基于圓錐車削實訓教學的兩種工藝分析

劉樹勝，賈廣攀，梁永艷，石南輝

（北部灣大學，廣西 欽州 535011）

0 引言

很多文獻對圓錐車削實訓教學和圓錐車削工藝進行了研究。如文獻[1]采用配對圓錐進行實訓教學，在技能鑒定和技能競賽中收到了較好的效果；文獻[2]介紹了車削圓錐零件的新方法，以及加工時的技巧，提高了圓錐零件的加工精度和效率；文獻[3]介紹了一種新的圓錐車削方法，利用增加齒輪的方法改變刀具的進給方向，提高車削精度和改善勞動強度；文獻[4]介紹了兩種標準的圓錐車削方法；文獻[5]設計了專用刀桿來加工直徑大、長度長的大型圓錐孔，效果較好；文獻[6-7]介紹了轉動小滑板法的一些新工藝，提高了切削精度和效率。以上文獻對圓錐車削方法的研究，主要是常用車削工藝的一些新方法和小技巧，沒有對圓錐車削常用的兩種方法進行系統(tǒng)的介紹。

職業(yè)院校和應用型普通高校擔負著培養(yǎng)復合型、技術技能型人才的任務，如何在短時間內(nèi)使學生掌握圓錐的車削技能，并能依據(jù)圓錐零件實際情況及工程應用選擇合適的圓錐車削工藝，為學生進行專業(yè)學習打下良好的基礎，是每位車工實訓指導教師應該深入研究的課題。本文詳細介紹圓錐車削的兩種工藝，便于教師在實訓教學中為學生講授如何在不同場合選擇不同的車削工藝。

1 圓錐車削基礎

在車削圓錐實訓教學過程中，轉動小滑板法和偏移尾座法是比較常用的兩種車削工藝。圓錐的基本參數(shù)如圖1所示。

圖1 圓錐的基本參數(shù)示意圖

圓錐基本參數(shù)計算公式如下：

式中：α為圓錐角，即在通過圓錐軸線的截面內(nèi)，兩條素線之間的夾角；α/2為圓錐半角，是車圓錐時小滑板轉過的角度；C為錐度，即圓錐的最大圓錐直徑和最小圓錐直徑之差與圓錐長度之比，錐度用比例或分數(shù)形式表示；D為最大圓錐直徑，簡稱大端直徑；d為最小圓錐直徑，簡稱小端直徑；L為圓錐長度，即最大圓錐直徑與最小圓錐直徑之間的軸向距離；L0為圓錐工件的全長；S為尾座偏移量，即尾座偏移軸心的距離。

學生在車削圓錐過程中需要掌握圓錐基本參數(shù)和計算公式，以便在車削前按已知情況計算出轉動角度、偏移距離等。

2 圓錐車削工藝

圓錐連接是機械連接中常用的一種方式，當圓錐角小于3°時，可以傳遞很大的轉矩，同軸度較高，能做到無間隙配合，常用于需經(jīng)常拆卸且重復定位精度要求較高的連接和定位元件[8]。如車床主軸孔與頂尖的配合、車床尾座錐孔與麻花鉆的配合等均為圓錐面配合，常見的圓錐配合件如圖2所示，此種配合件在機械結構中廣泛應用。加工圓錐的設備較多，如普通車床車削加工、數(shù)控車床加工、線切割加工等[9]。現(xiàn)階段利用普通車床加工圓錐較為普遍，如職業(yè)學校的實訓教學、等級技能考核等。普通車床車削圓錐需要掌握一定的技巧，對車削人員的技能水平和經(jīng)驗要求較高。隨著數(shù)控加工技術的發(fā)展，已經(jīng)改變了傳統(tǒng)的切削方法，圓錐的切削效率和質(zhì)量對操作人員的要求越來越低。

圖2 常見的圓錐配合件示意圖

2.1 轉動小滑板法

轉動小滑板法是一種最常見的圓錐車削方法，把小滑板按工件的圓錐半角α/2旋轉一個相應角度，采取小滑板進給的方式，使車刀的運動軌跡與索要車削的圓錐素線平行。轉動小滑板法車圓錐示意圖如圖3所示。在采用轉動小滑板法切削圓錐的過程中，關鍵是要保證小滑板轉動角度正確。

圖3 轉動小滑板法車圓錐示意圖

調(diào)校小滑板轉動角度的方法主要有以下幾種，需要學生提前掌握。

2.1.1 利用百分表精確調(diào)整小滑板角度

轉動小滑板法切削圓錐，需要先計算出圓錐半角，計算較為繁瑣，且不一定是整數(shù)，只是圓錐半角的近似值，所以轉動小滑板法切削的錐面的精度不夠高。此種切削工藝只適用于對加工精度要求不高的零件加工，對于圓錐精度要求較高的工件不能采用此種方法進行加工。

計算出來的圓錐角度一般都不是整數(shù)，而小滑板刻度盤上的刻度都以度為最小單位，因此在小滑板上調(diào)整的圓錐角度是正切三角函數(shù)算得角度值的近似值。如果遇到要求精度較高的圓錐件，這樣的方法顯然達不到精度要求，此時可利用百分表打表來精確調(diào)整小滑板旋轉角度，從而衍生出借助百分表的轉動小滑板法。具體方法是先將磁力表座固定在車床導軌上，松開小滑板底部轉盤上的緊固螺母，轉動一定角度，再將百分表測頭抵在小滑板側邊，該方法示意圖如圖4所示。

圖4 利用百分表調(diào)校小滑板角度示意圖

2.1.2 利用樣件和百分表精確調(diào)整小滑板角度

把標準圓錐樣件裝夾在車床上，將磁力百分表座固定在小滑板上，松開小滑板底部轉盤上的緊固螺母，轉動一定角度；將百分表測頭垂直抵在樣件處，對準樣件中心，移動小滑板并調(diào)整小滑板角度直至百分表指針擺動為零為止。該方法示意圖如圖5所示。

圖5 利用樣件和百分表調(diào)校小滑板角度示意圖

在實訓教學過程中，小滑板轉動角度的計算及調(diào)整以圖6為例進行詳細說明。先將圓錐分成兩個直角三角形和一個矩形，已知圓錐度是1：10，圓錐大端直徑D為30 mm，利用錐度計算公式（1）計算出圓錐小端直徑d為28 mm，從而得出直角三角形的一個直角邊的數(shù)值為1 mm（另一個直角邊是圓錐長度20 mm），將溜板箱縱向移動20 mm，輕微轉動小滑板使百分表的數(shù)值變化是1 mm，擰緊小滑板底部轉盤上的緊固螺帽，再反復移動溜板箱校驗幾次，防止擰緊螺帽的時候小滑板轉動出現(xiàn)誤差。車削時只需按照圓錐大端直徑或小端直徑進行切削即可。這種改進的方法省去了用三角函數(shù)計算圓錐角的步驟，調(diào)整小滑板時間短，誤差小，精度高。這種方法也同樣適用于內(nèi)圓錐的加工，調(diào)整小滑板角度方法也一樣，只不過要將小滑板反方向（順時針）轉動一定角度。

圖6 圓錐半角計算及調(diào)整小滑板示意圖

轉動小滑板法操作工藝流程：按已知參數(shù)計算圓錐半角→按圓錐大徑車圓柱→松開小滑板底部緊固螺母→調(diào)整需要的圓錐半角并緊固螺母→粗車（調(diào)試）→檢測→精車→檢測。

圓錐檢測方法主要有3種：萬能角度尺檢測，此種檢測方法需要掌握萬能角度尺數(shù)據(jù)讀取技巧；角度樣板檢測，此種檢測方法簡單方便，但需要經(jīng)常對樣板角度進行校正；借助圓錐套規(guī)和圓錐賽規(guī)采用涂色法檢測。

轉動小滑板法特點：可以車削各種角度的圓錐，錐度范圍較寬；操作簡單，能保證一定的車削精度；只能手動操作小滑板進給，勞動強度較大，不易保證圓錐面的質(zhì)量；受小滑板行程限制，只能加工錐面不長的工件。

2.2 偏移尾座法

偏移尾座法將尾座進行一定的偏移，實現(xiàn)錐度的切削。這種方法的優(yōu)點是可以實現(xiàn)自動進給車削圓錐體，表面質(zhì)量好，適用于加工錐體較長的外錐體工件，彌補了小滑板只能手動進給的缺點，但偏移尾座法受尾座偏移量的限制，只能加工小錐度工件，不能加工內(nèi)錐孔。偏移尾座法車圓錐示意圖如圖7所示。

圖7 偏移尾座法車圓錐示意圖

選用偏移尾座法車削圓錐，需要按已知條件計算尾座的偏移量。尾座的偏移方法較多，實訓過程學生可根據(jù)實際情況進行選擇。

2.2.1 利用尾座刻度偏移

車床尾座在正常狀態(tài)下，為“0”線對齊，如圖8（a）所示。車床尾座自帶標尺，計算好偏移量S后，擰開尾座螺釘1和2，再移動尾座到需要的刻度，鎖緊螺釘，如圖8（b）所示。

圖8 利用尾座刻度偏移示意圖

2.2.2 利用中滑板刻度偏移

計算好偏移量后，可如圖9所示，先將中滑板距離調(diào)整為S，再擰開尾座螺釘1和2，然后移動尾座靠近中滑板，使尾座軸與中滑板刀架上的觸頭接觸，鎖緊螺釘。

圖9 利用中滑板偏移示意圖

2.2.3 利用百分表偏移

計算好偏移量后，可如圖10所示，先將百分表磁力座固定在中滑板與尾座之間的導軌上，將百分表距離調(diào)整為S，再擰開尾座螺釘1和2，然后移動尾座靠近百分表觸頭，使尾座軸與百分表的觸頭接觸，鎖緊螺釘。

圖10 利用百分表偏移示意圖

2.2.4 利用錐度樣件偏移

計算好偏移量后，選取錐度樣件，可如圖11所示，擰開尾座螺釘1和2，移動尾座裝夾好錐度樣件，將百分表磁力座固定在中滑板與尾座之間的導軌上，使尾座軸與百分表的觸頭和樣件接觸，調(diào)整到需要的偏移量S，鎖緊螺釘。

圖11 利用錐度樣件偏移示意圖

偏移尾座法車圓錐操作工藝流程：按已知參數(shù)計算尾座偏移量→按圓錐大徑車圓柱→選擇偏移方式→調(diào)整需要的尾座偏移量并緊固螺釘→粗車（調(diào)試）→檢測→精車→檢測。

偏移尾座法特點：受尾座偏移距離的限制，只適合于車削錐度不大的工件，精度不高，但可切削較長的工件，工件長度范圍較寬；可以縱向機動進給車削，工件錐面質(zhì)量較高；偏心旋轉容易造成頂尖與中心孔的不均勻磨損；不能加工內(nèi)圓錐和整體外圓錐。

2.3 兩種車削工藝在實訓教學中的選擇

在車削圓錐零件實訓教學過程中，實訓指導教師應該根據(jù)工件的實際情況，選擇合適的車削工藝進行實訓教學。

1）車削錐度較大的圓錐零件時，應選擇轉動小滑板法進行實訓教學，如果選擇偏移尾座法可能無法實現(xiàn)。

2）車削加工長零件的錐度時，可選擇偏移尾座法進行實訓教學，效果會更好。若此時選擇轉動小滑板法，學生操作的勞動強度增大，車削精度、效率都會降低。

3）內(nèi)圓錐車削實訓教學時，應選擇轉動小滑板法。

因此，在圓錐車削實訓教學中指導教師要仔細分析零件的實際情況，再選擇合適的車削方法進行實訓教學。

3 結語

兩種圓錐車削工藝各有優(yōu)缺點，在選擇之前需要充分考慮加工圓錐的實際情況、應用場合、圓錐的精度要求等具體情況。指導教師在實訓教學過程中需要講解兩種車削工藝各自的特點及應用場合：轉動小滑板法主要應用于錐度較大、單件、短小圓錐零件的車削以及內(nèi)圓錐的車削；偏移尾座法主要應用于錐度小、批量、較長圓錐零件的車削以及外表面要求較高的圓錐零件車削。