淺談圓錐麵配合零件在普通車床上加工的改進
2020-12-10 來源： 福（fú）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，描述了圓錐麵配合零件（jiàn）在普通（tōng）車床上常規車削加工（gōng）方法及存在的問題，結合競賽輔導經驗，針對存在的問題提出了利用（yòng）百分（fèn）表配合車削加工圓錐麵配（pèi）合零件的改進方法，及利用三角形關係解決（jué）圓錐零（líng）件配合間距的改進方法。
關鍵詞：車加工；圓錐麵；百分（fèn）表；競賽（sài）
雖然當今工（gōng）業智能化日益發展，但是在平時的設備（bèi）和工具中（zhōng）基（jī）礎零部件仍然占據著重要地位，特別是許多圓錐麵的配合零件仍被廣泛應（yīng）用，如普通車床主軸的錐孔與前（qián）頂尖錐（zhuī）柄的配合，麻花（huā）鑽（zuàn）頭的錐柄與變徑錐套之間配（pèi）合等。技工學校是培養技能型才（cái）的重要基地，普通車床的技能訓練已經成為各類中職、技工學校機（jī）械專業教學（xué）與訓練的重要課題。
圓錐零件是機械零件結（jié）構中重要的（de）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麵配合零件也是車工必須掌握的重要內容，圓錐麵配（pèi）合（hé）零件的加工是各（gè）類車加工技能競賽的重要（yào）考點之一（yī）。
本文（wén）以福建省中職院校技能競賽車（chē）加工項目試（shì）題為例，如圖 1。
圖 1 車加工項目試題
1 、零件（jiàn）的（de）車削要求分析（xī）
1.1 精度要求
分析該（gāi）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′，要求圓錐麵的配合件 1、2 的配斷麵間隙為（wéi） 0.1- 0.3，表麵粗糙度要（yào）求為 1.6μm 塗色法檢查配合接觸麵≥70%。
1.2 競賽要求
車加工項目技能競賽追（zhuī）求三（sān）個“度”，即精度、速度和粗糙度（dù）。即在日常的訓練指（zhǐ）導中教師應該（gāi）經常分析學生的工藝安排、切削用量選擇及工（gōng）量（liàng）夾具的使用等。在加（jiā）工過程（chéng）中合理選擇（zé）刀具和優化切削（xuē）用量，在最短時間內用熟練的操作確保關鍵得分點，保證在規定的時（shí）間內完成（chéng）切削項目。 因此，用優化的加工工藝和方法以便節約加工時間至（zhì）關重要。
2 、傳統的車削方法及存在的（de）主要問題
在普通車床上加（jiā）工圓（yuán）錐（zhuī）零件時主要保證圓錐角度和尺寸精度，首先先控製圓錐角度，其次再精車保證尺寸精度。經過零件的分析，該零件的圓錐半角較大且圓錐麵對應的直線距離較（jiào）短，適用於轉動小滑板的車削法。常用的轉動小滑板法車（chē）圓錐（zhuī）零件即在車削工（gōng）件的圓錐麵零件前將車床的小滑板轉過一定角度, 使車床小滑板移動的手動進給方向與工（gōng）件主軸（zhóu）中心線的夾角等於計算的圓錐半角 α/2 。該方法特點是操作（zuò）簡單且可加（jiā）工錐角範圍較大的內外錐零件（jiàn），缺點就是圓錐角精度較差且受小（xiǎo）滑板轉動行程（chéng）的限製不能車削長的圓傳統的加（jiā）工（gōng）步驟是：
2.1 小滑（huá）板（bǎn）轉動角度的確定
通過查表或者數學計算確定（dìng）錐度1:5 的圓錐半角是 5°42′38″；
2.2 轉動小滑（huá）板的方法
鬆開小滑板下的轉盤上兩個（gè）螺母，觀測（cè）小滑板中（zhōng）間刻度零線，用目測的方法（fǎ）轉（zhuǎn）動（dòng）小滑板的角度至計算的圓錐半角，粗略對準後再通過試車（chē）削測量多次找（zhǎo）正。
2.3 粗車外圓錐麵
先移動中滑板調整好切削深度再雙手交替轉動小滑板的（de）手柄（bǐng）將零件車（chē）削（xuē）到外圓位置。然後調整萬（wàn）能角度（dù）尺至要（yào）測得（dé）的（de）圓錐半角，基尺靠在零件端麵並穿過工件中心，刀口尺貼在圓錐麵的切線上，再用透光法檢驗並（bìng）微（wēi）調小滑板（bǎn）下的轉盤角度。多次試切測量至合格的角度要（yào）求。
2.4 精車圓錐麵
小滑板的轉角調整準確後，提高主軸轉速、降低進給量，精車圓錐麵（miàn）保證表麵粗糙度和尺寸（cùn）精度。這種方法雖然簡單但是在加（jiā）工圓（yuán）錐零件時因車床小滑板轉盤的刻度值精確度較低，而且常見圓錐的圓錐（zhuī）角度基本（běn）不是整數，故角度的（de）小數部分隻能用目測方（fāng）式對準。因目測存在較大誤差，所（suǒ）以車削圓錐時經（jīng）一次角度調整加工的錐度難（nán）以（yǐ）達到圖樣要（yào）求（qiú），一般要需（xū）要試車削後測量（liàng）錐度再微調小（xiǎo）滑板（bǎn）的轉（zhuǎn）角（jiǎo），經（jīng）過多次反複後才能逐步使錐度準確。因此（cǐ）在競賽加工圓（yuán）錐配合（hé）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（gōng）作的幾（jǐ）年中，通過教學實（shí）踐（jiàn）和結合競（jìng）賽（sài）輔導經驗,在不斷的研究、總結下，對於圓錐麵配合零件的車削也有了一（yī）定的認知，在（zài）此談談車削圓錐麵配合（hé）零件的方法改進。
3.1 校準錐度的改進方法
通（tōng）過理解圓錐的基本參數（如圖 2）。可推演為直角三角形來表（biǎo）達錐度，如上例的錐度 1:5 可（kě）計算轉變為：徑向半徑差(D- d)=1mm，錐麵對應的（de）水平長度 L=10mm，根據直角（jiǎo）三角形關係式可得轉動小滑板（bǎn）移動的距離即斜邊 c=10.05mm。轉動小滑板轉盤時（shí）應用鍾表（biǎo）式百分（fèn）表和機床尾座伸出套筒的光滑麵調整圓錐半角的方法（fǎ）如下：百分（fèn）表（biǎo）吸附在刀架邊緣並垂直對準（zhǔn）尾座套筒中心（xīn）位置，鬆開小（xiǎo）滑板下的轉（zhuǎn）盤上兩（liǎng）個螺（luó）母（mǔ），轉動（dòng）小滑（huá）板的轉盤至需要的（de）圓錐半角（jiǎo）並且（qiě）將百分表的刻度盤對零，百分表（biǎo）壓入兩圈（2mm）後指針調零，然後消除間隙後轉動小（xiǎo）滑板向左移動（dòng）10.05mm，最後用微調小滑板下的轉盤直至百分（fèn）表指針示數（shù）變化為1，說明錐度半角校準完畢，然後按圖紙要求（qiú）加工圓錐麵。
如果競賽過程中的圓（yuán）錐配合麵的錐度與樣題不一致（zhì），或者以盲題的方式呈現給選手，例如錐度改（gǎi）為 1：12，如（rú）何應變呢？同樣的原理，百（bǎi）分表壓（yā）入兩圈（2mm）後（hòu）指針調零，然後（hòu）消除間隙後（hòu）轉動小滑（huá）板向左移動略大於 2 倍的水平長度（即 2×12）mm，再微調小滑板下的轉盤直至百分表指針示數變化為 1。
該改進的（de）方法減少圓錐半角繁瑣的計算過程，彌補現階段技工（gōng）院校學生計算能力（lì）的不足，且節約了非加（jiā）工的銜接時間。
圖（tú） 2 圓錐的基（jī）本參數
3.2 內圓錐（zhuī）麵的加工改（gǎi）進方法
測量（liàng）工件端麵並精車外圓（yuán）錐（zhuī）麵後，保持小滑板轉盤轉動的角（jiǎo）度一致，安裝反向鏜刀（左偏刀）於刀架，車床主軸反轉加工內（nèi）錐麵。這種方法即可以保證內外圓錐麵配合更佳，而且節省了內錐零件再次（cì）校準（zhǔn）錐（zhuī）度的時間。
3.3 控製圓錐配合間距（jù）的改進方法
如上（shàng）例，對於錐度 1:5 的圓錐配合零件間（jiān）的配合間隙為0.1- 0.3。按傳統的（de）加工方（fāng）法為使用經驗法和結合多次切削測量的形式。此方法費時且難於達到精度要求。利（lì）用三角形關係的改進方法準確控製圓錐零件的配合間距，從錐度零件軸向移動和徑向（xiàng）變化關係圖（圖 3） 所示，可以快速（sù）計算軸向變化 1mm徑向需調整0.1mm。半精車結束（shù）後測量軸向配合（hé）間（jiān）距，（實際測量值 - 理論間距值）×0.1mm即為中滑板的精車餘量。經過一次調整（zhěng）中滑板的徑向（xiàng）精車餘量可直接精（jīng）車到位，保證圓錐配合間距合格。
圖 3 軸（zhóu）向移動和徑向變化關係
通過以（yǐ）上（shàng）車削方法的改進，效果（guǒ）顯著：a.通過多次的實踐統計，改進的方（fāng）法單項（xiàng）切削可節省 15 分鍾，提高效率，為後續的加工提供了充足的時（shí）間條件；b.應用“反刀法”車（chē）削的內外圓錐麵，經塗色法檢查配合接（jiē）觸麵（miàn）為≥98%，高於圖樣要求；c.經過三坐標精密測量檢（jiǎn）驗（yàn），工件的尺寸精度特別是圓錐配合間距符合圖樣要求（qiú）。以上改進符合（hé）技能競賽（sài）追求（qiú）的三個“度”，即尺寸（cùn）精度、加工速度和粗糙度。
結束語
經過改進的圓錐麵配合零件的車削方法，在實操中提高了效率並（bìng）有效地解決車加工“圓錐麵配合零件的車削”技能（néng）實習教學的（de）難點，本（běn）人將改進方法應用（yòng）到車工實踐教學（xué）中取（qǔ）得了顯著的教學成績。近年來我院車工工種的中、高級職業資格鑒定考核通過率大於92%以上，指導學生參加省、市各（gè）級技能競賽在車（chē）加工項目中多次獲得了市賽一、二等獎（jiǎng）和省賽一、三等獎的好成績，也充分證明圓錐麵配合（hé）零件的車削方法的改（gǎi）進是（shì）合適現（xiàn）階段的教學和技能競賽。
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