圆锥母线进行的。当刀尖退离停止后，再把床鞍水平移动距离L，这时刀尖也随同床鞍移动了L的距离。因此，直角三角形的直角边就是车刀随床鞍移动时刀尖的运动轨迹。三角形的另一直角边就正好是要求的背吃刀量。

9．2．4　技能训练——工具圆锥车削

（1）工具圆锥工作图描述

如图9．5所示为工具圆锥零件，该零件有两段锥度，并且有一锥度比较长，因此在加工中要正确分析加工方法，在掉头加工时要确保两端的同 度，装夹工件时要注意防止夹伤已加工表面，尽量用铜皮包裹。在加工中选择合理的进给量和进给速度，保证工件各方面精度要求，完成工件的车削加工。毛坯为φ35mm×120mm的45号钢。

（2）工量具准备清单（见表9．6）

表9．6　工量具准备清单

（3）工艺步骤

阶台 车削加工工艺过程见表9．7。

表9．7　阶台轴车削工艺过程

续表

（4）评分标准及记录表（见表9．8）

表9．8　评分标准及记录表

注：每个精度项目检测超差不得分。

任务9．3　成型面车削与滚花

机器上有些零件表面的母线是直线，如圆柱面、圆锥面、平面等。而有些零件表面的母线是曲线，如摇手柄、圆球、凸轮等。这些带有曲线的表面称为成型面，也称为特性面。对于成型面零件的加工，应根据产品的特点、精度及生产批量大小不同情况，分别采用双手控制法、成型法、靠模法、专用工具法及铣削等方法加工，有的表面则要进行表面修饰加工，如抛光、研磨、滚花等。

本节主要介绍双手控制法、成型刀法、滚花及研磨加工成型面。

9．3．1　成型面的车削方法

（1）双手控制法

单件或小批量生产时，或精度要求不高的工件，可采用双手控制法车削。车削如图9．15所示单球手柄，要求车刀主切削刃呈圆弧形，车刀的几何形状与圆弧形沟槽车刀几何形状相似。具体方法如下：

图9．15　单球手柄

①计算圆球部分长度。车削圆球前要将圆球部分的长度和直径以及柄部直径按如图9．16所示车好。圆球部分的长度L计算公式如下：

图9．16　圆球外圆及车槽

图9．17　圆球外圆两端倒角

②确定圆球中心位置。车圆球前要用钢直尺量出圆球的中心，并用车刀刻线痕，以保证车圆球时左、右半球面对称。

③为减少车圆球时的车削余量，一般用45°车刀先在圆球外圆的两端倒角，如图9．17所示。

④车圆球方法如图9．18所示。操作时用双手同时移动中、小滑板或中滑板和床鞍，在加工右半球时，通过纵、横向的合成运动车出球面形状。它是由双手操纵的熟练程度来保证的。

图9．18　双手控制法车圆球

⑤车削的方法是由中心向两边车削，如图9．19所示。在精修过程中，利用样板检测右半球，如图9．20所示。

图9．19　由中心向两边切削

图9．20　样板检测右半球

⑥先粗车成形后再精车，逐步将圆球面车圆整。为保证柄部与球面连接处轮廓清晰，可用矩形沟槽刀或切断刀车削，如图9．21所示。

图9．21　矩形槽刀加工圆球

（2）成型刀法

数量较多的成型面零件，可以用成型刀车削。把刀刃磨得跟工件表面形状相同的车刀称为成形刀。

1）成形刀的种类

①普通成形刀。

这种成形刀与普通车刀相似，如图9．22所示。精度要求较低时，可用手工刃磨；反之，可在工具磨床上刃磨。

图9．22　普通成形刀

②*棱形成形刀。

这种成形刀由到头和刀杆两部分组成，如图9．23所示。刀头的刃口按工件形状在工具磨床上用成形砂轮磨削，可制造得较准确。后部有燕尾块，安装在弹性刀杆的燕尾槽中，用螺钉紧固。刀杆上的燕尾槽做成倾斜状，这样成形刀就产生了后角，刀刃磨损后，只需刃磨刀头的前面。刀刃磨低后，可以把刀头向上拉起，直到刀头无法夹住为止。这种成形刀形状精度高，但制造较复杂。

图9．23　棱形成形刀

图9．24　圆形成形刀

③*圆形成形刀。

这种成形刀做成圆轮形，安装在弹性刀杆上。为了防止圆轮转动，在侧面做出端齿面，并在圆轮上开有缺口，使它形成前刀面并产生刀刃，圆形成形刀的前刀面必须比中心低一些，否则后角等于零度，如图9．24所示。

2）车成型面时防止振动的方法

①机床要有足够的刚性，必须把机床各部分间隙调整得很小。

②成形刀装夹时要对准工件中心。装高容易扎刀，装低又会引起振动。必要时，可以把成形刀反装进行车削，这时车床主 反转，使切削力与主 ，工件质量方向相同，可以减少振动。

③应采用较小的进给量和切削速度。车钢料时必须加乳化液或切削油，车铸铁时可以不加或加煤油作切削液。

9．3．2　滚花

各种工具和机器零件的手握部分，为了便于握持和增加美观，常常在表面上滚出各种不同的花纹。如百分尺的套管，铰杠扳手以及螺纹量规等（见图9．25）。这些花纹一般是在车床上用滚花刀滚压而形成的。

（1）操作方法

滚花是用滚花刀来挤压工件，使其表面产生塑性变形而形成花纹。滚花的径向挤压力很大，因此加工时，工件的转速要低些。需要充分供给冷却润滑液，以免研坏滚花刀和防止细屑滞塞在滚花刀内而产生乱纹。

滚花花纹一般有直纹和网纹两种，如图9．25所示。花纹有粗细之分，节距越大，花纹越粗。

图9．25　滚花花纹种类

（2）滚花工具

滚花刀主要有单轮和双轮两种，如图9．26所示。单轮滚花刀一般是直纹的；双轮滚花刀是斜纹的，两个轮子一个左旋，一个右旋，连接滚轮相互配合，滚出网纹。滚花刀刀杆呈矩形，可安装在方刀架上。

图9．26　滚花刀种类

图9．27　中心等高装夹

（3）滚花刀的装夹

在装夹时，要保证滚花刀的中心与工件中心在同一条水平线上，如图9．27所示。其装夹分为平行装夹和倾斜装夹，如图9．28所示。

图9．28　滚花刀装夹

（4）滚花操作要点

①滚花刀接触工件开始滚压时，挤压力要大且猛一些，使工件圆周上一开始就形成较深的花纹，不易产生乱纹。

②先使滚轮表面宽度的1／3～1／2与工件接触，使滚花刀容易切入工件表面，在停车检查花纹符合要求后，再纵向机动进给，反复滚压1～3次，直至花纹凸出达到要求为止。

③滚花时，应选择低的切削速度，一般为5～10m／mJn。纵向进给量可选择大些，一般为0．3～0．6mm／r。

④滚花时，应充分浇注切削液以润滑和冷却滚轮，并经常清除滚压产生的切屑。

⑤滚花时径向力很大，所用设备应刚度较高，工件必须装夹牢靠。

⑥为避免滚花时出现工件移位带来的精度误差，车削带有滚花表面的工件时，滚花应安排在粗车之后，精车之前进行。

任务9．4　典型圆锥工件的车削

如图9．2所示为典型锥度零件，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。

（1）零件工艺分析

形状精度分析：

工艺分析：

加工工艺路线：

（2）工量具准备清单（见表9．9）

表9．9　工量具准备清单表

（3）评分标准及记录表（见表9．10）

表9．10　评分标准及记录表

任务9．5　圆锥面成型面工件质量分析

（1）误差原因

在加工锥度时，不论刀尖是低于还是高于工件中心，车出来的圆锥母线都不是直线，而是双曲线。在工件上的表现是：车圆锥体时，在工件的两端测量，两端直径的尺寸合格，其余各处的直径，从大小端开始都沿着工件 线逐渐缩小。这样的母线，就是凸向工件 线的一条双曲线；车圆锥孔时，锥孔的直径也是在两端合格，其余各处的直径，从大小端开始也是沿着工件 线逐渐缩小，锥孔的母线也是一条凸向工件 线的双曲线。避免产生双曲线误差的方法就是在装刀时把车刀的刀尖严格地对准工件的中心。

如图9．29所示为外圆锥和内圆锥所出现的双曲线误差，外圆锥可用直角尺通过透光法直接进行检验，内圆锥则可用涂色法来进行检验。

在加工成型面时，主要出现的误差就是工件轮廓不正确和表面粗糙度达不到要求。

图9．29　双曲线误差

（2）质量分析

车成型面时，可能产生的废品的种类、原因及预防措施见表9．11。

表9．11　成型面时废品产生原因和预防措施

续表

●拓展训练与思考题

1．拓展实训练习题（见图9．30和图9．31）

图9．30　拓展训练图（一）

图9．31　拓展训练图（二）

2．思考题

（1）车削锥度C＝1∶4的外圆锥时，用圆锥套规检验，工件小端至套规阶台面的距离为6mm，试问背吃刀量是多少时才能使小端直径合格？

（2）如何用圆锥量规检验锥度的正确性？

（3）如何用圆锥量规检验尺寸的正确性？

（4）车成形面的方法一般有哪几种？

（5）成形车刀有哪几种？它们的机构特点是什么？

（6）滚花时产生乱纹的原因是什么？应怎样预防？