第五章　車床的其他加工方法

第一節(jié)　螺旋彈簧的盤繞方法

螺旋彈簧按其工藝上的特征可分為兩類：熱卷彈簧和冷卷彈簧。凡由熱軋金屬棒料制成的，棒料直徑超過7mm的大型螺旋彈簧均屬第一類。凡由冷拔鋼絲制成的，直徑在7mm以內(nèi)的小型螺旋彈簧均屬第二類。本文僅介紹后者。螺旋彈簧盤繞方法應(yīng)遵循的基本原理與車螺紋相同，即主軸旋轉(zhuǎn)一周，夾持鋼絲的刀架或?qū)Ｓ脢A持工具縱向移動一個彈簧節(jié)距。

一、螺旋彈簧的種類

螺旋彈簧依形狀不同，一般分有圓柱形、圓錐形和橄欖形三種。依據(jù)用途不同，又可分為壓縮彈簧和拉伸彈簧。此外，根據(jù)特殊需要還有其他各種形式，如圖5-1所示。

圖5-1　彈簧的種類

（a）圓柱形壓縮彈簧?。╞）圓柱形拉伸彈簧　（c）圓錐形彈簧?。╠）橄欖形彈簧

二、繞制圓柱形螺旋彈簧用心軸直徑的確定

心軸是盤繞彈簧的重要工具，其長短及直徑大小應(yīng)依據(jù)所繞彈簧的尺寸而定。心軸的長度應(yīng)比所繞彈簧的長度略長一些，心軸直徑的確定則較為復(fù)雜，一般由下列經(jīng)驗(yàn)公式而定：

式中　D0——心軸直徑（mm）；

D1——彈簧內(nèi)徑（mm）；

d——鋼絲直徑（mm）。

式中補(bǔ)償值±0.02的正負(fù)值按以下方法確定：

①對于直徑d＜1mm的中級彈簧鋼絲或d＜2mm的高級彈簧鋼絲取負(fù)值；

②對于d＞2.5mm中級彈簧鋼絲或d＞3.5mm的高級彈簧鋼絲取正值。

其他情況可不考慮補(bǔ)償值。

［例1］有一螺旋彈簧，D1= 8.6mm，用d = 1.2mm的中級彈簧鋼絲盤繞，求心軸直徑D0。

解：因?yàn)槭侵屑墢椈射摻z，且直徑在1～2.5mm之間，所以不考慮上式中的補(bǔ)償值。

［例2］用d =1.5mm的高級彈簧鋼絲盤繞D1=30mm的螺旋彈簧，求心軸直徑D0。

解：因?yàn)槭歉呒墢椈射摻z，且d＜2mm，所以上式中的補(bǔ)償值取-0.02。

心軸直徑也可由下列近似公式計(jì)算：

D0=（0.75～0.8）D1

如果彈簧以內(nèi)徑與其他零件相配，近似公式中的系數(shù)應(yīng)選用較大值；如果彈簧以外徑與其他零件相配，近似公式中的系數(shù)應(yīng)選用較小值。彈簧心軸直徑也可由表5-1查得。

表5-1　彈簧心軸直徑

注：（1）冷繞彈簧用的心軸直徑按小于彈簧內(nèi)徑選定，其差值按經(jīng)驗(yàn)決定。2級和3級精度鋼彈簧，可按本表的數(shù)據(jù)選用。
（2）表中D—彈簧外徑，d—鋼絲直徑。

計(jì)算和查得的心軸直徑是近似的，正式繞制彈簧前，最好先進(jìn)行試驗(yàn)，即先繞2～3圈后松開，然后測量彈簧擴(kuò)大后的內(nèi)徑是否符合要求，并根據(jù)測量結(jié)果修正心軸直徑。如果心軸直徑偏差不大，也可以利用調(diào)整對鋼絲的牽引力的方法，使彈簧的直徑稍微增大或減小。

三、盤繞螺旋彈簧的方法

（1）根據(jù)彈簧節(jié)距P，調(diào)整走刀箱手柄位置和掛輪（與車螺紋相同）。

（2）裝上心軸。將鋼絲插入心軸端部的小孔中，另一端夾在刀架上的槽鐵中（見圖5-2），但不要壓夾得太緊，只要鋼絲能用力拉出來就可以。

圖5-2　鋼絲在方刀架上的夾持

（3）合上開合螺母，開動主軸，進(jìn)行盤繞。當(dāng)彈簧盤到近卡盤時停車，把鋼絲切斷。此時要防止彈簧直徑在擴(kuò)張時彈傷手。最后從心軸上取下彈簧。

盤繞錐形彈簧時（見圖5-3），只要換成錐形心軸，心軸外圓上車有圓弧形螺旋槽，盤繞的方法與上相同。

盤繞橄欖形彈簧時（見圖5-4），可在細(xì)長心軸上套上一系列大小不等的墊圈（兩端小，中間大），并用緊圈固定，組成模擬橄欖形心軸。盤繞方法與上述相同。盤好以后切斷鋼絲，然后松開緊圈，拉出心軸，并拉長彈簧，讓墊圈從彈簧縫里落下。

圖5-3　盤繞錐形彈簧的方法

圖5-4　盤繞橄欖形彈簧的方法

第二節(jié)　在車床上拉削

常見的車床拉削加工有梯形螺紋孔的拉削、螺旋花鍵孔的拉削及花鍵孔的拉削等。

一、梯形螺紋孔的拉削

如圖5-5所示，拉削梯形螺紋孔時，先把工件套入絲錐的前引導(dǎo)部，再將工件裝夾在車床的三爪卡盤或夾具上，然后把絲錐柄部插入固定在車床刀架上的夾具定位孔中，用定位銷使絲錐與夾具聯(lián)接起來。

圖5-5　梯形螺紋孔拉削

1—拉削絲錐　2—三爪卡盤　3—工件　4—夾具　5—定位銷

拉削時主軸緩慢旋轉(zhuǎn)，切削速度一般為0.04～0.12m/s。拉削右螺紋時，車床主軸帶動工件反轉(zhuǎn)；拉削左螺紋時，車床主軸帶動工件正轉(zhuǎn)。車床床鞍通過刀架帶動絲錐向尾座方向移動。拉削時應(yīng)保證主軸帶動工件旋轉(zhuǎn)一周，絲錐縱向移動一個螺距（多頭螺紋為一個導(dǎo)程）。當(dāng)絲錐全部通過工件時，螺紋即加工完畢。

拉削時參與工作的齒數(shù)多，切削力大，故工件的夾緊要可靠，以防在拉削過程中，因工件移位而造成絲錐刃口損壞和工件報(bào)廢。在拉削過程中要充分使用切削液，以提高加工質(zhì)量和絲錐耐用度。

拉削絲錐是根據(jù)被加工螺紋孔的特征和要求專門設(shè)計(jì)制造的，制造時要保證一定的齒升量和幾何形狀，以及前引導(dǎo)部、柄部對工件內(nèi)孔、夾具的配合精度。

此法也可用于對鋸齒形螺紋的拉削加工。

二、螺旋花鍵孔的拉削

圖5-6　螺旋花鍵孔拉削

1—卡盤　2—花鍵套　3—花鍵軸絲桿　4—螺母　5—尾座　6—插銷7—護(hù)套　8—拉刀　9—工件　10—軸承　11—拉刀卡頭　12—支承套　13—鍵

圖5-6為在車床上拉削螺旋花鍵孔的結(jié)構(gòu)圖?；ㄦI拉刀8通過插銷6與拉刀卡頭11相聯(lián)接?；ㄦI軸絲杠3的左半部為花鍵軸，與裝夾在三爪卡盤內(nèi)的花鍵套2相聯(lián)接，右半部為螺旋方向與加工花鍵孔螺旋方向一致的絲杠，與安裝在尾座套筒內(nèi)的螺母4相旋合，其右端與拉刀卡頭相聯(lián)接。支承套12安裝在尾座孔內(nèi)，其右端孔內(nèi)裝有滾動軸承10。該軸承一方面通過內(nèi)孔與端面使工件9得到定位，并可使工件在拉削時，能在拉刀帶動下靈活轉(zhuǎn)動。主軸旋轉(zhuǎn)時，絲杠隨之旋轉(zhuǎn)并作軸向移動，并通過拉刀卡頭使拉刀軸向移動，將工件拉出螺旋花鍵孔。

加工右螺旋線時，工作行程開反車，退刀行程開正車，而加工左螺旋線時則相反。主軸轉(zhuǎn)速可在車床允許的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)任意選擇。

螺紋花鍵孔拉削應(yīng)注意的問題是車床的進(jìn)給系統(tǒng)在拉削過程中應(yīng)不予使用，拉削過程中要充分使用普通冷卻液進(jìn)行冷卻，并及時刃磨拉刀，以保證刀刃的鋒利和拉刀的耐用度。

三、花鍵孔的拉削

圖5-7　花鍵孔拉削

1—分度齒輪　2—卡盤接盤　3—工件　4—刀桿　5—刀架　6—刀頭　7—定位鍵　8—定位插銷　9—主軸　10—卡盤　11—支架　12—緊固底板

如圖5-7所示，分度齒輪裝在卡盤接盤的小直徑處，用定位鍵定位，并聯(lián)接卡盤接盤?？ūP接盤安裝在車床主軸上，用來裝夾工件。如果工件較長，可在工件前端用中心架支持。刀桿裝在刀架上，拉刀頭裝夾在刀桿方孔內(nèi)，用螺釘固定。分度定位插銷是用來分度定位的，它的安裝位置如圖所示。分度裝置中，要求定位插銷的軸線通過分度齒輪軸線。定位插銷固定在支架上，支架由緊固底板和螺栓固定在床身平面上。

拉削時先將拉刀頭安裝在刀桿的方孔內(nèi)，調(diào)節(jié)刀桿及刀頭，使主切削刃的水平平分線與主軸軸線等高，然后使主軸處于空擋，固定不動。若將增大螺距手柄放在增大螺距位置，則主絲桿旋轉(zhuǎn)而卡盤不轉(zhuǎn)動，大拖板即可帶著拉刀沿床身導(dǎo)軌作縱向移動，進(jìn)行拉削加工。按照螺紋車削的方法，采用多次等量進(jìn)刀，即能完成一道鍵槽的拉削過程。

拉削分度鍵槽時，只需將定位插銷拉出，使分度齒按120齒/n分度后（n為工件花鍵槽數(shù)），再插入分度齒輪，即可重復(fù)前述加工拉出第二、第三道鍵槽，直至拉出全部鍵槽。

盡量將拉刀頭的寬度按所加工的花鍵槽的寬度尺寸磨好，且刀頭長度要大于槽深。

拉削花鍵孔時應(yīng)注意工件必須安裝穩(wěn)定，加工時不能轉(zhuǎn)動或走動，特別是當(dāng)工件夾持在車床主軸卡盤上進(jìn)行機(jī)動進(jìn)給加工時，變速手柄必須可靠地處在空擋位置。

四、車床改裝成拉床簡介

圖5-8為一臺由臥式車床改裝成的簡易拉床布局圖。它只保留了原車床的床身和底座，在原主軸箱的位置上安裝了一個動力箱1，在床身導(dǎo)軌上安裝了可沿導(dǎo)軌滑動的滑座3，在床身的尾部固定一安裝工件6的夾具5。動力箱內(nèi)裝有蝸桿蝸輪減速機(jī)構(gòu)（圖5-8（b））。蝸輪9的內(nèi)孔加工有方牙螺紋，與絲杠2相嚙合，絲杠的另一端用銷軸固定在滑座3上。拉刀7通過連接件4鎖在滑座3上。蝸桿10的兩個伸出端分別安裝有V帶輪11和12，以V帶分別與快速電動機(jī)和主電動機(jī)軸上的V帶輪相連接。機(jī)床工作時，主電動機(jī)以V帶及減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動蝸輪9轉(zhuǎn)動，由于絲杠不轉(zhuǎn)動，蝸輪9的內(nèi)螺紋驅(qū)動絲杠2軸向左移，帶動滑座3，并通過連接件4使拉刀7拉削工件。拉削加工結(jié)束后，先松開連接件4，卸下拉刀7，然后啟動快速電動機(jī)，驅(qū)動減速機(jī)構(gòu)內(nèi)的蝸輪9快速反轉(zhuǎn)，而使絲杠2快速退回，以準(zhǔn)備對下一個工件的加工。床身上安裝有限位開關(guān)8，以限制滑座3的行程。

圖5-8　臥式車床改裝成簡易拉床示意圖

1—動力箱　2—方牙絲杠　3—滑座　4—連接件　5—夾具　6—工件　7—拉刀8—限位開關(guān)　9—蝸輪　10—蝸桿　11、12—V帶輪

第三節(jié)　在車床上進(jìn)行表面冷壓加工

一、概述

零件表面的冷壓加工屬無屑光整加工，是利用金屬的塑性，使零件的表面金屬在外力的作用下產(chǎn)生永久變形，從而達(dá)到改變其表面性能、形狀和尺寸的目的。由于塑性變形的結(jié)果，不但零件表面層形狀改變，而且表面層的金屬結(jié)構(gòu)和性能也發(fā)生變化，晶粒變細(xì)，并沿著變形最大的方向延伸，零件表面層的形成有利于殘余應(yīng)力的均勻分布，表面產(chǎn)生冷作硬化層。

金屬零件在表面冷壓加工后，表面層變得強(qiáng)化，強(qiáng)度極限和屈服點(diǎn)增大，表面硬度提高，表面粗糙度降低，因而零件的使用性能——抗疲勞強(qiáng)度、耐磨性和耐腐蝕性都有顯著的改善。表面冷壓加工特別適用于鋼和有色金屬制品中承受反復(fù)載荷的機(jī)械零件。

零件表面冷壓加工方法根據(jù)加工的目的不同，大致可分為三類：

（1）用于強(qiáng)化零件。零件加工后，表面有較厚的強(qiáng)化層（1.5～15mm），可以承受較高的反復(fù)載荷。這種加工主要用于重型及中型機(jī)械制造工業(yè)中；

（2）用于提高零件表面硬度，改善表面粗糙度。加工后表面硬化層較?。?.01～1.5mm），這種加工多用在小型零件，在特殊情況下，因企業(yè)沒有磨床和必要的熱處理設(shè)備，而需要加工表面粗糙度較低和硬度較高的零件，可以采用冷壓加工，以使零件有較好的表面粗糙度和硬度，達(dá)到提高零件的耐磨性及疲勞強(qiáng)度的目的；

（3）用于獲得零件表面形狀。如滾花、滾軋齒輪及滾軋螺紋等。

二、在車床上常用的零件表面冷壓加工方法

1.圓柱體外表面滾壓

（1）滾輪滾壓。用滾輪滾壓圓柱內(nèi)外表面的加工，是利用滾輪滾壓工具裝在車床方刀架上固定之，用小刀架徑向進(jìn)給，對零件施加壓力的。滾壓時，工件旋轉(zhuǎn)，大溜板縱向走刀，利用滾輪滾壓工具在零件表面相對滾動進(jìn)行滾壓，降低零件表面粗糙度，提高零件的硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度。用此法可代替粗精磨、超精磨等工藝。根據(jù)加工性質(zhì)，可分為光精加工和強(qiáng)化加工兩種。光精加工主要用來改善零件表面粗糙度，加工時用力較小，強(qiáng)化層薄，這種加工方式常用于精密機(jī)械零件和儀表零件的制造。強(qiáng)化加工主要用來提高表面硬度和強(qiáng)度，加工時壓力較大，強(qiáng)化層厚，這種加工主要用于大、中型零件的制造。

滾輪滾壓可加工圓柱形、錐形的外表面、平面、端面、凹槽、臺階軸的過渡圓角。

壓力傳遞到滾輪上的方式，有機(jī)械的（剛性的）、彈簧的和液壓的。用機(jī)械的方式，工具結(jié)構(gòu)簡單，但加工后零件表面質(zhì)量不均勻。液壓方式多用于需用較大壓力，滾壓大型零件的場合。這種滾壓方式壓力均勻，但是工具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。彈簧方式的工具比液壓方式的簡單，壓力也比較均勻，壓力調(diào)節(jié)也比較方便，故用得較多。圖5-9為兩種常用的滾輪結(jié)構(gòu)，圖5-9（a）為硬質(zhì)合金滾輪式外圓滾壓工具，圖5-9（b）中工具的結(jié)構(gòu)與圖5-9（a）的基本相同，只是采用了彈性裝置，適用于剛性較差工件的滾壓。

圖5-9　滾輪式滾壓工具

（a）硬質(zhì)合金滾輪式外圓滾壓工具?。╞）硬質(zhì)合金滾輪式彈性外圓滾壓工具

滾壓式滾輪工具的滾輪個數(shù)有一個、兩個或三個以上。單個滾輪的滾壓方式主要用于有足夠剛度的零件，若零件剛度較小，則需用兩個或三個滾輪在相對方向上同時進(jìn)行滾壓，以免零件彎曲變形。

滾壓前的表面應(yīng)進(jìn)行預(yù)加工，切削用量建議采用v = 140m/ min，f =0.3～0.5mm/r，采用硬質(zhì)合金車刀，刀尖圓弧半徑1～ 3mm。預(yù)加工表面的表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra12.5～3.2μm，滾壓后表面粗糙度一般可提高2～3個等級，硬度可提高10%～40%。

加工大型工件，有時表面粗糙度要求雖不很高，但是要求較厚的強(qiáng)化層，就要用較大的滾壓力，或要經(jīng)過多次滾壓，這時表面會出現(xiàn)波紋或強(qiáng)化層。在這種情況下應(yīng)再進(jìn)行一次細(xì)車，車去過強(qiáng)化層，切削用量建議采用v≥140mm/min，f = 0.2～0.3mm/r，aP=0.1～0.5mm。

圖5-10　單珠剛性滾壓工具

1—刀桿　2—軸　3—軸承　4—滾珠　5—擋圈

（2）滾珠滾壓。滾珠滾壓與滾輪滾壓的加工原理基本相同，只是其滾壓工具是以滾珠代替滾輪，圖5-10為一單珠剛性滾壓工具的結(jié)構(gòu)。滾輪滾壓加工時，滾輪在零件表面滾壓并作軸向進(jìn)給時，有滑動摩擦產(chǎn)生，使?jié)L輪的軸向負(fù)荷增大，從而增加了滾壓壓力。滾珠滾壓的壓力較低，零件變形小，適宜對薄壁零件或剛性較差零件的滾壓。單滾珠滾壓工具制造費(fèi)用較低，普通切削機(jī)床都可使用，因而使用較為廣泛。

滾珠滾壓加工和滾輪滾壓加工一樣，可以加工零件上圓柱的內(nèi)外表面、平面、端面和帶曲線形狀的表面。滾珠滾壓工具的滾珠是選用滾珠軸承的滾珠，滾珠的直徑有一定的標(biāo)準(zhǔn)，因此不能滾壓圓弧半徑較標(biāo)準(zhǔn)滾珠半徑小的曲線表面，或帶有凹入尖角槽的表面。滾珠滾壓可用于光整加工，也可用于強(qiáng)化加工。

2.滾壓參數(shù)

（1）進(jìn)給量的選擇。

1）用圓弧形滾輪滾壓時，進(jìn)給量的選擇見表5-2。

2）用帶有圓柱帶形面的滾輪滾壓時，進(jìn)給量f =0.3bKmm/ r，其中b為圓柱帶寬度，K為修正系數(shù)，K = K1K2K3，見表5-3。

表5-2　用圓弧形的滾輪滾壓時進(jìn)給量的選擇

注：（1）在滾壓前表面粗糙度為12.5μm，輥輪數(shù)為1個時，滾壓3次；輥輪數(shù)為2個時，滾壓2次；輥輪數(shù)為3個時，滾壓1次，其余各欄均為滾壓一次。
（2）滾前表面粗糙度為6.3～3.2μm時，孔徑大于φ1000mm的零件，滾壓后表面粗糙度只能達(dá)到3.2μm。孔徑φ500mm左右的深孔可達(dá)3.2～1.6μm。
（3）當(dāng)輥輪工作表面形狀不正，原始表面粗糙度稍差時，應(yīng)適當(dāng)降低進(jìn)給量。

表5-3　用帶有圓柱帶形面的滾輪滾壓時修正系數(shù)的選擇

3）用多滾輪滾壓，進(jìn)給量以每個滾輪在0.1～0.5mm/r的范圍內(nèi)選取。用多滾珠滾壓，進(jìn)給量以每個滾珠在0.01～0.05mm/r的范圍內(nèi)選取，總進(jìn)給量在0.1～0.3mm/r范圍內(nèi)。

（2）滾壓速度。滾壓速度對滾壓質(zhì)量影響不大，可根據(jù)零件、機(jī)床剛性及裝夾情況在8～100m/min內(nèi)選取。

（3）滾壓次數(shù)。采用多滾（輪、珠）滾壓工具時，一般滾壓一次為宜，選用單滾（輪、珠）工具時不應(yīng)超過三次，滾壓次數(shù)過多對表面粗糙度的改善并不顯著，表面容易因產(chǎn)生疲勞而脫皮。

（4）表面粗糙度與精度。被加工表面經(jīng)滾壓后，粗糙度平均可以降低二級，零件滾壓后的尺寸見表5-4。

表5-4　零件滾壓后的尺寸改變量

（5）冷卻潤滑液。滾壓鋼制零件時，可用機(jī)油，或機(jī)油加煤油作為冷卻潤滑液。

本章小結(jié)

對于一些中、小企業(yè)來說，設(shè)備不足或設(shè)備種類不全，常是影響生產(chǎn)正常進(jìn)行的一個不利因素。擴(kuò)大現(xiàn)有設(shè)備的工藝范圍或利用現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)改裝，往往成為解決生產(chǎn)問題的一種重要手段。車床本身已具有較寬的工藝范圍，但在生產(chǎn)實(shí)踐中，往往根據(jù)具體需要，進(jìn)行一些非常規(guī)加工，或?qū)④嚧哺难b后進(jìn)行鏜、銑、磨、拉等加工，從而擴(kuò)大車床的工藝范圍。

在車床上進(jìn)行的其他加工方法內(nèi)容很多，本書中只是介紹了其中最常見的一些。本章第一節(jié)介紹了螺旋彈簧的盤繞方法，主要內(nèi)容有：螺旋彈簧的種類、繞制圓柱形螺旋彈簧的用心軸直徑的確定以及盤繞螺旋彈簧的方法。第二節(jié)介紹了利用車床進(jìn)行拉削加工的技術(shù)，其中有，梯形螺紋孔拉削、螺旋花鍵孔拉削、普通花鍵孔拉削。另外還介紹了一則將車床改裝成拉床的實(shí)例。希望讀者通過閱讀這一部分內(nèi)容，能初步掌握這些加工方法，解決一些生產(chǎn)中的實(shí)際問題。另外，則是期望讀者能舉一反三，發(fā)揮自己的聰明才智，擴(kuò)大車床的使用范圍，使這種加工設(shè)備在生產(chǎn)實(shí)際中發(fā)揮更大的作用。