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淺談圓錐面配合零件在普通車床上加工的改進(jìn)

2020-12-10 來源：福州第一技師學(xué)院作者：林寶忠

摘要：以職業(yè)院校技能競賽車加工項(xiàng)目試題為例，描述了圓錐面配合零件在普通車床上常規(guī)車削加工方法及存在的問題，結(jié)合競賽輔導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)，針對存在的問題提出了利用百分表配合車削加工圓錐面配合零件的改進(jìn)方法，及利用三角形關(guān)系解決圓錐零件配合間距的改進(jìn)方法。

關(guān)鍵詞：車加工；圓錐面；百分表；競賽

雖然當(dāng)今工業(yè)智能化日益發(fā)展，但是在平時(shí)的設(shè)備和工具中基礎(chǔ)零部件仍然占據(jù)著重要地位，特別是許多圓錐面的配合零件仍被廣泛應(yīng)用，如普通車床主軸的錐孔與前頂尖錐柄的配合，麻花鉆頭的錐柄與變徑錐套之間配合等。技工學(xué)校是培養(yǎng)技能型才的重要基地，普通車床的技能訓(xùn)練已經(jīng)成為各類中職、技工學(xué)校機(jī)械專業(yè)教學(xué)與訓(xùn)練的重要課題。

圓錐零件是機(jī)械零件結(jié)構(gòu)中重要的組成部分，其車削也是機(jī)械零件中較難掌握的加工工藝之一，利用普通車床加工各種形狀和精度的圓錐面配合零件也是車工必須掌握的重要內(nèi)容，圓錐面配合零件的加工是各類車加工技能競賽的重要考點(diǎn)之一。

本文以福建省中職院校技能競賽車加工項(xiàng)目試題為例，如圖 1。

圖 1 車加工項(xiàng)目試題

1 、零件的車削要求分析

1.1 精度要求

分析該中職類車加工競賽試題的車削工藝，圖樣中的加工基本要求：錐度是 1:5±5′，要求圓錐面的配合件 1、2 的配斷面間隙為 0.1- 0.3，表面粗糙度要求為 1.6μm 涂色法檢查配合接觸面≥70%。

1.2 競賽要求

車加工項(xiàng)目技能競賽追求三個(gè)“度”，即精度、速度和粗糙度。即在日常的訓(xùn)練指導(dǎo)中教師應(yīng)該經(jīng)常分析學(xué)生的工藝安排、切削用量選擇及工量夾具的使用等。在加工過程中合理選擇刀具和優(yōu)化切削用量，在最短時(shí)間內(nèi)用熟練的操作確保關(guān)鍵得分點(diǎn)，保證在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成切削項(xiàng)目。因此，用優(yōu)化的加工工藝和方法以便節(jié)約加工時(shí)間至關(guān)重要。

2 、傳統(tǒng)的車削方法及存在的主要問題

在普通車床上加工圓錐零件時(shí)主要保證圓錐角度和尺寸精度，首先先控制圓錐角度，其次再精車保證尺寸精度。經(jīng)過零件的分析，該零件的圓錐半角較大且圓錐面對應(yīng)的直線距離較短，適用于轉(zhuǎn)動小滑板的車削法。常用的轉(zhuǎn)動小滑板法車圓錐零件即在車削工件的圓錐面零件前將車床的小滑板轉(zhuǎn)過一定角度, 使車床小滑板移動的手動進(jìn)給方向與工件主軸中心線的夾角等于計(jì)算的圓錐半角 α/2 。該方法特點(diǎn)是操作簡單且可加工錐角范圍較大的內(nèi)外錐零件，缺點(diǎn)就是圓錐角精度較差且受小滑板轉(zhuǎn)動行程的限制不能車削長的圓傳統(tǒng)的加工步驟是：

2.1 小滑板轉(zhuǎn)動角度的確定

通過查表或者數(shù)學(xué)計(jì)算確定錐度1:5 的圓錐半角是 5°42′38″；

2.2 轉(zhuǎn)動小滑板的方法

松開小滑板下的轉(zhuǎn)盤上兩個(gè)螺母，觀測小滑板中間刻度零線，用目測的方法轉(zhuǎn)動小滑板的角度至計(jì)算的圓錐半角，粗略對準(zhǔn)后再通過試車削測量多次找正。

2.3 粗車外圓錐面

先移動中滑板調(diào)整好切削深度再雙手交替轉(zhuǎn)動小滑板的手柄將零件車削到外圓位置。然后調(diào)整萬能角度尺至要測得的圓錐半角，基尺靠在零件端面并穿過工件中心，刀口尺貼在圓錐面的切線上，再用透光法檢驗(yàn)并微調(diào)小滑板下的轉(zhuǎn)盤角度。多次試切測量至合格的角度要求。

2.4 精車圓錐面

小滑板的轉(zhuǎn)角調(diào)整準(zhǔn)確后，提高主軸轉(zhuǎn)速、降低進(jìn)給量，精車圓錐面保證表面粗糙度和尺寸精度。這種方法雖然簡單但是在加工圓錐零件時(shí)因車床小滑板轉(zhuǎn)盤的刻度值精確度較低，而且常見圓錐的圓錐角度基本不是整數(shù)，故角度的小數(shù)部分只能用目測方式對準(zhǔn)。因目測存在較大誤差，所以車削圓錐時(shí)經(jīng)一次角度調(diào)整加工的錐度難以達(dá)到圖樣要求，一般要需要試車削后測量錐度再微調(diào)小滑板的轉(zhuǎn)角，經(jīng)過多次反復(fù)后才能逐步使錐度準(zhǔn)確。因此在競賽加工圓錐配合零件費(fèi)時(shí)費(fèi)力而達(dá)不到精度要求。

3 、改進(jìn)方法

在輔導(dǎo)技能競賽及教學(xué)工作的幾年中，通過教學(xué)實(shí)踐和結(jié)合競賽輔導(dǎo)經(jīng)驗(yàn),在不斷的研究、總結(jié)下，對于圓錐面配合零件的車削也有了一定的認(rèn)知，在此談?wù)勡囅鲌A錐面配合零件的方法改進(jìn)。

3.1 校準(zhǔn)錐度的改進(jìn)方法

通過理解圓錐的基本參數(shù)（如圖 2）。可推演為直角三角形來表達(dá)錐度，如上例的錐度 1:5 可計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)椋簭较虬霃讲?D- d)=1mm，錐面對應(yīng)的水平長度 L=10mm，根據(jù)直角三角形關(guān)系式可得轉(zhuǎn)動小滑板移動的距離即斜邊 c=10.05mm。轉(zhuǎn)動小滑板轉(zhuǎn)盤時(shí)應(yīng)用鐘表式百分表和機(jī)床尾座伸出套筒的光滑面調(diào)整圓錐半角的方法如下：百分表吸附在刀架邊緣并垂直對準(zhǔn)尾座套筒中心位置，松開小滑板下的轉(zhuǎn)盤上兩個(gè)螺母，轉(zhuǎn)動小滑板的轉(zhuǎn)盤至需要的圓錐半角并且將百分表的刻度盤對零，百分表壓入兩圈（2mm）后指針調(diào)零，然后消除間隙后轉(zhuǎn)動小滑板向左移動10.05mm，最后用微調(diào)小滑板下的轉(zhuǎn)盤直至百分表指針示數(shù)變化為1，說明錐度半角校準(zhǔn)完畢，然后按圖紙要求加工圓錐面。

如果競賽過程中的圓錐配合面的錐度與樣題不一致，或者以盲題的方式呈現(xiàn)給選手，例如錐度改為 1：12，如何應(yīng)變呢？同樣的原理，百分表壓入兩圈（2mm）后指針調(diào)零，然后消除間隙后轉(zhuǎn)動小滑板向左移動略大于 2 倍的水平長度（即 2×12）mm，再微調(diào)小滑板下的轉(zhuǎn)盤直至百分表指針示數(shù)變化為 1。

該改進(jìn)的方法減少圓錐半角繁瑣的計(jì)算過程，彌補(bǔ)現(xiàn)階段技工院校學(xué)生計(jì)算能力的不足，且節(jié)約了非加工的銜接時(shí)間。

圖 2 圓錐的基本參數(shù)

3.2 內(nèi)圓錐面的加工改進(jìn)方法

測量工件端面并精車外圓錐面后，保持小滑板轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的角度一致，安裝反向鏜刀（左偏刀）于刀架，車床主軸反轉(zhuǎn)加工內(nèi)錐面。這種方法即可以保證內(nèi)外圓錐面配合更佳，而且節(jié)省了內(nèi)錐零件再次校準(zhǔn)錐度的時(shí)間。

3.3 控制圓錐配合間距的改進(jìn)方法

如上例，對于錐度 1:5 的圓錐配合零件間的配合間隙為0.1- 0.3。按傳統(tǒng)的加工方法為使用經(jīng)驗(yàn)法和結(jié)合多次切削測量的形式。此方法費(fèi)時(shí)且難于達(dá)到精度要求。利用三角形關(guān)系的改進(jìn)方法準(zhǔn)確控制圓錐零件的配合間距，從錐度零件軸向移動和徑向變化關(guān)系圖（圖 3）所示，可以快速計(jì)算軸向變化 1mm徑向需調(diào)整0.1mm。半精車結(jié)束后測量軸向配合間距，（實(shí)際測量值 - 理論間距值）×0.1mm即為中滑板的精車余量。經(jīng)過一次調(diào)整中滑板的徑向精車余量可直接精車到位，保證圓錐配合間距合格。

圖 3 軸向移動和徑向變化關(guān)系

通過以上車削方法的改進(jìn)，效果顯著：a.通過多次的實(shí)踐統(tǒng)計(jì)，改進(jìn)的方法單項(xiàng)切削可節(jié)省 15 分鐘，提高效率，為后續(xù)的加工提供了充足的時(shí)間條件；b.應(yīng)用“反刀法”車削的內(nèi)外圓錐面，經(jīng)涂色法檢查配合接觸面為≥98%，高于圖樣要求；c.經(jīng)過三坐標(biāo)精密測量檢驗(yàn)，工件的尺寸精度特別是圓錐配合間距符合圖樣要求。以上改進(jìn)符合技能競賽追求的三個(gè)“度”，即尺寸精度、加工速度和粗糙度。

結(jié)束語

經(jīng)過改進(jìn)的圓錐面配合零件的車削方法，在實(shí)操中提高了效率并有效地解決車加工“圓錐面配合零件的車削”技能實(shí)習(xí)教學(xué)的難點(diǎn)，本人將改進(jìn)方法應(yīng)用到車工實(shí)踐教學(xué)中取得了顯著的教學(xué)成績。近年來我院車工工種的中、高級職業(yè)資格鑒定考核通過率大于92%以上，指導(dǎo)學(xué)生參加省、市各級技能競賽在車加工項(xiàng)目中多次獲得了市賽一、二等獎和省賽一、三等獎的好成績，也充分證明圓錐面配合零件的車削方法的改進(jìn)是合適現(xiàn)階段的教學(xué)和技能競賽。

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