车圆锥
课题一 圆锥的计算及其检测 → 课题二 车外圆锥 → 课题三 车内圆锥及圆锥配合件
🎯 学完这一单元,你能做到:
- 说出圆锥的五个基本参数:大端直径 D、小端直径 d、圆锥长度 L、锥度 C、圆锥半角 α/2。
- 会用公式算出锥度和圆锥半角,知道近似公式 α/2 ≈ 28.7°×C 只能在 6° 以内用。
- 认识莫氏圆锥、米制圆锥,会用万能角度尺、涂色法、圆锥套规/塞规检测圆锥。
- 会用转动小滑板法车外圆锥,记住刀尖必须严格对准工件中心。
- 知道偏移尾座法、仿形法、宽刃刀法和车内圆锥、配合件的方法,能按工艺卡片安全规范地车出1∶10 外圆锥。
② 知识导入:为什么要“锥”?
车间里你天天见到圆锥:车床主轴锥孔、尾座套筒锥孔、顶尖锥柄、麻花钻锥柄、铰刀锥柄……把钻头往尾座里一插、轻轻一敲就夹得紧紧的,靠的就是圆锥。
圆锥配合有三大好处:配合紧密、拆装方便、多次拆装后仍能保证精确的定心作用;锥度小的圆锥还能自锁,传递转矩。
① 车外圆时车刀平行于主轴走,怎样让车刀“斜着走”车出圆锥?
② 图纸只标了锥度 1∶10,小滑板该转多少度?
③ 锥面是斜的,卡尺量不准,怎样检查角度对不对?
④ 内锥和外锥要“贴”得严严实实,有什么窍门?
🔍 常见圆锥零件
③ 核心知识
3.1 圆锥的五个基本参数
(2)最小圆锥直径 d:简称小端直径。
(3)圆锥长度 L:大端和小端之间的轴向距离(工件全长用 L0 表示,别搞混)。
(5)圆锥半角 α/2:圆锥角 α 是轴线截面内两条素线的夹角。车圆锥时小滑板转过的角度就是 α/2。
tan(α/2)=(D-d)/(2L)=C/2
3.2 圆锥的计算:已知三个求第四个
α/2 ≈ 28.7° × C = 28.7° × (D-d)/L
注意:① 只在 6° 以内用;② 算出来的小数是十进制,要换成分、秒(60 进制):0.87°×60=52′。
① 锥度 C 是直径差÷长度,不是半径差。
② 小滑板转 α/2(半角),不是 α。
③ 1∶5 表示 C=0.2,不是 5。
例 4-1:已知 C=1∶5,D=45 mm,L=50 mm,求 d
由 C=(D-d)/L 得 d=D-CL=45-(1/5)×50=35 mm。
例 4-2:已知 α/2=3°15′,d=12 mm,L=30 mm,求 D
D=d+2L·tan(α/2)=12+2×30×tan3°15′=12+60×0.05678≈15.41 mm。
例 4-3:已知 C=1∶5,求圆锥半角 α/2
tan(α/2)=C/2=0.1,α/2=5°42′38″。近似法:α/2≈28.7°×0.2=5.74°≈5°44′,误差约 1′,可用。
例 4-4:D=70 mm,d=60 mm,L=100 mm,用两种方法求 α/2
① 三角函数法:tan(α/2)=(70-60)/(2×100)=0.05,α/2=2°51′45″。
② 近似法:α/2≈28.7°×(70-60)/100=2.87°=2°52′。两者只差十几秒。
3.3 标准工具圆锥:号码相同就能互换
为了制造和使用方便,机床、工具、刀具上的圆锥大多已标准化:号码相同,就能互换,国际通用。
车床主轴锥孔、顶尖锥柄、麻花钻锥柄、铰刀锥柄都是莫氏圆锥。共 0~6 号 7 种,0 号最小。各号锥度不同,但都接近 1∶20。
| 号码 | 锥度 C | 圆锥半角 α/2 | 大端直径 D |
|---|---|---|---|
| 0 | 1∶19.212 | 1°29′27″ | 9.045 |
| 1 | 1∶20.047 | 1°25′43″ | 12.065 |
| 2 | 1∶20.020 | 1°25′50″ | 17.780 |
| 3 | 1∶19.922 | 1°26′16″ | 23.825 |
| 4 | 1∶19.254 | 1°29′15″ | 31.267 |
| 5 | 1∶19.002 | 1°30′26″ | 44.399 |
| 6 | 1∶19.180 | 1°29′36″ | 63.348 |
共 7 个号码:4、6、80、100、120、160、200 号。号码就是大端直径(mm),锥度固定 C=1∶20,α/2=1°25′56″。
莫氏圆锥——“号码小、锥度各不同”;
米制圆锥——“号码=大端直径,锥度都是 1∶20”。
3.4 外圆锥的检测:先测角度,再测尺寸
先读主尺上游标零线前面的整“度”数,再看游标上哪条线和主尺对齐,读出“分”数,两者相加。分度值 2′,可测 0°~320°。
| 测量范围 | 0°~50° | 50°~140° | 140°~230° | 230°~320° |
|---|---|---|---|---|
| 组合方法 | 装角尺+直尺 | 只装直尺 | 只装角尺 | 角尺、直尺都不装 |
标准圆锥或配合精度高的外圆锥,用圆锥套规检测。要求工件锥面 Ra < 3.2 μm、无毛刺,工件和套规擦干净。在工件锥面上沿素线均匀涂三条显示剂(红丹粉或蓝油,约 120° 一条),套上套规,转动不超过半圈,取下看擦痕。
① 用卡钳和千分尺量大端或小端直径(要量准位置)。② 用圆锥套规:套规小端有一个台阶缺口(界限刻线),看工件小端平面落在哪里。
3.5 内圆锥的检测:用圆锥塞规
· 小端被擦去、大端没擦去 → 圆锥角大了
· 大端被擦去、小端没擦去 → 圆锥角小了
3.6 车外圆锥的四种方法
车外圆锥的关键:让车刀的运动轨迹和圆锥素线平行。车床上主要有四种办法:
| 方法 | 怎样让刀“斜着走” | 适合加工 |
|---|---|---|
| 转动小滑板法 | 小滑板转过 α/2,双手摇小滑板手动进给 | 圆锥半角大、锥面不长;内、外圆锥都能车 |
| 偏移尾座法 | 工件装两顶尖间,尾座横向偏移 S,工件轴线斜 α/2,车刀照常纵向自动走刀 | 锥度小、锥面长的外圆锥 |
| 仿形法(靠模法) | 靠模板带着中滑板,纵向走刀时同时横向移动 | 批量生产,α/2 < 12° |
| 宽刃刀车削法 | 主切削刃直接磨成 α/2 斜线,横向进给“一刀成形” | 短的外圆锥(锥面长度小于切削刃长度) |
3.7 转动小滑板法:原理与方向
把小滑板沿顺时针或逆时针转一个 α/2,车刀的轨迹就和圆锥素线平行,双手配合均匀不间断地转动小滑板手柄,手动进给车出圆锥面。
① 用扳手松开小滑板转盘上前后两个紧固螺母。
② 按圆锥的顺、倒方向确定转动方向(车顺锥:逆时针;车倒锥:顺时针)。
③ 转到小滑板基准零线与 α/2 刻线对齐,锁紧螺母。
④ α/2 不是整数时,小数部分目测估计,大致对准后试车逐步找正。
否则车出的圆锥素线不是直线而是双曲线(中间凹),涂色检查时会两头接触、中间不接触。装刀方法和车端面时一样,可用尾座顶尖对准,车端面时中心不留凸台。
工件回转中心也必须和主轴中心重合。
起始角大于 α/2 → 车出的锥小端偏小、锥角偏大;小于 α/2 → 锥角偏小。所以先按计算值转好,试车后检测,再微调,直到合格。
小滑板楔铁的调整:间隙过紧→ 摇着费力、移动不均匀、表面有停顿痕迹;过松→ 刀纹时深时浅、素线不直。车前先检查调整到手摇均匀、轻松、不晃。
① 先按大端直径车出外圆,长度略长于圆锥长度。
② 小滑板行程要大于圆锥长度,车前先摇一遍试试。
③ 中滑板进刀、双手交替均匀摇小滑板手柄,从小端车向大端。
④ 车到一定程度(套规能套进约 1/2)停车,用万能角度尺或涂色法检查角度,微调小滑板后再车。
⑤ 角度合格后,留 0.5 mm 左右精车余量。
角度对了,还要控制尺寸。用套规量出工件小端离开界限的轴向距离 a,再换算成背吃刀量:
3.8 偏移尾座法:让工件“歪” α/2
工件装在两顶尖之间,把尾座上滑板向里(车正锥)或向外(车倒锥)横向移动一个距离 S,工件轴线就和主轴轴线相交成 α/2,车刀照常纵向自动走刀就车出圆锥。
① 利用尾座刻度:松开尾座紧固螺母,用两边调节螺钉按刻度横向移 S。
② 利用中滑板刻度:在刀架上夹一铜棒,靠住尾座套筒,按刻度退 S 再把套筒推过来靠上。
③ 利用百分表:表头顶住套筒,按表针偏移 S,精确。
④ 利用锥度量棒或样件:装在两顶尖间,用百分表沿素线移动,读数一致为止。
① 可以自动走刀,表面质量好;能车较长的圆锥。
② 受尾座偏移量限制,只能车锥度小、锥面较长的外圆锥。
③ 不能车整锥(尖锥)和内圆锥。
④ 顶尖和中心孔接触不良、磨损不均,最好用球头顶尖。
⑤ 成批加工时,工件总长和中心孔深度必须一致,否则锥度不一样。
3.9 仿形法和宽刃刀车削法
特点:调整锥度准确方便、生产率高,适合批量生产;中心孔接触好、能自动走刀,表面质量好;但靠模角度范围小,一般 α/2 < 12°。
要求:切削刃必须平直,刃倾角 λs=0°;车床、刀具、工件刚性好,否则振动。适合锥面较短、批量生产的工件。
3.10 车内圆锥:转动小滑板法
① 刀柄尽量粗,伸出长度略大于锥孔长度。
② 刀尖必须严格对准工件中心:先初步调高低,刀尖在端面上轻划一条刻线 AB;卡盘转 180° 再划一条 AC。AC 与 AB 重合就对准了;AC 在 AB 下方说明刀装低了,在上方说明装高了,按 BC 距离的 1/4 左右增减垫片。
① 车平端面,用比锥孔小端小 1~2 mm 的麻花钻钻孔。
② 小滑板转 α/2,方向和车外圆锥相反(顺时针),先调好楔铁、确认行程。
③ 先把孔车成圆柱孔(直径略小于锥孔小端),再从孔口处开始切削车锥孔(主轴仍正转)。
④ 塞规能塞进约 1/2 时,用涂色法检查角度、微调小滑板。
⑤ 精车控制尺寸的方法和外圆锥相同:计算法或移动床鞍法。
3.11 宽刃刀车内圆锥、铰内圆锥
① 先用车孔刀粗车内锥面,留精车余量。
② 换宽刃锥孔车刀精车:切削刃伸入孔内长度大于锥长,横向(或纵向)进给,低速车削。
③ 加切削液润滑,Ra 可达 1.6 μm。
锥形铰刀分粗铰刀(刃上有分屑槽)和精铰刀(直刃)。铰刀装在尾座套筒内,铰前必须把尾座套筒轴线调到和主轴同轴。
| 铰削材料 | 钢件 | 合金钢、低碳钢 | 铸铁 |
|---|---|---|---|
| 切削液 | 乳化液或切削油 | 植物油 | 煤油或柴油 |
铰内圆锥参加切削的刃长、切削面积大、排屑困难,所以切削用量要选小些,并充分浇注切削液。锥孔较大时:钻孔 → 车成锥孔留铰削余量 → 粗铰 → 精铰;锥孔小时:钻孔 → 粗铰 → 精铰。
3.12 车内、外圆锥配合件:小滑板“一次调好不再动”
要让内、外锥面贴合良好,关键是:在小滑板同一调整位置下车完内、外锥面。先把外圆锥车正确,不要变动小滑板角度,再用下面的方法车内圆锥:
| 方法 | 做法 |
|---|---|
| 车刀反装法 | 锥孔车刀反装(前面向下),刀尖对准中心,主轴仍正转,车内圆锥。 |
| 车刀正装法 | 用与一般内孔车刀弯头方向相反的锥孔车刀正装,前面向上,刀尖对准中心,主轴反转车内圆锥。 |
| 反转车外锥 | 车外锥时把车刀像内孔车刀一样装(伸出长度大于工件锥长),工件反转、在操作者对面切削;车完后主轴正转,按一般方法车内锥。 |
车对称圆锥孔时也一样:先车好一端,把车刀反装、摇到对面车另一端,小滑板角度不变,两锥孔锥度相等、同轴度高。
④ 实操步骤:用转动小滑板法车外圆锥(1∶10)
📋 加工工艺卡片
| 工序 | 工步 | 内容 |
|---|---|---|
| 10 | 检查备料 φ50 mm×100 mm | |
| 20 | 三爪卡盘夹毛坯外圆,伸出约 25 mm,找正夹紧 | |
| 1 | 车端面 A,车平即可 | |
| 2 | 粗、精车外圆 φ400−0.046,长 18 至要求 | |
| 3 | 倒角 C1 | |
| 30 | 调头,夹 φ40 外圆(长约 15 mm),找正夹紧 | |
| 1 | 车端面 B,保证总长 96 | |
| 2 | 粗、精车外圆 φ480−0.19 至要求 | |
| 3 | 小滑板逆时针转 α/2=2°51′45″,粗车外圆锥 | |
| 4 | 万能角度尺(或套规涂色)检测,微调小滑板 | |
| 5 | 精车外圆锥至要求,Ra3.2 | |
| 6 | 倒角 C1,检验合格后卸下 |
下面每一步都配有 3D 仿真工人师傅规范操作动画,会自动切换多个机位,也可以自己选机位、拖动画面看。
- 读图、检查备料
看懂图纸:大端 φ48、锥度 1∶10、锥长 72、φ40×18、总长 96。算出 α/2=2°51′45″、小端 φ40.8。用游标卡尺检查备料 φ50×100。机位:(可拖动画面旋转) - 装夹毛坯并找正
三爪卡盘夹毛坯外圆,伸出约 25 mm,低速找正后夹紧。
⚠ 夹紧后立刻取下卡盘扳手!机位:(可拖动画面旋转) - 车端面 A、车 φ40×18、倒角
车平端面 A;粗、精车 φ400−0.046,长 18;倒角 C1。机位:(可拖动画面旋转) - 调头装夹,车端面 B
调头夹 φ40 外圆(长约 15 mm),找正后夹紧;车端面 B,保证总长 96。机位:(可拖动画面旋转) - 粗、精车外圆 φ48
先把圆锥大端直径车出来:φ480−0.19,长度略长于锥长。机位:(可拖动画面旋转) - 转动小滑板 α/2
扳手松开转盘前后两个螺母,小滑板逆时针转到 2°51′45″(约 2°52′,小数部分目测),锁紧螺母。检查楔铁松紧,摇一遍确认行程大于 72 mm。机位:(可拖动画面旋转) - 刀尖对中心,粗车外圆锥
车刀刀尖严格对准工件中心。中滑板进刀,双手交替、均匀不停顿地摇小滑板,从小端车向大端,分几刀粗车。机位:(可拖动画面旋转) - 检测角度,微调小滑板
停车后用万能角度尺测圆锥半角(或套规涂色法看擦痕),角度不对就微松螺母、轻敲微调小滑板,再试车,直到合格。机位:(可拖动画面旋转) - 精车外圆锥
套规量出小端离界限的距离 a,用计算法 ap=a×C/2(或移动床鞍法)进刀,提高转速、均匀慢摇小滑板精车,Ra3.2;套规检查小端落在缺口之间。机位:(可拖动画面旋转) - 倒角、卸件、清理
倒角 C1,检验合格后卸下工件;用毛刷、铁钩清理铁屑(不能用手抓),小滑板转回零位、手柄归位,切断电源,工量具摆放整齐。机位:(可拖动画面旋转)
⑤ 易错点与坑点
车圆锥时产生废品的原因及预防措施
| 废品种类 | 产生原因 | 预防措施 |
|---|---|---|
| 角度(锥度)不正确 | 转动小滑板法:小滑板角度算错或调整不当;车刀没装紧;小滑板移动时松紧不匀 | 仔细计算小滑板转角和方向,反复试车找正;紧固车刀;调整楔铁间隙,使小滑板移动均匀 |
| 偏移尾座法:尾座偏移位置不正确;工件长度不一致 | 重新计算和调整尾座偏移量;成批生产时工件长度、两端中心孔深度必须一致 | |
| 仿形法:靠模角度调整不正确;滑块与靠模板配合不良 | 重新调整靠模板角度;调整滑块和靠模板之间的间隙 | |
| 宽刃刀法:装刀不正确;切削刃不直;刃倾角 λs≠0° | 调整切削刃角度、对准工件轴线;修磨切削刃保证平直;重磨刃倾角使 λs=0° | |
| 铰内圆锥:铰刀角度不正确;铰刀轴线与主轴轴线不重合 | 更换、修磨铰刀;用百分表和试棒调整尾座套筒轴线,与主轴轴线重合 | |
| 最大和最小圆锥直径不正确 | 没经常测量大、小端直径;没控制背吃刀量 | 经常测量;及时测量,用计算法或移动床鞍法控制背吃刀量 |
| 双曲线误差 | 车刀刀尖没有严格对准工件轴线 | 车刀刀尖必须严格对准工件轴线 |
| 表面粗糙度达不到要求 | 与车轴类工件相同(刀具、切削用量等);小滑板楔铁间隙不当;没留足精车或铰削余量;手动进给忽快忽慢 | 见车轴类表面粗糙度措施;调整楔铁间隙;留适当的精车或铰削余量;手动进给要均匀,快慢一致 |
⑥ 课堂练习
选好答案后点“提交”,马上看到对错和解析。
🎮 小游戏:1∶10 外圆锥的加工顺序
按正确顺序依次点击下面的工步(点错会变红提示)。
⑦ 小结
- 圆锥五参数:D、d、L、C、α/2;C=(D-d)/L,tan(α/2)=C/2;α/2<6° 时 α/2≈28.7°×C。
- 标准工具圆锥:莫氏 0~6 号(锥度各不同,接近 1∶20);米制号码=大端直径,C=1∶20。号码相同可互换。
- 检测角度:万能角度尺(2′)、角度样板(透光)、正弦规(h=L·sinα)、涂色法;检测尺寸:卡钳千分尺、套规/塞规界限。
- 外锥涂色:小端擦去→锥角小,大端擦去→锥角大;内锥刚好相反。
- 车外锥四法:转动小滑板(α/2 大、锥面短,内外都能车)、偏移尾座(S=C/2·L0,锥度小、锥面长)、仿形(批量,α/2<12°)、宽刃刀(短锥)。
- 转动小滑板:松螺母→定方向(顺锥逆时针)→对刻线→锁紧→试车找正;刀尖严格对中心,否则双曲线误差。
- 精车控制尺寸:计算法 ap=a·tan(α/2)=a×C/2,或移动床鞍法。手动进给双手交替、均匀不停。
- 内锥:小滑板顺时针转,先钻孔车成圆柱孔再车锥;也可宽刃刀、铰削(尾座套筒对准主轴、多加切削液)。
- 配合件:小滑板同一调整位置下车完内、外锥(车刀反装法、正装反转法、反转车外锥)。
⑧ 拓展
技能训练题:车莫氏变径套(图 4-28)
外锥莫氏 5 号、内锥莫氏 4 号,长 100,内外锥同轴度 φ0.03。工艺:备料 φ50×105 → 夹毛坯伸出约 65 mm,车端面、外圆、钻孔车孔 → 调头夹 φ46 外圆,车端面保证总长 100 → 小滑板顺时针转 1°29′15″,粗、精车莫氏 4 号内锥(涂色检验接触面 ≥ 60%)→ 工件装在两顶尖锥度心轴上,用偏移尾座或转动小滑板法车莫氏 5 号外锥。先内后外、以内定外,才能保证同轴度。
技能训练题:车内、外圆锥配合件(图 4-27)
件 1 外锥、件 2 内锥,锥度 1∶5,配合后两件端面间隙 3±0.2 mm。先车件 1 外锥并用套规检查合格,小滑板不动,用车刀反装法车件 2 内锥,最后用件 1 当“塞规”试配、涂色检查接触面,修到端面间隙合格。
成形面怎么车?(视频里的球形手柄)
圆球、手柄等曲线回转面叫成形面。单件小批量常用双手控制法:右手摇中滑板、左手摇床鞍(或小滑板),两手配合让刀尖走出曲线,再用样板透光检查、锉刀砂布修光。批量生产用成形刀或仿形(靠模)法,数控车床则直接编程车出。
数控车床怎么车圆锥?
数控车床不用转小滑板:程序里 X、Z 两轴同时联动就能走斜线。例如 G01 X40.8 Z-72 F0.15 就车出 1∶10 的锥面。注意编程时 X 是直径值,起点、终点直径差=C×L。车削刀尖仍须对准中心,并开启刀尖圆弧半径补偿(G42/G41),否则锥面尺寸有误差。
为什么莫氏锥柄敲一下就夹紧、还能传转矩?
莫氏锥度很小(约 1∶20,α/2≈1.5°),比摩擦角还小,锥面贴紧后靠摩擦力“咬住”不松,这叫自锁。拆钻头时要用斜铁从套筒腰形孔里打出来,不能用锤子直接敲钻头。
车工职业技能等级认定考什么?
初级、中级工常考转动小滑板法车内外圆锥、圆锥配合件,要求锥度用套规/塞规涂色检查接触面积 ≥ 60%~75%,并会用万能角度尺读数、正确计算 α/2。安全文明生产与工艺卡填写也是必考内容。