在车床上拉削

第五章　车床的其他加工方法

第一节　螺旋弹簧的盘绕方法

螺旋弹簧按其工艺上的特征可分为两类：热卷弹簧和冷卷弹簧。凡由热轧金属棒料制成的，棒料直径超过7mm的大型螺旋弹簧均属第一类。凡由冷拔钢丝制成的，直径在7mm以内的小型螺旋弹簧均属第二类。本文仅介绍后者。螺旋弹簧盘绕方法应遵循的基本原理与车螺纹相同，即主轴旋转一周，夹持钢丝的刀架或专用夹持工具纵向移动一个弹簧节距。

一、螺旋弹簧的种类

螺旋弹簧依形状不同，一般分有圆柱形、圆锥形和橄榄形三种。依据用途不同，又可分为压缩弹簧和拉伸弹簧。此外，根据特殊需要还有其他各种形式，如图5-1所示。

图5-1　弹簧的种类

（a）圆柱形压缩弹簧　（b）圆柱形拉伸弹簧　（c）圆锥形弹簧　（d）橄榄形弹簧

二、绕制圆柱形螺旋弹簧用心轴直径的确定

心轴是盘绕弹簧的重要工具，其长短及直径大小应依据所绕弹簧的尺寸而定。心轴的长度应比所绕弹簧的长度略长一些，心轴直径的确定则较为复杂，一般由下列经验公式而定：

式中　D0——心轴直径（mm）；

D1——弹簧内径（mm）；

d——钢丝直径（mm）。

式中补偿值±0.02的正负值按以下方法确定：

①对于直径d＜1mm的中级弹簧钢丝或d＜2mm的高级弹簧钢丝取负值；

②对于d＞2.5mm中级弹簧钢丝或d＞3.5mm的高级弹簧钢丝取正值。

其他情况可不考虑补偿值。

［例1］有一螺旋弹簧，D1= 8.6mm，用d = 1.2mm的中级弹簧钢丝盘绕，求心轴直径D0。

解：因为是中级弹簧钢丝，且直径在1～2.5mm之间，所以不考虑上式中的补偿值。

［例2］用d =1.5mm的高级弹簧钢丝盘绕D1=30mm的螺旋弹簧，求心轴直径D0。

解：因为是高级弹簧钢丝，且d＜2mm，所以上式中的补偿值取-0.02。

心轴直径也可由下列近似公式计算：

D0=（0.75～0.8）D1

如果弹簧以内径与其他零件相配，近似公式中的系数应选用较大值；如果弹簧以外径与其他零件相配，近似公式中的系数应选用较小值。弹簧心轴直径也可由表5-1查得。

表5-1　弹簧心轴直径

注：（1）冷绕弹簧用的心轴直径按小于弹簧内径选定，其差值按经验决定。2级和3级精度钢弹簧，可按本表的数据选用。
（2）表中D—弹簧外径，d—钢丝直径。

计算和查得的心轴直径是近似的，正式绕制弹簧前，最好先进行试验，即先绕2～3圈后松开，然后测量弹簧扩大后的内径是否符合要求，并根据测量结果修正心轴直径。如果心轴直径偏差不大，也可以利用调整对钢丝的牵引力的方法，使弹簧的直径稍微增大或减小。

三、盘绕螺旋弹簧的方法

（1）根据弹簧节距P，调整走刀箱手柄位置和挂轮（与车螺纹相同）。

（2）装上心轴。将钢丝插入心轴端部的小孔中，另一端夹在刀架上的槽铁中（见图5-2），但不要压夹得太紧，只要钢丝能用力拉出来就可以。

图5-2　钢丝在方刀架上的夹持

（3）合上开合螺母，开动主轴，进行盘绕。当弹簧盘到近卡盘时停车，把钢丝切断。此时要防止弹簧直径在扩张时弹伤手。最后从心轴上取下弹簧。

盘绕锥形弹簧时（见图5-3），只要换成锥形心轴，心轴外圆上车有圆弧形螺旋槽，盘绕的方法与上相同。

盘绕橄榄形弹簧时（见图5-4），可在细长心轴上套上一系列大小不等的垫圈（两端小，中间大），并用紧圈固定，组成模拟橄榄形心轴。盘绕方法与上述相同。盘好以后切断钢丝，然后松开紧圈，拉出心轴，并拉长弹簧，让垫圈从弹簧缝里落下。

图5-3　盘绕锥形弹簧的方法

图5-4　盘绕橄榄形弹簧的方法

第二节　在车床上拉削

常见的车床拉削加工有梯形螺纹孔的拉削、螺旋花键孔的拉削及花键孔的拉削等。

一、梯形螺纹孔的拉削

如图5-5所示，拉削梯形螺纹孔时，先把工件套入丝锥的前引导部，再将工件装夹在车床的三爪卡盘或夹具上，然后把丝锥柄部插入固定在车床刀架上的夹具定位孔中，用定位销使丝锥与夹具联接起来。

图5-5　梯形螺纹孔拉削

1—拉削丝锥　2—三爪卡盘　3—工件　4—夹具　5—定位销

拉削时主轴缓慢旋转，切削速度一般为0.04～0.12m/s。拉削右螺纹时，车床主轴带动工件反转；拉削左螺纹时，车床主轴带动工件正转。车床床鞍通过刀架带动丝锥向尾座方向移动。拉削时应保证主轴带动工件旋转一周，丝锥纵向移动一个螺距（多头螺纹为一个导程）。当丝锥全部通过工件时，螺纹即加工完毕。

拉削时参与工作的齿数多，切削力大，故工件的夹紧要可靠，以防在拉削过程中，因工件移位而造成丝锥刃口损坏和工件报废。在拉削过程中要充分使用切削液，以提高加工质量和丝锥耐用度。

拉削丝锥是根据被加工螺纹孔的特征和要求专门设计制造的，制造时要保证一定的齿升量和几何形状，以及前引导部、柄部对工件内孔、夹具的配合精度。

此法也可用于对锯齿形螺纹的拉削加工。

二、螺旋花键孔的拉削

图5-6　螺旋花键孔拉削

1—卡盘　2—花键套　3—花键轴丝杆　4—螺母　5—尾座　6—插销7—护套　8—拉刀　9—工件　10—轴承　11—拉刀卡头　12—支承套　13—键

图5-6为在车床上拉削螺旋花键孔的结构图。花键拉刀8通过插销6与拉刀卡头11相联接。花键轴丝杠3的左半部为花键轴，与装夹在三爪卡盘内的花键套2相联接，右半部为螺旋方向与加工花键孔螺旋方向一致的丝杠，与安装在尾座套筒内的螺母4相旋合，其右端与拉刀卡头相联接。支承套12安装在尾座孔内，其右端孔内装有滚动轴承10。该轴承一方面通过内孔与端面使工件9得到定位，并可使工件在拉削时，能在拉刀带动下灵活转动。主轴旋转时，丝杠随之旋转并作轴向移动，并通过拉刀卡头使拉刀轴向移动，将工件拉出螺旋花键孔。

加工右螺旋线时，工作行程开反车，退刀行程开正车，而加工左螺旋线时则相反。主轴转速可在车床允许的转速范围内任意选择。

螺纹花键孔拉削应注意的问题是车床的进给系统在拉削过程中应不予使用，拉削过程中要充分使用普通冷却液进行冷却，并及时刃磨拉刀，以保证刀刃的锋利和拉刀的耐用度。

三、花键孔的拉削

图5-7　花键孔拉削

1—分度齿轮　2—卡盘接盘　3—工件　4—刀杆　5—刀架　6—刀头　7—定位键　8—定位插销　9—主轴　10—卡盘　11—支架　12—紧固底板

如图5-7所示，分度齿轮装在卡盘接盘的小直径处，用定位键定位，并联接卡盘接盘。卡盘接盘安装在车床主轴上，用来装夹工件。如果工件较长，可在工件前端用中心架支持。刀杆装在刀架上，拉刀头装夹在刀杆方孔内，用螺钉固定。分度定位插销是用来分度定位的，它的安装位置如图所示。分度装置中，要求定位插销的轴线通过分度齿轮轴线。定位插销固定在支架上，支架由紧固底板和螺栓固定在床身平面上。

拉削时先将拉刀头安装在刀杆的方孔内，调节刀杆及刀头，使主切削刃的水平平分线与主轴轴线等高，然后使主轴处于空挡，固定不动。若将增大螺距手柄放在增大螺距位置，则主丝杆旋转而卡盘不转动，大拖板即可带着拉刀沿床身导轨作纵向移动，进行拉削加工。按照螺纹车削的方法，采用多次等量进刀，即能完成一道键槽的拉削过程。

拉削分度键槽时，只需将定位插销拉出，使分度齿按120齿/n分度后（n为工件花键槽数），再插入分度齿轮，即可重复前述加工拉出第二、第三道键槽，直至拉出全部键槽。

尽量将拉刀头的宽度按所加工的花键槽的宽度尺寸磨好，且刀头长度要大于槽深。

拉削花键孔时应注意工件必须安装稳定，加工时不能转动或走动，特别是当工件夹持在车床主轴卡盘上进行机动进给加工时，变速手柄必须可靠地处在空挡位置。

四、车床改装成拉床简介

图5-8为一台由卧式车床改装成的简易拉床布局图。它只保留了原车床的床身和底座，在原主轴箱的位置上安装了一个动力箱1，在床身导轨上安装了可沿导轨滑动的滑座3，在床身的尾部固定一安装工件6的夹具5。动力箱内装有蜗杆蜗轮减速机构（图5-8（b））。蜗轮9的内孔加工有方牙螺纹，与丝杠2相啮合，丝杠的另一端用销轴固定在滑座3上。拉刀7通过连接件4锁在滑座3上。蜗杆10的两个伸出端分别安装有V带轮11和12，以V带分别与快速电动机和主电动机轴上的V带轮相连接。机床工作时，主电动机以V带及减速机构驱动蜗轮9转动，由于丝杠不转动，蜗轮9的内螺纹驱动丝杠2轴向左移，带动滑座3，并通过连接件4使拉刀7拉削工件。拉削加工结束后，先松开连接件4，卸下拉刀7，然后启动快速电动机，驱动减速机构内的蜗轮9快速反转，而使丝杠2快速退回，以准备对下一个工件的加工。床身上安装有限位开关8，以限制滑座3的行程。

图5-8　卧式车床改装成简易拉床示意图

1—动力箱　2—方牙丝杠　3—滑座　4—连接件　5—夹具　6—工件　7—拉刀8—限位开关　9—蜗轮　10—蜗杆　11、12—V带轮

第三节　在车床上进行表面冷压加工

一、概述

零件表面的冷压加工属无屑光整加工，是利用金属的塑性，使零件的表面金属在外力的作用下产生永久变形，从而达到改变其表面性能、形状和尺寸的目的。由于塑性变形的结果，不但零件表面层形状改变，而且表面层的金属结构和性能也发生变化，晶粒变细，并沿着变形最大的方向延伸，零件表面层的形成有利于残余应力的均匀分布，表面产生冷作硬化层。

金属零件在表面冷压加工后，表面层变得强化，强度极限和屈服点增大，表面硬度提高，表面粗糙度降低，因而零件的使用性能——抗疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性都有显著的改善。表面冷压加工特别适用于钢和有色金属制品中承受反复载荷的机械零件。

零件表面冷压加工方法根据加工的目的不同，大致可分为三类：

（1）用于强化零件。零件加工后，表面有较厚的强化层（1.5～15mm），可以承受较高的反复载荷。这种加工主要用于重型及中型机械制造工业中；

（2）用于提高零件表面硬度，改善表面粗糙度。加工后表面硬化层较薄（0.01～1.5mm），这种加工多用在小型零件，在特殊情况下，因企业没有磨床和必要的热处理设备，而需要加工表面粗糙度较低和硬度较高的零件，可以采用冷压加工，以使零件有较好的表面粗糙度和硬度，达到提高零件的耐磨性及疲劳强度的目的；

（3）用于获得零件表面形状。如滚花、滚轧齿轮及滚轧螺纹等。

二、在车床上常用的零件表面冷压加工方法

1.圆柱体外表面滚压

（1）滚轮滚压。用滚轮滚压圆柱内外表面的加工，是利用滚轮滚压工具装在车床方刀架上固定之，用小刀架径向进给，对零件施加压力的。滚压时，工件旋转，大溜板纵向走刀，利用滚轮滚压工具在零件表面相对滚动进行滚压，降低零件表面粗糙度，提高零件的硬度、耐磨性及疲劳强度。用此法可代替粗精磨、超精磨等工艺。根据加工性质，可分为光精加工和强化加工两种。光精加工主要用来改善零件表面粗糙度，加工时用力较小，强化层薄，这种加工方式常用于精密机械零件和仪表零件的制造。强化加工主要用来提高表面硬度和强度，加工时压力较大，强化层厚，这种加工主要用于大、中型零件的制造。

滚轮滚压可加工圆柱形、锥形的外表面、平面、端面、凹槽、台阶轴的过渡圆角。

压力传递到滚轮上的方式，有机械的（刚性的）、弹簧的和液压的。用机械的方式，工具结构简单，但加工后零件表面质量不均匀。液压方式多用于需用较大压力，滚压大型零件的场合。这种滚压方式压力均匀，但是工具结构比较复杂。弹簧方式的工具比液压方式的简单，压力也比较均匀，压力调节也比较方便，故用得较多。图5-9为两种常用的滚轮结构，图5-9（a）为硬质合金滚轮式外圆滚压工具，图5-9（b）中工具的结构与图5-9（a）的基本相同，只是采用了弹性装置，适用于刚性较差工件的滚压。

图5-9　滚轮式滚压工具

（a）硬质合金滚轮式外圆滚压工具　（b）硬质合金滚轮式弹性外圆滚压工具

滚压式滚轮工具的滚轮个数有一个、两个或三个以上。单个滚轮的滚压方式主要用于有足够刚度的零件，若零件刚度较小，则需用两个或三个滚轮在相对方向上同时进行滚压，以免零件弯曲变形。

滚压前的表面应进行预加工，切削用量建议采用v = 140m/ min，f =0.3～0.5mm/r，采用硬质合金车刀，刀尖圆弧半径1～ 3mm。预加工表面的表面粗糙度应达到Ra12.5～3.2μm，滚压后表面粗糙度一般可提高2～3个等级，硬度可提高10%～40%。

加工大型工件，有时表面粗糙度要求虽不很高，但是要求较厚的强化层，就要用较大的滚压力，或要经过多次滚压，这时表面会出现波纹或强化层。在这种情况下应再进行一次细车，车去过强化层，切削用量建议采用v≥140mm/min，f = 0.2～0.3mm/r，aP=0.1～0.5mm。

图5-10　单珠刚性滚压工具

1—刀杆　2—轴　3—轴承　4—滚珠　5—挡圈

（2）滚珠滚压。滚珠滚压与滚轮滚压的加工原理基本相同，只是其滚压工具是以滚珠代替滚轮，图5-10为一单珠刚性滚压工具的结构。滚轮滚压加工时，滚轮在零件表面滚压并作轴向进给时，有滑动摩擦产生，使滚轮的轴向负荷增大，从而增加了滚压压力。滚珠滚压的压力较低，零件变形小，适宜对薄壁零件或刚性较差零件的滚压。单滚珠滚压工具制造费用较低，普通切削机床都可使用，因而使用较为广泛。

滚珠滚压加工和滚轮滚压加工一样，可以加工零件上圆柱的内外表面、平面、端面和带曲线形状的表面。滚珠滚压工具的滚珠是选用滚珠轴承的滚珠，滚珠的直径有一定的标准，因此不能滚压圆弧半径较标准滚珠半径小的曲线表面，或带有凹入尖角槽的表面。滚珠滚压可用于光整加工，也可用于强化加工。

2.滚压参数

（1）进给量的选择。

1）用圆弧形滚轮滚压时，进给量的选择见表5-2。

2）用带有圆柱带形面的滚轮滚压时，进给量f =0.3bKmm/ r，其中b为圆柱带宽度，K为修正系数，K = K1K2K3，见表5-3。

表5-2　用圆弧形的滚轮滚压时进给量的选择

注：（1）在滚压前表面粗糙度为12.5μm，辊轮数为1个时，滚压3次；辊轮数为2个时，滚压2次；辊轮数为3个时，滚压1次，其余各栏均为滚压一次。
（2）滚前表面粗糙度为6.3～3.2μm时，孔径大于φ1000mm的零件，滚压后表面粗糙度只能达到3.2μm。孔径φ500mm左右的深孔可达3.2～1.6μm。
（3）当辊轮工作表面形状不正，原始表面粗糙度稍差时，应适当降低进给量。

表5-3　用带有圆柱带形面的滚轮滚压时修正系数的选择

3）用多滚轮滚压，进给量以每个滚轮在0.1～0.5mm/r的范围内选取。用多滚珠滚压，进给量以每个滚珠在0.01～0.05mm/r的范围内选取，总进给量在0.1～0.3mm/r范围内。

（2）滚压速度。滚压速度对滚压质量影响不大，可根据零件、机床刚性及装夹情况在8～100m/min内选取。

（3）滚压次数。采用多滚（轮、珠）滚压工具时，一般滚压一次为宜，选用单滚（轮、珠）工具时不应超过三次，滚压次数过多对表面粗糙度的改善并不显著，表面容易因产生疲劳而脱皮。

（4）表面粗糙度与精度。被加工表面经滚压后，粗糙度平均可以降低二级，零件滚压后的尺寸见表5-4。

表5-4　零件滚压后的尺寸改变量

（5）冷却润滑液。滚压钢制零件时，可用机油，或机油加煤油作为冷却润滑液。

本章小结

对于一些中、小企业来说，设备不足或设备种类不全，常是影响生产正常进行的一个不利因素。扩大现有设备的工艺范围或利用现有设备进行适当改装，往往成为解决生产问题的一种重要手段。车床本身已具有较宽的工艺范围，但在生产实践中，往往根据具体需要，进行一些非常规加工，或将车床改装后进行镗、铣、磨、拉等加工，从而扩大车床的工艺范围。

在车床上进行的其他加工方法内容很多，本书中只是介绍了其中最常见的一些。本章第一节介绍了螺旋弹簧的盘绕方法，主要内容有：螺旋弹簧的种类、绕制圆柱形螺旋弹簧的用心轴直径的确定以及盘绕螺旋弹簧的方法。第二节介绍了利用车床进行拉削加工的技术，其中有，梯形螺纹孔拉削、螺旋花键孔拉削、普通花键孔拉削。另外还介绍了一则将车床改装成拉床的实例。希望读者通过阅读这一部分内容，能初步掌握这些加工方法，解决一些生产中的实际问题。另外，则是期望读者能举一反三，发挥自己的聪明才智，扩大车床的使用范围，使这种加工设备在生产实际中发挥更大的作用。