电子课件-《磨工工艺与技能训练(第二版)》-A02-1268-第四章

1、第四单元 圆锥面磨削课题一圆锥基础知识课题二圆锥面磨削课题三精度检验及误差分析课题一圆锥基础知识一、圆锥面的应用及特点在机床和工具中，有许多使用圆锥面配合的场合， 如磨床头架主轴孔和尾座锥孔与顶尖的配合、磨床砂轮架主轴与砂轮法兰盘的配合、车床尾座锥孔与麻花钻锥柄的配合等，如图4-1所示。圆锥面用途广泛的原因如下：一、圆锥面的应用及特点图4-1圆锥面零件配合实例一、圆锥面的应用及特点1圆锥面配合同轴度较高，并能做到无间隙配合。2装拆方便， 多次装拆仍能保证精确的定心精度。3当圆锥角较小（在3以下）时可传递很大的转矩。磨削圆锥面时除了对尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的要求外，还有对角度或锥度的精度

2、要求。要求较高的圆锥面的精度以接触面的大小来评定。二、圆锥各部分的名称及尺寸计算图4-2圆锥表面的形成图 4-3圆锥各部分的名称二、圆锥各部分的名称及尺寸计算2圆锥的尺寸计算圆锥半角/2是圆锥素线与轴线之间的夹角。二、圆锥各部分的名称及尺寸计算二、圆锥各部分的名称及尺寸计算三、圆锥的分类及应用1标准圆锥常用的标准圆锥有莫氏圆锥和米制圆锥两种。（1）莫氏圆锥莫氏圆锥是机械制造业尤其是机床业中应用最为广泛的一种。如磨床头架、主轴孔、车床主轴孔、顶尖、钻头柄、铰刀柄等都是采用莫氏圆锥。莫氏圆锥分成7个号码， 即0、1、2、3、4、5、6。莫氏圆锥是从英制换算过来的， 当号数不同时，其锥度和圆锥角等各

3、部分尺寸都不相同， 见表4-1。此外，莫氏圆锥又分为有舌尾和无舌尾两种形式，如图4-5所示。三、圆锥的分类及应用三、圆锥的分类及应用图4-5莫氏圆锥） 有舌尾圆锥） 无舌尾圆锥三、圆锥的分类及应用（2）米制圆锥米制圆锥按尺寸大小分成7个号码，即4、6、80、100、120、160和200号。它的号码是用圆锥的大端直径表示的， 锥度都一样，规定为：C=1:200，圆锥半角/2=12556。2一般用途圆锥除了常用的莫氏圆锥、米制圆锥外，国家标准产品几何量技术规范（GPS）圆锥的锥度与锥角系列（GB/T157-2001）中还规定了一般用途圆锥的锥度与角度， 见表4-2。三、圆锥的分类及应用三、圆锥的

4、分类及应用三、圆锥的分类及应用3特殊用途圆锥特殊用途圆锥是用来制造某些行业中有关机器设备的圆锥面配合零部件的。国家标准（GB/T157-2001）中对这类圆锥也有规定，见表4-3。三、圆锥的分类及应用三、圆锥的分类及应用4专用圆锥除上述三类圆锥外，根据机械制造中的需要，还有一些锥度被列为专用圆锥。如1:16、3:20、7:24等，主要用于锥螺纹、镗床主轴和工具配合等圆锥面。返回课题二圆锥面磨削一、外圆锥面磨削方法外圆锥面一般在外圆磨床或万能外圆磨床上磨削，根据工件形状和锥（角）度大小，可以采用以下三种方法磨削。1转动工作台磨外圆锥面磨削时，一般采用纵磨法，也可采用综合磨削法。在回转工作台时，首

5、先了解工作台右端标尺上的刻度的含义。通常刻度有两种表示方法，刻度的右边为锥度，左边为角度，如图4-7所示。在顶尖距为1m的外圆磨床上，工作台最大回转角度，逆时针一般为69，顺时针为3。因此用这种方法只能磨削圆锥角小于1218的外圆锥。一、外圆锥面磨削方法图4-6转动工作台磨外圆锥面图4-7工作台圆锥刻度标尺一、外圆锥面磨削方法用转动工作台磨外圆锥面，机床调整方便，工件装夹简单，精度容易控制，质量较好。因此，除了工件圆锥角过大，受工作台转动角度限制外，一般都采用这种方法。（1）操作方法和步骤1）工件安装。工件安装在两顶尖之间（或用三爪自定心卡盘装夹），装夹时应使工件圆锥的大端靠近磨床头架方向，

6、并注意中心孔的清理和润滑。2）确定工作台转动角度。3）转动工作台。用扳手将上下工作台之间的螺钉松开，转动调整螺杆，将上工作台相对下工作台逆时针转至需要的圆锥半角/2，当刻线与基准零线对齐后将锁紧螺钉锁紧。一、外圆锥面磨削方法4）试磨外圆锥面。外圆锥面试磨后，用套规检查锥度是否正确。方法是：在工件表面顺着圆锥素线方向（全长上） 均匀涂上三条（三等分分布）显示剂，将工件放入套规中，使锥面相互贴合，用手紧握工件在30范围内转动一次，取出工件观察显示剂被摩擦后的痕迹。如果工件大端显示剂被擦去痕迹深，小端痕迹浅，或者没有被擦去，说明圆锥工件的角度大于图样要求；反之，工件小端显示剂被擦去痕迹深，大端痕迹浅

7、，说明工件的角度小于图样要求；如果工件整个测量面均有显示剂被擦去的痕迹，而且深浅基本一致，说明圆锥面的角度符合图样要求。根据擦痕情况判断圆锥角大小，确定上工作台调整的方向和调整量，然后再试磨，直到圆锥角度找正为止。一、外圆锥面磨削方法2转动头架磨外圆锥面当工件的圆锥半角超过上工作台所能回转的角度时， 可采用转动头架的方法来磨削外圆锥面。磨削时把工件装夹在头架卡盘中，根据工件圆锥半角/2，将头架逆时针转过同样大小的角度/2 ，然后进行磨削。一、外圆锥面磨削方法（1）操作方法和步骤1）工件安装。工件装夹在头架卡盘中（或头架主轴内）， 用百分表校正，使工件的旋转中心与主轴旋转中心一致。2）确定头架转

8、动角度。根据工件图样选择相应的公式计算出圆锥半角/2 ，圆锥半角/2即是头架的转动角度。3）转动头架。松开头架底座与工作台间的锁紧螺钉， 根据工件圆锥半角/2 ，将头架逆时针转过同样大小的角度/2（见图4-8a），角度值可从头架下面底座刻度盘上确定。但是，头架刻度并不很准确，必须经过试磨后再进行调整。当刻线与基准零线对齐后将锁紧螺钉锁紧。一、外圆锥面磨削方法图4-8转动头架磨外圆锥面） 转动头架磨外圆锥面） 磨伸出较长的外圆锥面一、外圆锥面磨削方法4）试磨外圆锥面。移动工作台，使工件进入磨削区， 并根据圆锥面长短调整好行程距离，紧固挡铁。试磨工件， 磨出即可。用套规检查锥度是否正确，如果不正确

9、，则调整头架转动的角度。除了利用头架调整外，也可以用工作台配合进行微调，比头架调整更为方便。这种方法适用于锥度较大、长度较短的工件。一、外圆锥面磨削方法5）粗磨外圆锥面。粗修砂轮，粗磨外圆锥面，留精磨余量。6）精磨外圆锥面。精修砂轮，精磨外圆锥面，使工件符合图样要求。（2）转动头架磨外圆锥面的特点1）角度调整范围较大，应用较广，适合磨削锥度较大而长度较短的工件。2）可采用纵向磨削，工件表面粗糙度值减小，加工质量较好。3）工件在卡盘上装夹时，应将工件找正后才能磨削。一、外圆锥面磨削方法3）工件在卡盘上装夹时，应将工件找正后才能磨削。3转动砂轮架磨外圆锥面（1）转动砂轮架磨外圆锥面的加工范围转动砂

10、轮架磨外圆锥面主要用于磨削锥度较大而长度较长的工件。因为工件的锥度较大，超过工作台回转范围， 所以无法用转动工作台的方法来磨削；又因为工件较长， 也不能用转动头架的方法来磨削，只能用转动砂轮架的方法来磨削，如图4-9所示。一、外圆锥面磨削方法图4-9转动砂轮架磨外圆锥面一、外圆锥面磨削方法（2）操作方法这种方法砂轮架转过的角度应等于工件的圆锥半角 /2。磨削时注意工作台不能作纵向进给，只能用砂轮的横向进给来进行磨削。因此工件的圆锥素线长度应小于砂轮的宽度，否则只能用分段接刀的方法进行磨削，这是比较困难的。其次，修整砂轮时，必须将砂轮架转回零位，调整机床比较麻烦。另外，由于工作台不能纵向运动，不

11、易提高工件精度和降低表面粗糙度值，因此一般情况下很少采用。（3）转动砂轮架磨外圆锥面的特点1）机床调整较麻烦，生产效率较低。2）磨削时只能做横向进给，不能做纵向移动，工件加工质量差。二、内圆锥面磨削方法1转动工作台磨圆锥孔在万能外圆磨床上磨圆锥孔的方法，如图4-10所示。磨削时，将工作台转过一个与工件圆锥半角/2相同的角度， 并使工作台带动工件做纵向往复运动，砂轮做横向进给。这种方法由于受工作台转动角度的限制，因此，仅限于磨削圆锥角小于18、长度较长的内圆锥。例如磨削各种机床主轴、尾座套筒的内圆锥等。二、内圆锥面磨削方法（1）操作方法和步骤1）工件的装夹用三爪卡盘或四爪卡盘夹持工件，并进行找正

12、。找正外圆径向圆跳动量，误差不大于0.005mm；找正内圆磨具砂轮主轴轴线与工件回转轴线等高度，误差不大于0.02mm。长度较长的工件，通常采用一端用卡盘夹紧，另一端用闭式中心架支撑的方式装夹。二、内圆锥面磨削方法2）选择砂轮根据工件圆锥孔小端直径和孔的长度选择合适的砂轮和接长轴，并装到机床上紧固。圆锥孔磨削时，砂轮直径的选择原则：磨削圆锥孔时，砂轮直径应小于圆锥孔的最小直径，一般只要砂轮经过修整后能进入圆锥孔小端，并有23mm退刀距离即可。如果砂轮直径过小，会降低砂轮线速度， 影响磨削效率和砂轮使用寿命。接长轴的选择与内圆磨削相同。3）确定工作台转动角度根据工件图样选择相应的公式计算出圆锥半

13、角/2 ，圆锥半角/2即是上工作台应转动的角度。二、内圆锥面磨削方法4）转动工作台根据工件圆锥半角 /2的大小，将上工作台相对下工作台顺时针转过同样大小的 /2角度；调整工作台行程挡铁的位置。5）试磨圆锥孔在圆锥孔两端对刀试磨，根据误差值调整机床工作台； 采用纵向磨削法磨圆锥孔，使内圆锥面磨出2/3以上，然后进行角度检验，根据检验结果确定工作台的角度调整。确定圆锥角度的方法与转动工作台磨外圆锥面基本相同。二、内圆锥面磨削方法6）粗磨圆锥孔粗修砂轮，粗磨圆锥孔，留精磨余量。7）精磨圆锥孔精修砂轮，精磨圆锥孔，使工件符合图样要求。二、内圆锥面磨削方法（2）转动工作台磨圆锥孔的注意事项1）在磨削圆锥

14、孔时，要先将上工作台转到相应的角度位置，然后再调整挡铁距离，不能颠倒。因为，随着上工作台角度位置的偏移，砂轮在工件孔内的磨削位置也会产生偏移，使砂轮端面碰撞工件内端面或磨削时不能清根。2）在找正锥度对刀时，要先从圆锥孔大端处切入，然后再在小端处对刀，这样可避免砂轮端面碰撞圆锥孔小端孔壁。3）在磨削圆锥孔时，磨床头架不能偏离工作台中心太远， 特别是磨锥角较大的工件时尤其应注意，否则会产生砂轮架退不出去或摇不进来，使磨削无法正常进行。二、内圆锥面磨削方法2转动头架磨圆锥孔磨削时，将头架转过一个与工件圆锥半角/2相同的角度， 使工作台做纵向往复运动，砂轮做微量横向进给，如图4-11所示。这种方法可以

15、在内圆磨床上磨削各种锥度的内圆锥以及在万能外圆磨床上磨削锥度较大的内圆锥。由于采用纵向磨削，能使工件获得较高的精度及较小的表面粗糙度值。因此，一般长度较短、锥度较大的工件都采用这种磨削方法。有的工件两端有左右对称的内圆锥且精度较高，磨削时，先把外端内圆锥磨正确，不变动头架的角度，将内圆砂轮摇向对面，再磨里面一个内圆锥，如图4-12所示。采用这种方法，工件不需卸下，能保证两对称内圆锥的锥度相等，保证极小的同轴度误差。二、内圆锥面磨削方法图4-11转动头架磨圆锥孔图 4-12磨削左右对称内圆锥的方法三、技能训练1外圆锥面磨削（1）图样和技术要求分析图4-13量棒三、技能训练（2）选择设备（3）选择

16、砂轮（4）磨削方法（5）磨削用量三、技能训练三、技能训练三、技能训练（8）注意事项1）精磨时应检查中心孔质量。2）莫氏NO.5圆锥一般磨至尺寸的上极限偏差，以便在工件圆跳动超差时加以修正。三、技能训练2锥套（1）图样和技术要求分析（2）选择设备（3）选择砂轮三、技能训练（4）磨削方法零件的加工工艺为车削、热处理、磨削。内、外圆锥面精度要求较高，均分粗、精磨削。（5）磨削用量（内圆）1）砂轮圆周速度砂轮圆周速度一般为30m/s。三、技能训练三、技能训练图4-15专用夹具1-心轴2-螺母三、技能训练（7）工件磨削步骤1）研磨中心孔。2）调整机床。用转动工作台法磨外圆锥，找正工作台角度， 粗磨外圆锥

17、莫氏NO.4，留精磨余量。3）翻下内圆磨具至工作位置。4）选择合适的砂轮接长轴。5）工件用四爪单动卡盘与中心架装夹，校正外圆锥面径向圆跳动误差在0.005mm以内。6）找正工作台角度，粗磨内圆锥莫氏NO.3，留精磨余量。三、技能训练7）精磨内圆锥莫氏NO.3至图样要求。8）翻上内圆磨具。9）工件用圆锥心轴装夹，精磨外圆锥莫氏NO.4至图样要求。三、技能训练（8） 注意事项1）工件的中心孔需研磨。2）粗磨外圆锥时，需注意其圆度公差以满足磨内圆锥的精度要求。3）磨内圆锥时，需注意排屑和冷却。4）正确选择内圆砂轮的直径和接长轴，应减小接长轴的弯曲变形。5）磨内圆锥时需注意正确调整砂轮在锥孔小端处的位

18、置， 防止发生碰撞。6）使用心轴时应擦净心轴表面，减小定位误差。7）精确调整工作台的角度。三、技能训练3磨铣床刀杆（1）图样和技术要求分析三、技能训练（6）工件磨削步骤1）研磨中心孔。2）磨工件。找正工作台，使工件圆柱度误差在0.005mm 以内。三、技能训练图4-16铣床刀杆三、技能训练返回课题三精度检验及误差分析一、锥度（或角度） 的检验1用圆锥量规检验用圆锥量规检验又叫涂色法检验，最常用的量具是圆锥套规和圆锥塞规（见图4-17），主要用于检验标准内圆锥和外圆锥的锥度，如莫氏锥度和其他标准锥度。一、锥度（或角度） 的检验图4-17圆锥量规） 圆锥套规） 圆锥塞规一、锥度（或角度） 的检验2

19、用角度样板检验在成批和大量生产圆锥角度要求不高的工件时，可根据圆锥半角的大小制成专用的角度样板来测量工件。一、锥度（或角度） 的检验3用万能角度尺检验万能角度尺的结构如图4-19所示，它可以测量0320范围内的任何角度。一、锥度（或角度） 的检验图4-19万能角度尺1-尺身2-角尺3-游标4-制动器5-基尺6-直尺7-卡块8-螺母9-小齿轮10-扇形齿轮一、锥度（或角度） 的检验万能角度尺由尺身1、基尺5、游标3、角尺2、直尺6、卡块7和制动器4等组成。基尺5可带着尺身1沿着游标3转动， 转到所需角度时，可用制动器4锁紧。卡块7可将角尺2和直尺6固定在所需的位置上。测量时，可转动背后的螺母8，

20、 通过小齿轮9带动扇形齿轮10，使基尺5改变角度。用万能角度尺测量工件的方法如图4-20所示。一、锥度（或角度） 的检验图4-20用万能角度尺测量工件的方法一、锥度（或角度） 的检验4用正弦规检验正弦规是利用三角形中的正弦关系来计算、测量角度的一种精密量具，主要用于检验外圆锥面，在制造有圆锥的工件中使用比较普遍。正弦规结构简单，如图4-21所示，它由后挡板1、侧挡板2、两个精密圆柱3及工作台4等组成。根据两圆柱中心距L和工作台平面宽度B制成宽型和窄型两种正弦规，具体规格可见表4-4。正弦规的两个圆柱的中心距有很高的精度。如L=100mm的宽型正弦规，其偏差为0.003mm；同时，工作台的平面度

21、误差以及两个圆柱之间的等高度误差都极小，因此可以用于精密测量。一、锥度（或角度） 的检验图4-21正弦规1-后挡板2-侧挡板3-精密圆柱4-工作台一、锥度（或角度） 的检验一、锥度（或角度） 的检验图4-22所示为在正弦规上用千分表测量圆锥塞规锥度。如果千分表在a点和b点两处的读数相同，则表示塞规锥度正确；如果两处的读数不同，则说明塞规锥度有误差。当a点高于b点时表明塞规圆锥角大，若b点高于a点则表明塞规圆锥角小。使用正弦规测量的计算举例如下。一、锥度（或角度） 的检验图4-22在正弦规上用千分表测量圆锥塞规锥度一、锥度（或角度） 的检验一、锥度（或角度） 的检验一、锥度（或角度） 的检验一、

22、锥度（或角度） 的检验二、圆锥尺寸的确认在磨削圆锥时，除了要有正确的锥度（角）以外，还必须控制锥面的大端或小端直径尺寸，即通过对内外圆锥面的直接或间接测量，进行圆锥尺寸的确认。锥度量规就是图4-17所示的圆锥量规，它除了有精确的圆锥形表面外，在圆锥塞规的锥面大端处有两圈刻线，如图4-17b所示；在圆锥套规的小端处有一个台阶，如图4-17a所示。这些刻线和台阶就是检验工件圆锥大端和小端直径的公差范围。用圆锥塞规检验锥孔时，如果大端处的两条刻线都进入锥孔的大端，就表明锥孔大了；如果两条刻线都未进入锥孔的大端，则表明锥孔小了；如果工件锥孔大端在圆锥塞规大端两条刻线之间， 则确认锥孔尺寸符合要求，如图

23、4-23a所示。二、圆锥尺寸的确认用圆锥套规检验外锥体的方法与圆锥塞规相同，只是圆锥套规控制的是工件外锥体小端直径公差，由套规小端的台阶来测量。测量时工件外锥体小端直径应在套规台阶之间，才确认为合格，如图4-23b所示。用上述方法检验，若大端或小端尚未达到尺寸要求时，必须要再进给磨削。圆锥的大、小端直径用一般通用量具很难测量正确，用量规测量也只能量出工件端面到量规台阶中间平面的距离a（见图4-24）。要确定磨去多少余量才能使大、小端尺寸合格，可按下式计算：二、圆锥尺寸的确认图4-23用锥度量规测量） 测量锥孔） 测量外锥体图4-24圆锥尺寸余量确定） 确定锥孔余量） 确定外锥体余量二、圆锥尺寸的确认三、磨削产生废品的原因及预防