第七章 圆锥零件的车削加工
第一节 圆锥零件概述
在车床上有多种方法可车削圆锥面。采用不同方法车削圆锥面，对应加工的零件尺寸范围、结构形式、加工精度、使用性能和批量大小有所不同，无论哪一种方法，都是为了使刀具的运动轨迹与零件轴心线成一斜角，从而加工出所需要的圆锥面零件。为了降低生产成本，使用方便，我们把常用的零件圆锥表面按标准尺寸制成标准圆锥表面，即圆锥表面的各部分尺寸，按照规定的几个号码来制造，使用时只要号码相同，就能紧密配合和互换。
一、常用的标准圆锥
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最广泛的一种，如车床主轴锥孔、顶尖、钻头柄、铰刀柄等都用莫氏圆锥。莫氏圆锥分成7个号码，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，所以斜角a也不同。
表7-1为莫氏圆锥参数。
注：l．锥角的偏差是根据锥厦的偏差折算列入的。
2．当用塞规检查内锥时，内锥大端端面必须位于塞规的两刻线之间，第一条刻线决定内锥大端直径的公称尺寸，第二条刻线决定内锥大端直径的最大极限尺寸。
3．套规必须与配对的塞规校正。套规端面应与塞规上第一条线前面边缘相重合，允许套规端面超出塞规上第一条刻线，但不超过0．1mm距离。
2．公制圆锥
公制圆锥有8个号码，即4、6、80、100、120、140、160和200号。它的号码就是指大端直径，锥度固定不变，即K=1：20。例如80号公制圆锥，它的大端直径是80mm，锥度K=1：20。
二、圆锥表面的精度和公差
圆锥表面的精度主要是指锥度，在国家标准GBll334-89中，
规定了各种圆锥角的公差数值(见表7-2)。
在锥度较大时，标准锥角规定有l20。、90。、75。、60。、45。和30。。在锥度较小时，标准锥度规定有：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。
图7-1为圆锥角公差。
1．相配合的锥度和角度零件
对于相配合的锥度和角度零件，根据用途不同而规定不同的锥度和角度公差。在国标GBll334中，将锥度公差分为10个精度等级(1～10级，l级最高)。各精度中按公称尺寸的不同而分别规定公差，公差对于零线为对称分布，以角度的分或秒计量。公称尺寸由圆锥的母线长度或角度的短边长度决定。
在标准中所规定锥度的精度等级，应用范围举例如表7-3。
锥度公差的标记举例如下：如锥度1：20，6级精度的锥度公差，写成l：20K6。
2．非配合的锥度和角度公差
对于非配合的锥度和角度公差，在国标GBll334中规定有自由角度公差。其精度等级分为ATl、AT2、AT3和A，r4级，各级精度也是按照公称尺寸的不同分别规定公差，且公差对于零线也是对称分布的。公称尺寸按圆锥的母线长度或角度的短边长度决定。对于自由角度公差的选用：一般机械加工零件用2级，必要时可采用l级；冷冲、压铸和硬模铸造可用2级或3级；热冲、锻压和砂型铸造则用3级或4级。
下面分别介绍调整小拖板角度、偏移尾架、靠模等几种圆锥面车削方法以供参考和选择。
第二节 通过调整小拖板的角度车削圆锥
转动小拖板车削圆锥面最为常见。对于车削长度较短、锥度角a较大的圆锥面零件，车削时只要将车床小拖板按零件要求的锥度a转动该角度即可，即将小拖板转到与工件中心线成a／2角度。这种方法操作简单，调整范围大，而且能保证一定的精度。转动小拖板车削圆锥的示意图如图7-2所示。
一、转动小拖板角度的车削圆锥步骤
调整小拖板角度，车削圆锥零件的加工过程如下：
1．计算转动小拖板角度
小拖板转动角度的大小应等于工件的锥角。如果工件时锥角值未直接给出，则要根据已知条件计算求出，计算工件锥角的方法如下：
(1)在零件图上注有锥度C或斜度M值时，计算方法如下：t9号=M=导，求得号值。
(2)在加工图上注有工件大端直径D、小端直径d和长度L值时，计算方法如下：
求得号值。
这两种计算公式计算结果相差不大，因小拖板刻度一般相差半度，所以采用以上两种公式做近似计算均可。
2．安装车刀
根据被加工材料性质，选择好车刀，松开小刀架安装车刀，车刀必须安装在工件回转轴线的水平位置，否则会影响圆锥的精度，车刀安装若不对中心(偏高或偏低)时，会造成圆锥的锥度误差和母线直度误差。
3．选择切削用量，控制吃刀深度
选择切削速度、进给速度，以上参数可参考附表进行选择。根据切削锥面的锥度大小和工件锥孔大端平面离开锥形塞规过端线的距离L 7，可选择车刀的吃刀深度。
若已知工件锥孔大端平面离开锥形塞规过端线的距离，则吃刀深度t值为：
式中：t为吃刀深度，mm；L 7为工件锥孔大端平面距离锥形塞规的过端线距离，口为锥孔锥角C为锥度标示值，mm0例：已知工件的锥孔锥角为8。，用锥形塞规测量时，工件锥孔大端平面距离锥形塞规的过端线L 7=4mm，求吃刀深度t。
即吃力深度为0．280mm。
4．进给车削圆锥
在采用转动小拖板方法车削圆锥时，可以采用手动进给车削或自动走刀进给。手动进给一般不均匀，会影响工件的粗糙度和精度，为克服这一缺陷，可在床身上安装小拖板自动进给机构，利用装在光杠上的主动齿轮传递动力进行车削。
5．反复车削校正圆锥尺寸(1)校正小拖板转动角度获知小拖板应转动的角度后，可实际调整，但因实际操作不
可能一次转动小拖板就能精确地达到这个角度，因此，对精度要求较高的圆锥，要求在其加工过程中，在还留有一定加工余量时，采用锥形塞规或套规来校正小拖板的转角，直到符合工件锥度的精度要求为止。现以加工校正圆锥孔锥度为例进行说明，其校正过程如下：
1)计算所得的角度，初次转动小拖板车削圆锥孑L。
2)检查涂有显示剂(如白粉笔、红丹粉等)的锥形塞规放入锥孑L内运转后的痕迹。若摩擦痕迹均匀，说明锥孔锥度适当。若锥形塞规大端有摩擦痕迹，而小端处无，则说明锥孑L的锥度过小，必须适当增大拖板的转动角度，反之，则应适当减小拖板的转动角度。
3)调整小拖板转角。少量进给车削一刀，再重复上述方法进行检查校正。
4)反复进行以上校正检查过程，直到锥形塞规上摩擦痕迹均匀时为止，这时小拖板转角已符合工件锥度的精度要求，可以进行圆锥工件的精确加工了。若加工圆锥体，则可用锥形套规按以上相同方法进行角度的检查校正。
(2)反复测量调整圆锥直径尺寸
涂色检查内外圆锥的方法，仅是解决校正圆锥的锥度，而圆锥的最大、最小圆锥直径尺寸还须用下列方法进行测量和控制
1)卡钳和千分尺测量法。在测量孔径时，将内卡钳脚卡在锥孔的口上，在测量锥体直径时，卡在锥体最大端或最小端处，测量过程中卡钳或千分尺应与工件的轴线垂直，该法适用于单件或小批量生产。
2)锥形塞规(或套规)测量法。根据工件的直径尺寸和公差，在锥形塞规上刻两根圆周线表示过端和止端，如图7-3所示。在测量锥孔时，如果锥孑L的大端平面在两条刻线之问，说明锥孔最大圆锥直径尺寸符合公差要求；如果超过了止端刻线，说明锥孔尺寸已超过公差范围；如果两条刻线都没有进入锥孔，则说明锥孔尺寸还小，需再车去一些。此法用于工件批量较大的情况。
当锥孔(或锥体)的轴向位置有精度要求时，还需控制它的尺寸基准面至锥形塞规刻线(或锥形套规缺口)之间的距离，使其符合工件的装配要求。
二、刀架辅助刻线的作用及划法
在采用转动小拖板车削圆锥面时，有时因零件的锥度很大，小拖板转动的角度大于小拖板刻度盘上的刻度值(一般小拖架刻度自0位起左右各50。)，这时仅靠转盘原有的刻度就无法准确地转动刀架，如果在小拖板转盘上作一辅助线，便可弥补上述的不足了。为了使辅助刻度线尽可能精确，可按如下过程做刻度线：1)安装一个45。标准角度块于花盘上，并进行校正。校正时应使角度块的M面平行于水平面，M7面平行于车床主轴回转中心线。小拖板辅助刻度线做法如图7-4所示。
2)以标准角度块校准小拖板。将小拖板逆时针转动45。，在小拖板上安装百分表，以标准角度块的45。斜面为基准，校正小拖板的45。位置。
3)划一条对准中拖板的0位刻线。在小拖板转盘上刻线的左面对准中拖板的0位线刻划一条辅助线，根据这条辅助线小拖板便可以准确地转过90。。
4)顺时针方向转动小拖板时，在小拖板转盘刻线的右面也刻划一条辅助线。
注意在车削伞齿轮坯及其他锥度较大而长度较短的工件时，必须在粗车时就使用万能量角器或角度卡板进行检验和校正，否则很容易造成工件报废。
在图7-4中，M和M'面分别为角度块上平行于水平面和车床主轴中心线平面。根据刀架辅助刻度线，小刀架可以准确地转过90。。其工作过程如上所述。
第三节 偏移尾座车圆锥
对于锥度较小而工件长度较长的圆锥体，如果精度要求不高。可以采用偏移尾座的方法进行车削。其车削过程如下：
1．工件装夹
工件可采用两顶针装夹。把车床尾座向里或向外偏移一定距离，使工件回转轴线与车床主轴轴线形成一交角，其大小等于圆锥体的斜角值。尾座偏移的方向由零件的锥角方向确定。当工件锥体的小端在尾座处，尾座就要向里移动。反之，则尾座向外移动。一般车床尾座的最大偏移量为一给定值，因此车削的锥度范围有一定的限制，且不能车削圆锥孔零件。尾座偏移后的顶针接触方式如图7-5(a)、(b)所示。
这两种工件装夹基本可削除由尾座偏移产生的工件回转阻滞。但按图7-5(b)装夹会对加工精度有一定影响，图7-5(a)装夹效果则较好。
使用两顶针装夹时，应注意使工件的总长和中心孑L深浅要保持一致，以免加工锥度产生影响。
2．计算与调整尾座偏移量
1)计算尾座偏移量。采用偏移尾座的方法车削时，如图7-6所录 昆峦的偏稳暑，的可拈下音计笪．
式中：e为尾座的偏移量，mm；Z为两顶针间的距离，mm；D为圆锥大端直径，mm；d为圆锥小端直径，rnm；L为圆锥体长度，mmo
当工件的总长等于锥体长度L时，L=1，则：
或式中：e为尾座的偏移量，mm；Z为两顶针间的距离，mm；D为圆锥大端直径，mm；d为圆锥小端直径，mm；L为圆锥体长度，rnm；C为圆锥锥度比；M为圆锥半锥度比。
例：在两顶针间车削大端直径为≯100mm，小端直径为9196mm，锥形长度为600mm，工件总长Z=800mm的锥体。求尾座的偏移量是多少?
所以。尾座偏移量为2．67mm。若车削时按图7-6所示方法装夹，则尾座的偏移方向是向外。
2)调整尾座偏移量。为使计算出的理论偏移量与尾座实际的偏移量一致，可按下面所示的方法进行调整。在小刀架上夹持一只百分表，在偏移尾座前，使百分表与尾座上的精确表面接触，调整百分表指针对准"0"位。拧动尾座的调整螺钉，使百分表指针的摆动量等于计算出来的尾座偏移量，将移动后的尾座固紧。
3．选择安装车刀
根据切削材料性质，选择车刀材料和车刀角度，然后松开小刀架进行车刀安装。调整车刀与主轴中心线平行。
4．选择切削用量
选择切削速度、进给速度，以上参数可参考附表进行选择。
5．进给车削圆锥
车削圆锥体零件时，可以采用自动进给。
为了保证尾座偏移量调整得准确，工件加工质量较高，可在加工工件之前进行试切检验，然后根据检验结果进行批量切削。第四节靠模法车圆锥
靠模是利用靠模装置使车刀在作纵向进给运动的同时作横向进给运动，从而使车刀的运动轨迹产生被加工零件的圆锥母线。这种方法适于车削精度要求较高、批量较大的长圆锥体或长圆锥工件。
靠模装置一般由靠模板、靠模板支架、弹簧和滚轮等零件组成，图7-7是用于车削圆锥体的一种靠模装置。该装置通过靠模支架固定于车床床身，在靠模支架上面装有靠模板，可绕中心轴旋转与工件轴心线成夹角a。靠模装置中的滚轮在弹簧力作用下可紧紧与靠板工作表面接触，滚轮由滚轮支架同中拖板连接。为便于切削时进给，连接时应将中拖板的丝杠拆除掉，并将小刀架转动90。或在小刀架上安装一辅助刀架。
靠模板的车削过程如下：
1)安装工件。可采用卡盘、顶尖安装工件。
2)根据切削材料性质，调整车刀与主轴中心线平行。选择车刀材料和车刀角度，然后松开小刀架将车刀安装于刀架上，调整车刀与主轴中心线平行。
3)选择切削速度、进给速度。可参考附表选择参数。4)安装靠模装置，并调整靠模板转角度。
用正弦尺和百分表进行校正。将靠模板紧紧地靠在正弦尺与块规的平行面上，用百分表对正弦尺垂直面校正，检查调整正弦尺与主铀回转中心线平行。用正弦尺和百分表校正靠模板转动角度时，百分表指针摆动范围应不大于0．Olmm。块规厚度按下式计算。
H=Csin号
式中：H为块规厚度，mm；C为正弦尺中心距离，mm；口为圆锥体零件的斜角。
带有斜度的靠模板和靠模支架安装于车床尾座上。调整该装置时，可用调节支承螺钉使靠模板处于水平位置并固定，并横向调整靠模板的位置。该装置的靠模板座固定在机床上，靠模板的上表面有斜角刻度。调整时，可用其上面的刻线对准板座上某一需要的刻度，用紧固螺钉固紧。再拆除小刀架丝杆，以滚轮支架代替，上面的滚轮嵌在靠模板的凹槽中。
5)自动进给。当中拖板横向自动进给时，车刀便可获得滚轮在靠模板上的运动轨迹，作出相同的运动轨迹，从而车削出所需要的圆锥体或圆锥孔零件。
第五节 通过液压仿形车床车圆锥
对于成批大量生产的圆锥零件的车削加工，也可通过液压仿形加工以提高外圆表面车削的生产率。液压仿形加工的特点是：能减轻工人的劳动强度，减少测量的辅助时间，确保产品质量的稳定，调整方便，车削生产率大大提高。近年来随着液压仿形系统的精度提高，尺寸精度可达(±0．02～±0．05)1TlIn，表面粗糙度为Ra5～2．5Fm。液压仿形可l)2加工外圆锥面、外圆柱面、90。端面及其他回转曲面，自动化程度高，强力切削性能好。
图7-8是在普通车床上改装的液压仿形刀架，阀心由弹簧压在样件上，大拖板作纵向进给，刀架与阀心在样件上运动。当阀心碰到样件的端面时，阀心缩回，压力油由随动阀上腔经过b通道进入油缸下腔，由于活塞杆固定，油缸上腔回油经a通道由Q2V1回油箱，油缸与刀架及随动阀壳为一体，一同作向后仿形运动，并关闭压力油进15的开合度。阀心打开压力油口的开合度即为刀架的移动量，从而达到跟踪仿形的目的。近年来由于液压与自动化技术的发展，进一步提高了圆锥类零件的生产效率。
其车削过程如下：
1．洗择车刀
根据需切削的零件数量和材料、热处理、加工精度、表面粗糙度等要求选择车刀材料和车刀角度。
2．安装工件
两端分别用拨盘和活顶针安装工件。
3．选择切削用量
根据刀具材料和机床性能选择切削速度、切削进给量、切削深度等参数。以上参数选择可参考附表。
4．安装样件
在机床上安装好样件，将液压仿形刀架的阀心压在样件上。
5．进给车削外形
开动机床，让大拖板做纵向自动进给运动，车削出零件锥形表面。
第六节 利用车床车圆锥的其他方法
一、用宽刀法车削锥面
宽刀法车削又称为样板刀法，这种方法仅适用于车削较短的外锥面，样板刀的刀刃必须平直，主刀刃与工件轴线的夹角等于圆锥面的半锥角d2，在使用宽刀时，车床和工件必须具有较好的刚性，否则容易引起震动，从而破坏零件表面的粗糙度(图7-9所示)。
二、用纵横自动走刀车圆锥面
用该法车削，车刀随着大滑板沿车床纵向自动走刀的同时，按照锥度K的比值，沿横向进到退刀的自动走刀，从而车出圆锥，因此必须在纵走刀与横进刀丝杠之间装上一套传动齿轮，达到按照锥度K的比值纵横方向同时自动走刀。挂轮装置如图7-10所示
式中：为传动比；K为工件锥度；S纵为大手轮转一周，大滑板移动的距离，mm；S横为横丝杠转一周，横滑板移动的距离，mmo
2．操作要点
1)在车圆锥时，将小刀架顺时针旋转90。，以便调整吃刀深度，控制圆锥直径。
2)在车正外圆锥时，自动纵向走刀，应通过介轮使横向丝杠转动，带动滑板后退。车倒圆锥时，则横滑板应前进。
3)车刀在纵向进人工件以前，应与端面保持一定距离再开始自动走刀，以消除横向丝杠与横滑板之间的轴向间隙。
4)加工不同锥度或斜角的内外圆锥面时，只要变换传动齿轮的传动比即可。
大川机械
对于大量或批量生产的圆锥零件的车削加工，可采用专用夹具来完成，以提高生产效率和加工质量。以上介绍的车削圆锥外形方法与本章前面介绍的方法有较多的类似，具体加工过程请参考前述工艺过程进行适当调整。