学习任务二 三件套锥面配合件的数控车加工

学习目标

建议学时

50学时

学习过程

学习活动1 三件套锥面配合件的加工工艺分析与编程

在机械行业中，锥面配合件属无间隙配合，它具有同轴度高、定位准确、能传递较大扭矩（α≤3°）、装拆方便等优点，广泛应用于各种机械设备和工刃具中。

在机床和工具中，有许多使用圆锥面配合的场合，如车床主轴锥孔与前顶尖的配合、车床尾座锥孔与麻花钻锥柄的配合等。圆锥面配合的主要特点是：当圆锥角较小（3°以下）时，可以传递很大的转距；同轴度较高，能做到无间隙配合。圆锥既有尺寸精度，又有角度要求，在车削时要同时保证。一般先保证圆锥角度，然后精车控制其尺寸精度。

本次学习任务是三件套锥面配合件的数控加工，重点就是培养学生掌握锥面配合的工艺方法及加工方法。

一、三件套锥面配合件的生产任务

（1）阅读生产任务单（见表2-1）。

（2）查阅资料，从工艺品的特性考虑，说明实际生活中三件套锥面配合件的用途。

（3）本生产任务工期为20天，试依据任务要求，制订合理的工作计划（见表2-2），并根据小组成员的特点进行分工。

二、绘制三件套锥面配合件零件图

根据学习任务一的学习内容，绘制出三件套锥面配件的零件图（实物见图2-1。

三、根据三件套锥面配合件图样，明确基准定位方法

其零件图样如图2-2所示。

根据定位基准选择原则，避免不重合误差，便于编程，以工序的设计基准作为定位基准。分析零件图纸结合相关数控加工方面的知识，使该零件可以通过一次装夹多次走刀能够达到加工要求。零件加工时，先以直径为20mm的外圆的轴线作为轴向定位基准，加工零件；然后以零件轴线作为轴向定位基准，以轴台的端面的中心作为该轴剩余工序的轴向定位基准，并且把编程原点选在设计基准上，如图2-3所示。

四、确定三件套锥面配合件图样的工艺尺寸链

工艺尺寸链的内容已在学习任务一里详细介绍过，这里不再叙述。

五、数控车削加工工艺分析

数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制实现自动工作的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造的渗透形成的机电一体化产品。本学习任务主要是利用数控车床来加工三件套锥面配合件，主要解决的问题是零件的装夹、工艺路线的制订、工序与工步的划分、刀具的选择、切削用量的确定、车削加工程序的编写、机床的熟练操作。主要困难是装夹中的水平Z向长度难以保证、切削用量的参数设定、对刀的精度、工艺路线的制订。

六、三件套锥面配合件数控车削加工工艺分析

图2-4是三件套锥面配合件零件图，毛坯直径φ50mm×50mm三块，材料为45钢，所用数控车床为CK6136A，其数控车削加工工艺分析如下。

1．零件图工艺分析

该零件表面全部由直线组成，是一个典型的锥面配合件。尺寸精度和表面粗糙度都有严格要求，个别表面粗糙度要达到1.6。无热处理和硬度要求。

1）圆锥配合的特点。

其可自动定心，对中性良好，而且装拆简便，配合间隙或过盈的大小可以自由调整，能利用自锁性来传递扭矩以及良好的密封性等优点。但是，圆锥配合在结构上比较复杂，其加工和检测较困难。

2）圆锥配合的种类。

（1）间隙配合。

这类配合具有间隙，而且在装配和使用过程中间隙大小可以调整。常用于有相对运动的机构中。如某些车床主轴的圆锥轴颈与圆锥滑动轴承衬套的配合。

（2）过盈配合。

这类配合具有过盈，自锁性好，产生较大的摩擦力来传递转矩，折装方便等特点。例如，钻头（或铰刀）的圆锥柄与机床主轴圆锥孔的配合、圆锥形摩擦离合器中的配合等。

（3）过渡配合。

可能具有间隙或过盈的配合称为过渡配合，其中要求内、外圆锥紧密接触，间隙为零或稍有过盈的配合称为紧密配合，它用于对中定心或密封，可以防止漏液漏气。如锥形旋塞、发动机中的气阀与阀座的配合等。为了保证良好的密封性，通常将内、外锥面成对研磨，所以这类配合的零件没有互换性。

3）圆锥的基面距。

相互配合的内、外圆锥基准平面之间的距离，用Ea表示，如图2-5所示。基面距用来确定内、外圆锥的轴向相对位置。

4）圆锥配合的主要技术要求。

（1）相互配合的圆锥面的接触均匀性。因此，必须控制内外圆锥的圆锥角偏差和形状误差。

（2）基面距的变化应控制在允许的范围内。当内、外圆锥长度一定时，基面距太大，会使配合长度减小，影响结合的稳定性和传递转矩；太小的基面距会使间隙配合的圆锥为补偿磨损的轴向调节范围缩小。其影响基面距的主要因素是内外圆锥的直径偏差和圆锥素线角偏差。

圆锥几何参数都必须规定公差，以限制其误差对其配合性能的影响，从而满足配合的需要。

5）圆锥配合的形成。

主要有结构型和位移型两种，如图2-6所示。

通过上述分析，采取以下几点工艺措施。

①先粗车掉大部分余量。在粗车时不要产生“过切”现象，粗车的同时为精加工留一定的余量。粗车最后一刀时按照轮廓轨迹走一刀，为精加工留下均匀的余量。

②精车到图纸尺寸。精车时，采用一次性走刀将零件轮廓加工完整。为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，精加工时，最终轮廓应安排在最后一次走刀连续加工出来。刀具的进退刀路线要认真考虑，以尽量减少在轮廓处停刀，以避免切削力（大小、方向）突然变化造成弹性变形而留下刀痕。一般应沿着零件表面的切向切入和切出，尽量避免沿工件轮廓面垂直方向进、退刀而划伤工件。

③为便于装夹，毛坯左端应预先车出夹持部分，右端面也应先粗车，以充分保证同轴度。

④进行切断。切断刀在对刀时，最好使用右刀尖对刀比较容易保证尺寸。

2．确定装夹方案

由于给出的材料长度为50mm，比较长，所以不需要采用一夹一顶的方式加工，只需要用三爪自定心卡盘夹持毛坯材料的一端即可。所以，本零件选用三爪自定心卡盘作为夹具，其装夹如图2-7所示。

3．确定加工顺序及进给路线

加工顺序按由粗到精、由近到远（由右到左）原则确定。即先从右到左进行粗车（留0.5mm精车余量），然后从右到左进行精车，最后进行切断。

进给路线是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，即刀具从对刀点（或机床固定点）开始进给运动起，直到结束加工程序后退刀返回该点及所经过的路线，包括切削加工的路径及刀具切入、切出等非切削空行程。加工路线是编写程序的重要依据之一。

下面为常用的进给路线选择方法：

①最短的空行程路线；

②最短的切削进给路线。

在粗加工时，毛坯余量较大，采用不同的循环加工方式，如轴向进刀、径向进刀或固定轮廓形状进给等，将获得不同的切削进给路线。在安排粗加工或半精加工的切削进给路线时，应在兼顾被加工零件的刚性及加工工艺性等要求下，采取最短的切削进给路线，减少空行程时间，可有效提高生产效率，降低刀具磨损。

CK6136A型数控车床具有粗车循环功能，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会自行确定其进给路线，因此该零件的粗车循环不需要人为确定其进给路线。但精车的进给路线需要人为确定，该零件从右到左沿零件表面轮廓进给，如图2-8所示。

4．数控车削刀具的选择

在数控车床加工中，产品质量和劳动生产率在相当大的程度上都受到刀具上的制约，虽然其车刀的切削原理与普通车床基本相同。但由于数控车床加工的特性，在刀具的选择上，特别是切削部分的几何参数、刀具的形状上尚需进行特别的处理，才能满足数控车床的加工要求，充分发挥数控车床的效益。

本零件加工所选刀具如下：

①粗车外圆时选93°外圆刀，粗车内孔时选内孔刀；

②为减少刀具数量和换刀次数，加工外圆和内孔的粗、精车选同一把刀；

③切断选刀宽为4mm的机卡切断刀进行切断。

将所定的刀具参数填入表2-3数控加工刀具卡片中，以便于编程和操作管理。

5．切削用量的选择

（1）本次零件加工粗车循环时ap=1mm，精车ap=0.25mm。

（2）本次零件加工粗车n=1000r/min，精车n=1600r/min。

（3）本次零件加工粗车、精车进给量f分别为0.3mm/r和0.1mm/r，进给速度分别为200mm/min和100mm/min。

将前面分析的各项内容综合成如表2-4所示的数控加工工艺卡片。

七、加工工时的预估方法

此方法已在前面介绍过，这里不再叙述。

八、编制程序

（1）根据零件图样确定编程原点并在图中标出，如图2-9所示。

（2）数控编程的种类。

数控编程有三种方法，即手工编程、自动编程和计算机辅助编程，采用哪种编程方法应视零件的难易程度而定。

（3）本次学习任务所用数控指令介绍。

根据零件图样及加工工艺，结合所学数控系统知识，归纳出三件套锥面配合件加工用到的编程指令（包括G代码指令和辅助指令，见表2-5）。

（4）为了保证零件的加工精度，在加工过程中应多次进行测量，试考虑在程序中如何实现这一环节？

（5）根据零件加工步骤及工艺分析，完成三件套锥面配合件数控加工程序的编制（见表2-6～表2-8）。