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： 福州第一技師學（xué）院（yuàn） 作者：林寶（bǎo）忠
摘要：以職業院校技能競賽車加工項目（mù）試題為例，描述了圓錐麵配合零件在普通車床上常規車削加工方法及存在的問題，結合競賽輔導（dǎo）經驗，針對存在的問題提出了利用百分表配合車削加工圓（yuán）錐（zhuī）麵配合零件的改進方法，及利用三角形關係解決圓錐零件配合間距的改進方法。
關鍵詞：車加工；圓錐麵；百分表；競（jìng）賽
雖（suī）然當今工業智能化（huà）日益發展，但是在平時的設備和工具中基礎零部件（jiàn）仍然占據著重（chóng）要地位，特別是許多圓錐麵的配合零件仍被廣泛應用，如（rú）普通車床主軸（zhóu）的錐孔與前頂尖錐柄的配合，麻（má）花鑽頭的錐柄（bǐng）與（yǔ）變徑錐套之間配合等。技工學校是培養技（jì）能型才的重要基地，普（pǔ）通車床的技能訓練已（yǐ）經成為（wéi）各類中職、技工學校機械（xiè）專（zhuān）業（yè）教學與訓練的重要課題。
圓錐零件是機械零件結構中重要的組成部分，其車削也是機械零件中較難（nán）掌（zhǎng）握（wò）的加工工藝之一，利用普通車床加工各種形狀和精度的圓（yuán）錐麵配合零件也是車工必須掌握的重要內容，圓錐麵配合零件（jiàn）的加工是各類車加工技能競（jìng）賽的重要考點之一。
本文以福建省中職院（yuàn）校技能競賽車加工項目（mù）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（xī）
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（gōng）基本要求：錐度是 1:5±5′，要求圓錐麵的配合件 1、2 的配斷（duàn）麵間隙為 0.1- 0.3，表麵粗糙度要求為 1.6μm 塗色法檢查配合接觸麵≥70%。
1.2 競賽要求
車加（jiā）工項目技能競賽追求三個“度”，即精度、速度和粗糙（cāo）度。即在（zài）日（rì）常的訓練指導中教師應該經常分析學生的工藝安（ān）排、切削用量選擇及工量（liàng）夾具的使用等。在加工過程中合理選擇刀具和優化切削用量，在最短時間內用熟練的操作確保關鍵得分（fèn）點，保（bǎo）證在規定的時間內完成（chéng）切削（xuē）項目。 因此，用優化（huà）的加工工藝和方法以便節（jiē）約加（jiā）工時間至關重要。
2 、傳統的（de）車削方法（fǎ）及存在的主要問（wèn）題
在普通車床上加工圓錐零件時主要（yào）保證圓錐角度和尺寸精度，首先先控製圓錐（zhuī）角度，其次再精車保證（zhèng）尺寸（cùn）精度。經過零件的分析（xī），該零（líng）件的圓錐半角較大且圓錐麵對應的直線距離較短，適用於轉動小滑板的車削法。常用的轉（zhuǎn）動小滑板法車圓錐零件即在車削工件的圓錐麵零（líng）件（jiàn）前將車床的小滑板轉過一定角度（dù）, 使車床小滑板移動的手動進（jìn）給方向與（yǔ）工件主軸中心線的夾角等於計（jì）算的圓錐半角 α/2 。該方法特點是（shì）操作簡單且可加工錐角（jiǎo）範（fàn）圍較大的內外錐零件，缺點就是圓錐角精度（dù）較差且受小（xiǎo）滑板轉動行程的（de）限製不（bú）能（néng）車削長的圓傳統的（de）加工步（bù）驟是：
2.1 小滑（huá）板轉動角度的確定
通（tōng）過查表或者數學計算（suàn）確定錐度1:5 的（de）圓錐半角是 5°42′38″；
2.2 轉動小滑板的方（fāng）法
鬆開小滑板下的轉盤（pán）上兩個螺母，觀測（cè）小滑板中間刻度零線，用目測的方法轉動小滑板的（de）角度至計算的圓錐半角，粗（cū）略對準後再通過（guò）試車削測量（liàng）多（duō）次（cì）找正。
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（xiǎo）滑板的手柄將（jiāng）零件車（chē）削（xuē）到外圓（yuán）位置。然後調整萬能角度尺至要（yào）測得的圓錐（zhuī）半角（jiǎo），基尺靠在零件端麵並穿（chuān）過工件中心，刀口尺貼在圓錐麵的切線上，再用透光法檢驗並微調小滑板下的轉盤角度。多次試切測量至合格的角（jiǎo）度要求。
2.4 精車圓錐麵
小滑板的轉角調整（zhěng）準確後，提高主軸（zhóu）轉速（sù）、降低進給量，精車圓錐麵保（bǎo）證表麵粗糙度和尺寸精度。這種方法雖（suī）然（rán）簡單但是在加工圓（yuán）錐零件時因車床小滑板轉盤的（de）刻度值精（jīng）確度較低（dī），而且常見圓錐的圓錐角度基本不是整數，故角度的小數部分隻能（néng）用目測方式對準。因目測存在較大誤差，所（suǒ）以車削圓錐時經一次角度調整加工（gōng）的錐度難以達到圖樣（yàng）要求，一般要（yào）需要試車削後（hòu）測量錐度再微調（diào）小滑板的轉（zhuǎn）角，經過多次反複後（hòu）才能（néng）逐步使（shǐ）錐度準確（què）。因此在競賽（sài）加工圓錐配合零件（jiàn）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）作的幾年中，通過（guò）教學實踐和結合競賽輔導經驗,在不斷的研究、總結下，對於圓錐（zhuī）麵配合零件的車（chē）削也有了一定的認知，在此談談車削圓錐麵配合（hé）零件的（de）方法改進。
3.1 校準（zhǔn）錐度的改進方法
通過理解圓錐的基本參數（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 可計算轉變（biàn）為：徑向半徑差(D- d)=1mm，錐麵對應的水平長度 L=10mm，根據直（zhí）角三角形關係式可得轉動（dòng）小滑板移（yí）動（dòng）的（de）距離即斜邊 c=10.05mm。轉動（dòng）小滑（huá）板轉盤時應（yīng）用鍾表式百分表（biǎo）和機床尾（wěi）座伸出套筒的光滑麵調整圓錐半角的方（fāng）法如下：百分表吸附在刀架邊緣並垂直（zhí）對準尾座套筒中心位置，鬆開小滑板下的轉盤上兩個螺（luó）母，轉動小滑板（bǎn）的轉盤至需（xū）要的圓錐半角並且將百分表的刻度盤對零，百分表壓（yā）入兩圈（2mm）後指（zhǐ）針調零，然後消除間隙後轉動小滑板（bǎn）向左（zuǒ）移動10.05mm，最後用微調小滑板下的轉盤直至百分（fèn）表指針示（shì）數變化為（wéi）1，說明錐度半角校準完畢，然後按圖紙要求加工圓錐麵。
如果競賽過（guò）程中的圓錐配合麵的錐度與樣（yàng）題不一（yī）致，或者以（yǐ）盲題的方式呈現給選手，例如（rú）錐度改為 1：12，如何應變呢？同樣的（de）原理，百（bǎi）分表壓入兩圈（2mm）後指針調零，然後消除間隙後轉動小滑板向左移動略大於 2 倍的水平長度（即（jí） 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（gǎi）進的方法減少圓錐（zhuī）半角繁瑣的計算（suàn）過（guò）程，彌補現階段技工院校學生計算能力的不足，且節約了非加工的銜接時間。
圖 2 圓錐的（de）基（jī）本參（cān）數
3.2 內圓錐麵的加工（gōng）改進方法
測量工件端麵並精車外圓錐麵後（hòu），保持小滑板轉盤轉動的角度一致（zhì），安裝反向鏜刀（左偏刀）於刀架，車床主軸反（fǎn）轉加工內錐麵。這種方法即可以保（bǎo）證內外圓錐麵配合（hé）更佳，而且節省了內錐零件再次（cì）校準錐度的時間。
3.3 控製圓錐配合間距的（de）改進方法（fǎ）
如（rú）上（shàng）例，對（duì）於（yú）錐（zhuī）度 1:5 的圓錐配合（hé）零件（jiàn）間的配合間隙為0.1- 0.3。按傳統的加工方法（fǎ）為使用經驗（yàn）法和結合多次切削測（cè）量的形式。此方法（fǎ）費時且難於達到精度要求。利用三角形關係的改進（jìn）方法準確控製圓錐（zhuī）零件（jiàn）的配合（hé）間距，從錐度零件軸向移動和徑（jìng）向變化（huà）關（guān）係圖（圖 3） 所示，可以快速計算軸向變化 1mm徑向需（xū）調整（zhěng）0.1mm。半精車結束後測量軸向配合間距，（實際測量值（zhí） - 理論間距值）×0.1mm即為中滑板的精（jīng）車餘量。經（jīng）過一次調整（zhěng）中滑板（bǎn）的徑向精車餘量可直接精車到位，保證圓（yuán）錐配（pèi）合間距合格。
圖 3 軸向移動和徑向變化關係
通（tōng）過以上（shàng）車削方法的改進（jìn），效果顯著：a.通過多次（cì）的實踐統計，改進的方法單項切削可節省 15 分鍾，提高效率，為後續的加工提供了充足的時間條件；b.應用（yòng）“反刀（dāo）法”車（chē）削的內外圓錐麵，經塗色法檢查配合接觸麵為≥98%，高於圖樣（yàng）要求；c.經過（guò）三（sān）坐標（biāo）精密（mì）測量（liàng）檢驗，工件的（de）尺寸精度特別是圓錐配合間距符合圖（tú）樣要求。以上改進符合技能（néng）競賽追求的三個“度”，即尺寸精（jīng）度、加工速度和粗糙度。
結束語
經過改進的圓錐麵（miàn）配合零件的車削方法，在實操（cāo）中提高（gāo）了效率並有（yǒu）效地解（jiě）決（jué）車加工（gōng）“圓錐麵配合零件的車削”技能實（shí）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（gāo）級職業（yè）資格鑒定考核（hé）通過率大於（yú）92%以上，指導學生參加省（shěng）、市各級技能競賽在（zài）車加工項目（mù）中多次獲得了（le）市（shì）賽一、二等獎和省賽一、三等獎（jiǎng）的好成績，也充分證明圓錐麵配合零件的車削方法的改（gǎi）進是合適現階段的（de）教（jiāo）學和技能競賽。
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