淺談圓錐面配合零件在普通車床上加工的改進
2020-12-10 來源： 福州第一技師學院 作者：林寶忠
摘要：以職業(yè)院校技能競賽車加工項目試題為例，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)合競賽輔導經(jīng)驗，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方法，及利用三角形關系解決圓錐零件配合間距的改進方法。
關鍵詞：車加工；圓錐面；百分表；競賽
雖然當今工業(yè)智能化日益發(fā)展，但是在平時的設備和工具中基礎零部件仍然占據(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。技工學校是培養(yǎng)技能型才的重要基地，普通車床的技能訓練已經(jīng)成為各類中職、技工學校機械專業(yè)教學與訓練的重要課題。
圓錐零件是機械零件結(jié)構(gòu)中重要的組成部分，其車削也是機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之一。
本文以福建省中職院校技能競賽車加工項目試題為例，如圖 1。
圖 1 車加工項目試題
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
車加工項目技能競賽追求三個“度”，即精度、速度和粗糙度。即在日常的訓練指導中教師應該經(jīng)常分析學生的工藝安排、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，在最短時間內(nèi)用熟練的操作確保關鍵得分點，保證在規(guī)定的時間內(nèi)完成切削項目。 因此，用優(yōu)化的加工工藝和方法以便節(jié)約加工時間至關重要。
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給方向與工件主軸中心線的夾角等于計算的圓錐半角 α/2 。該方法特點是操作簡單且可加工錐角范圍較大的內(nèi)外錐零件，缺點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)學計算確定錐度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算的圓錐半角，粗略對準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)整準確后，提高主軸轉(zhuǎn)速、降低進給量，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。因目測存在較大誤差，所以車削圓錐時經(jīng)一次角度調(diào)整加工的錐度難以達到圖樣要求，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)過多次反復后才能逐步使錐度準確。因此在競賽加工圓錐配合零件費時費力而達不到精度要求。
3 、改進方法
在輔導技能競賽及教學工作的幾年中，通過教學實踐和結(jié)合競賽輔導經(jīng)驗,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知，在此談談車削圓錐面配合零件的方法改進。
3.1 校準錐度的改進方法
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錐度，如上例的錐度 1:5 可計算轉(zhuǎn)變?yōu)椋簭较虬霃讲?D- d)=1mm，錐面對應的水平長度 L=10mm，根據(jù)直角三角形關系式可得轉(zhuǎn)動小滑板移動的距離即斜邊 c=10.05mm。轉(zhuǎn)動小滑板轉(zhuǎn)盤時應用鐘表式百分表和機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尾座套筒中心位置，松開小滑板下的轉(zhuǎn)盤上兩個螺母，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。
該改進的方法減少圓錐半角繁瑣的計算過程，彌補現(xiàn)階段技工院校學生計算能力的不足，且節(jié)約了非加工的銜接時間。
圖 2 圓錐的基本參數(shù)
3.2 內(nèi)圓錐面的加工改進方法
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)錐零件再次校準錐度的時間。
3.3 控制圓錐配合間距的改進方法
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)驗法和結(jié)合多次切削測量的形式。此方法費時且難于達到精度要求。利用三角形關系的改進方法準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系圖（圖 3） 所示，可以快速計算軸向變化 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系
通過以上車削方法的改進，效果顯著：a.通過多次的實踐統(tǒng)計，改進的方法單項切削可節(jié)省 15 分鐘，提高效率，為后續(xù)的加工提供了充足的時間條件；b.應用“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)過三坐標精密測量檢驗，工件的尺寸精度特別是圓錐配合間距符合圖樣要求。以上改進符合技能競賽追求的三個“度”，即尺寸精度、加工速度和粗糙度。
結(jié)束語
經(jīng)過改進的圓錐面配合零件的車削方法，在實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”技能實習教學的難點，本人將改進方法應用到車工實踐教學中取得了顯著的教學成績。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，指導學生參加省、市各級技能競賽在車加工項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是合適現(xiàn)階段的教學和技能競賽。
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