车削加工外圆锥度的精确控制方法

易小虎

攀钢集团工程技术有限公司修建分公司 四川攀枝花 617000

1 序言

在机械传动和装配中，锥度配合应用广泛[1]。如果设计人员给定了内孔的锥度尺寸，要求加工出外圆锥与之相配合，那么对于操作人员来说，是相当困难的，这是因为外圆锥的锥度不好控制、不好测量。

攀钢主厂区的机械加工设备都是C6120、CA6140这种类型的，车床在转动小滑板车削圆锥时，最小偏转精度为1°，对于要求精度配合高的外圆锥加工则很难达到配合要求。

下面利用其他测量仪器，采用相对测量法控制圆锥的锥度，从而达到配合要求。

2 短圆锥小滑板手动车削

图1所示零件主要由圆锥和螺纹组成，圆锥部分主要尺寸如图2所示，主要包括：①圆锥角α，为两条素线间的夹角。②圆锥半角α/2，也即车削时小滑板转动的角度。③最大端直径D，简称大端直径。④最小端直径d，简称小端直径。⑤圆锥长度L，即大端直径与小端直径在轴线上的距离[2]。

图1 零件

图2 圆锥部分主要尺寸

车削锥度时，小滑板转动角度为α/2，如图3所示。

图3 小滑板转动角度示意

小滑板转动α/2角度时，根据三角函数关系，tan（α/2）＝（D－d）/（2L）＝（40－20）/（2×50）＝0.2，可得α/2＝11°20′。即小滑板转动的角度是11°20′，小滑板的转角分度是1°一格，没有细分到20′，只能靠万能角度尺边测量边调整小滑板，不仅费时费力，而且车削出来的圆锥角度不准确，工件精度不高，难以达到配合要求。

为了解决此问题，分析图2中阴影部分直角三角形（见图4），车锥度时，车刀行走轨迹为从C点到B点，根据勾股定理可以计算出车刀行走轨迹的长度（见图5）。

图4 阴影部分直角三角形

图5 车刀行走轨迹的长度

车削时，刀尖从C点到B点的距离可以通过小滑板的刻度盘来控制，当车刀走了50.99mm时，刀尖离开车床轴心线的距离刚好是10mm时，就证明车削的圆锥角度是正确的；否则不正确，即小滑板的转动角度也不正确。在加工锥度前，可以先模拟加工。转动小滑板后，先摇动小滑板50.99mm，再用量具监测刀尖离开车床轴心线的距离是不是10mm，就可以知道小滑板转角是否正确。通过这种方法可以直观地调整小滑板角度，直到锥角正确。具体操作方法如图6所示。

图6 具体操作方法示意

1）先精车一段外圆，表面粗糙度值要小，圆柱长度上不出现锥度。可用千分尺测量圆柱的两端，如果两端圆柱尺寸相同，则说明圆柱没有锥度[3]。

2）计算百分表移动量，根据勾股定理计算BC边长，正好是车锥度时小滑板要行走的长度（BC＝50.99mm）。

3）将小滑板先逆时针移到11°～12°，锁紧小滑板的任一颗螺钉，然后把百分表的底座吸在小滑板刀架上，把百分表的触头顶在外圆上（见图6）。

4）将小滑板对准零位，百分表指向10mm的刻度位置，向前进给小滑板，百分表的触头就会缓慢伸出。当小滑板移动了50.99mm，百分表移动距离＜10mm时，说明锥度小了，这时松开锁紧螺钉，将锥度调大；当小滑板移动了50.99mm，百分表移动距离＞10mm时，说明锥度大了，这时应把锥度调小；当小滑板移动了50.99mm，百分表也移动了10mm时，说明此时的锥度是正确的，可以进行车削。

调整时的注意事项如下。

1）用来确定锥度的外圆，其本身不能出现锥度现象，否则确定出来的锥度就不准确。如果车削出的外圆出现锥度，则可将百分表顶在尾座套筒上来找正锥度。

2）百分表磁力表座要吸牢固，表架上的连杆螺钉要拧紧，不能松动。

3）百分表的测量杆要垂直于外圆轴线，必要时可以用小直角尺来校正垂直度，而且百分表的测量杆触头应该尽量在外圆靠近轴线的母线上[4]。

4）百分表的测量行程应尽量大。10mm量程的较多，如果需要也可以准备1个30～50mm量程的。

5）加工内圆锥时，此方法也可以使用。

3 长圆锥床鞍自动走刀车削

床鞍自动走刀车削锥度如图7所示，其实就是偏移尾座法加工锥度，把车床尾座横向偏移一段距离S后，使工件回转轴线与车床主轴轴线相交，并使其夹角＝工件圆锥半角α/2，由于床鞍沿主轴线平行进给，所以车成了一个锥度。此方法适用于锥度较小（锥度＜3°）、长度较长的工件[5]。

图7 床鞍自动走刀车削锥度

3.1 尾座偏移量S的计算

尾座偏移量S≈L0tan（α/2）＝L0（D－d）/（2L）或S＝CL0/2，式中，S为尾座偏移量（mm）；D为最大圆锥直径（mm）；d为最小圆锥直径（mm）；L为圆锥长度（mm）；L0为工件全长（mm）；C为锥度。

例如：在两顶尖之间加工一外圆锥度工件，已知D＝80mm，d＝76mm，L＝600mm，L0＝1000mm，求尾座的偏移量S。根据公式，解得S＝L0（D－d）/（2L）＝1000×（80－76）/（2×600）＝3.3（mm）。

3.2 尾座的偏移测量

用百分表装在刀架上进行尾座的偏移测量（见图8）。

图8 尾座的偏移测量

3.3 车削加工步骤

床鞍自动走刀加工圆锥，工件的装夹如图9所示，粗车外圆锥如图10所示，精车外圆锥如图11所示。

图9 工件的装夹

图10 粗车外圆锥

图11 精车外圆锥

3.4 床鞍自动走刀车削外圆锥的特点

1）适合加工锥度较小（锥度＜3°）、锥体较长的外圆锥工件，因受尾座偏移量的限制，不能加工锥度较大的工件。

2）床鞍可以纵向自动进给，使表面粗糙度值Ra减小，工件表面质量好。

3）因顶尖在中心孔中是歪斜的，接触不良，所以顶尖和中心孔磨损不均匀。

4）由于工件是双顶尖装夹，鸡心夹传递动力，所以不能加工内圆锥和整体外圆锥[6]。

4 结束语

以上两种加工圆锥的方法，都是充分利用了三角函数关系进行数据计算，再通过百分表这一检测工具，间接地调整出圆锥半角，从而达到车削外圆锥的目的，提高了工件圆锥半角的精度。此两种方法在使用普通机床加工外圆锥上具有推广意义。