任务一 工艺知识讲解
一、相关工艺知识
1．圆锥的应用及特点
在机床和工具中，有许多使用圆锥配合的场合，如车床主轴锥孔与顶尖的配合，车床尾座锥孔与麻花钻锥柄的配合等，如图5-1所示。常见的圆锥零件有圆锥齿轮、锥形主轴、带锥孔齿轮、锥形手柄等，如图5-2所示。
图5-1 圆锥零件配合实例
（a）圆锥齿轮 （b）锥形主轴 （c）带锥孔齿轮 （d）锥形手柄
图5-2 常见带圆锥面的零件
2．圆锥的各部分名称及尺寸计算
（l）圆锥表面和圆锥
圆锥表面是由与轴线成一定角度且一端相交于轴线的一条直线段（母线），绕该轴线旋转一周所形成的表面，如图5-3所示。由圆锥表面和一定轴向尺寸、径向尺寸所限定的几何体，称为圆锥。
（2）圆锥的基本参数圆锥的基本参数，如图5-4所示：
①圆锥半角α/ 2：圆锥角α是在通过圆锥轴线的截面内，两条素线间的夹角。在车削时经常用到的是圆锥角α的一半即圆锥半角α/ 2。
②最大圆锥直径D：简称大端直径。
③最小圆锥直径d：简称小端直径。
④圆锥长度L：最大圆锥直径处与最小圆锥直径处的轴向距离。
⑤锥度C：圆锥大、小端直径之差与长度之比，
即：
图5-3 圆锥 图5-4 圆锥的计算
3．标准工具圆锥
常用的标准工具圆锥有下列两种：
（1）莫氏圆锥
莫氏圆锥是机器制造业中应用得最广泛的一种，如车床主轴孔、顶尖、钻头柄、铰刀柄等都用莫氏圆锥。莫氏圆锥分成七个号码，即0、1、2、3、4、5、6，最小的是0号，最大的是6号。莫氏圆锥是从英制换算过来的。当号数不同时，圆锥半角也不同。
（2）米制圆锥
米制圆锥有八个号码，即4、6、80、100、120、140、160和200号。它的号码是指大端的直径，锥度固定不变，即C = 1∶20。例如100号米制圆锥，它的大端直径是100 mm，锥度C =1∶20，其优点是锥度不变、记忆方便。
4．车削圆锥常用的四种方法
因圆锥既有尺寸精度要求，又有角度要求，因此，在车削中要同时保证尺寸精度和圆锥角度准确。一般先保证圆锥角度，然后精车控制其尺寸精度。车外圆锥面主要有转动小滑板法、偏移尾座法、仿形法和宽刃刀车削法四种。
（1）转动小滑板法
将小滑板转动一个圆锥半角，使车刀移动的方向和圆锥素线的方向平行，即可车出外圆锥，如图5-5所示。用转动小滑板法车削圆锥面操作简单，可加工任意锥度的内、外圆锥面。但加工长度受小滑板行程限制。另外需要手动进给，劳动强度大，工件表面质量不高。
图5-5 转动小滑板法车削圆锥
（2）偏移尾座法
车削锥度较小而圆锥长度较长的工件时，应选用偏移尾座法。车削时将工件装夹在两顶尖之间，把尾座横向偏移一段距离S，使工件旋转轴线与车刀纵向进给方向相交成一个圆锥半角，如图5-6所示，即可车出正确外圆锥。采用偏移尾座法车外圆锥时，尾座的偏移量不仅与圆锥长度有关，而且还和两顶尖之间的距离（工件长度）有关。
图5-6 偏移尾座法车削圆锥
（3）仿形法
仿形法（又称靠模法）是刀具按仿形装置（靠模）进给车削外圆锥的方法，如图5-7所示。
（4）宽刃刀切削法
在车削较短的圆锥时，也可以用宽刃刀直接车出。宽刃刀的切削刃必须平直，切削刃与主轴轴线的夹角应等于工件圆锥半角，如图5-8所示。
图5-7 仿形法车削圆锥 图5-8 宽刃切削法车削圆锥
二、锥度的测量方法
圆锥的检测主要是指圆锥角度和尺寸精度检测。常用万能角度尺、角度样板检测圆锥角度和采用正弦规或涂色法来评定圆锥精度。
1．角度的检验
（1）用万能角度尺检测
使用万能角度尺测量外圆锥的方法，如图5-9所示。使用时要注意：
①按工件所要求的角度，调整好万能角度尺的测量范围；
②工件表面要清洁；
③测量时，万能角度尺应通过工件的旋转中心，并且基尺要跟工件测量基准面吻合，测量尺透光检查：当圆锥小端碰到测量尺时，说明该角度小了；反之，当圆锥大端碰到测量尺时，说明该角度大了。
（a）0°~ 50°的工件 （b）50°~ 140°的工件 （c）140°~ 230°的工件 （d）230°~ 320°的工件
图5-9 万能角度尺检测外圆锥的方法
（2）用角度样板检测 在成批和大量生产时，可用专用的角度样板来测量工件，如图5-10所示。
（3）用锥形套规检测
①首先在工件的圆周上，顺着圆锥素线薄而均匀地涂上三条显示剂（显示剂为印油、红丹粉和润滑油等调和物），如图5-11所示。
②然后手握套规轻轻地套在工件上，稍加轴向推力并将套规转动半周，如图5-12所示。
③最后取下套规，观察工件表面显示剂被擦去的情况。如果接触部位很均匀、说明锥面接触情况良好，锥度正确。假如小端擦着，大端没擦去，说明圆锥角大了。反之，就说明孔的圆锥角小了。
图5-10 用角度样板检测外圆锥的方法
图5-11 涂色法 图5-12 套规检测外圆锥的方法
（4）用正弦尺检测
在平板上放一正弦尺，工件放在正弦尺的平面上，下面垫进量块，然后用百分表检查工件圆锥的两端高度，如百分表的读数值相同，则可记下正弦规下面的量块组高度片值，代入公式计算出圆锥角。将计算结果和工件所要求的圆锥角相比较，便可得出圆锥角的误差。也可先计算出垫块H值，把正弦尺一端垫高，再把工件放在正弦尺平面上，用百分表测量工件圆锥的两端，如百分表读数相同，就说明锥度正确，如图5-13所示。
图5-13 用正弦尺检测外圆锥的方法
三、精车外圆锥时控制锥面尺寸的方法
1．计算法
首先用钢直尺或游标卡尺测量出工件端面至套规过端界限面的距离a，如图5-14所示，用计算法计算出切削深度ap
然后移动中、小滑板，使刀尖轻触工件圆锥小端外圆表面后退出，中滑板按ap值进切，小滑板手动进给精车圆锥面至尺寸，如图4-15所示。
图5-14 车外圆锥控制尺寸的方法
图5-15 计算法车圆锥尺寸
（a）量出长度a （b）移动小滑板退出距离a （c）移动床鞍使刀尖与端面接触
图5-16 移动床鞍法控制锥体尺寸位
2．移动床鞍法
首先用钢直尺或游标卡尺测量出工件端面至套规过端界限面的距离a，如图5-16a所示，接着让车刀与工件小端端面对刀，移动小滑板，使车刀沿轴向离开工件端面一个a值距离，如图5-16b所示，然后移动床鞍使车刀同工件小端端面接触，如图5-16c所示，此时虽然没有移动中滑板，但车刀已经切入了一个所需的深度，最后移动小滑板进行精车圆锥面至尺寸。
四、转动小滑板法车削外圆锥的方法
转动小滑板法，是把刀架小滑板按工件的圆锥半角α/ 2 要求转动一个相应角度，使车刀的运动轨迹与所要加工的圆锥素线平行。是一种常用的加工外圆锥的方法。
1．转动小滑板法车外圆锥面的特点
（1）因受小滑板行程限制，只能加工圆锥角度较大但锥面不长的工件。
（2）应用范围广，操作简便。
（3）同一工件上加工不同角度的圆锥时调整较方便。
（4）只能手动进给，劳动强度大，表面粗糙度较难控制。
2．转动小滑板法车外圆锥的方法和步骤
（1）装夹工件和车刀。车刀刀尖必须严格对准工件的旋转中心，否则车出的圆锥素线将不是直线，而是双曲线。
（2）确定小滑板转动角度。根据工件图样选择相应的公式或查表计算出圆锥半角α/ 2 ，圆锥半角α/ 2 即是小滑板应转动的角度。
（3）转动小滑板。用扳手将小滑板下面转盘螺母松开，把转盘转至需要的圆锥半角 α/ 2 , 当刻度与基准零线对齐后将转盘螺母锁紧。圆锥半角α/ 2 的值通常不是整数，其小数部分用目测估计，大致对准后再通过试车逐步找正。车削常用标准工具的圆锥和专用的标准圆锥时，小滑板转动角度可参考表5-1。
（4）粗车外圆锥。车外圆锥与车圆柱面一样，也要分粗车、精车。通常先按圆锥大端直径和圆锥长度车成圆柱体，然后再车圆锥。车削前应调整好小滑板导轨与镶条间的配合间隙。如调得过紧，手动进给时费力，移动不均匀；调得过松，造成小滑板间隙太大，两者均会使车出的圆锥表面粗糙度Ra 值较大和工件素线不平直。此外车削前还应根据工件圆锥长度确定小滑板的行程长度。
粗车外圆锥面时，开动车床。首先移动中、小滑板，使刀尖与外圆表面轻轻接触（约锥长的1/2处），记住中滑板的刻度。先退中滑板再退小滑板至外圆端面外；进中滑板至刻度，进小滑板车削锥度（注意在这过程中大滑板不能移动）。车削时双手交替转动小滑板手柄，手动进给速度要保持均匀和不间断，如图5-17所示。在车削过程中，吃刀量会逐渐减小，当车至终端，将中滑板退出，小滑板则快速后退复位，检测圆锥角度。
图5-17 双手交替转动滑板车圆锥
（5）测量圆锥角度。测量角度时一般常用万能角度尺检查。测量结束后松开转盘螺母（须防止扳手碰撞转盘，引起角度变化），按角度调整方向用铜棒轻轻敲动小滑板，使小滑板作微小转动，然后锁紧转盘螺母。角度调整好后，进中小滑板再进行试车外圆锥面，然后再测量从而决定调整小滑板转动的角度，如此反复多次直至达到要求为止。粗车圆锥面，留0.5 mm精车余量。
（6）精车外圆锥面。按精加工要求选择好切削用量。因锥度已经找正，精车外圆锥面主要是提高工件的表面质量、控制圆锥面尺寸精度，所以精车外圆锥面时，车刀必须锋利、耐磨，同时转速也应适当提高。
五、容易产生的问题和注意事项
1．车刀刀尖必须严格对准工件旋转中心，避免产生双曲线误差。
2．小滑板不宜过松或过紧。转动小滑板法车削圆锥时，转动的角度应稍大于圆锥半角，然后逐步找正。
3．用圆锥套规检查时，套规和工件表面均用绢绸擦干净；工件表面粗糙度必须小于3.2μm ，并应去毛刺；涂色要薄而均匀，转动量应在半圈以内，不可来回旋转。
4．用万能角度尺检测角度时，两条测量边一定要通过工件的中心，防止出现测量误差。
5．转动小滑板车削圆锥时，双手要均匀转动小滑板；车刀刀刃要始终保持锋利，工件表面应一刀车出。
