第六章 成形車刀

第六章成形車刀

主要內(nèi)容

一、種類與用途

二、幾何角度

三、廓形設(shè)計(jì)

四、其它部分設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

成形車刀又稱樣板刀，是一種專用刀具，其刃形是根據(jù)工件要求的廓形設(shè)計(jì)的。它主要用在普通車床、六角車床、半自動(dòng)及自動(dòng)車床上加工內(nèi)外回轉(zhuǎn)體成形表面。用成形車刀加工時(shí)，工件廓形是由刀具切削刃一次切成的，同時(shí)作用切削刃長(zhǎng)，生產(chǎn)率高；工件廓形由刀具截形來(lái)保證，被加工工件表面形狀、尺寸一致性好，互換性高，質(zhì)量穩(wěn)定；加工精度可達(dá)IT10～I(xiàn)T8，表面粗糙度可達(dá)3.2～6.3；刀具可重磨次數(shù)多，使用壽命長(zhǎng)。但成形車刀的刀具廓形大多比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)、制造比較麻煩，成本較高；由于同時(shí)作用切削刃長(zhǎng)以及其他結(jié)構(gòu)因素，切削性能較差，容易產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工質(zhì)量；使用時(shí)對(duì)安裝精度的要求高，安裝調(diào)整比較麻煩。多用于成形回轉(zhuǎn)表面的成批、大量生產(chǎn)中。目前在汽車、拖拉機(jī)、紡織機(jī)械和軸承制造等行業(yè)里應(yīng)用較多。

第一節(jié)成形車刀的種類與用途●按刀體形狀：平體成形車刀、棱體成形車刀、圓體成形車刀平體形棱形圓體(1)平體成形車刀。外形為平條狀，與普通車刀相似，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，成本低。但可重磨次數(shù)不多。用于加工簡(jiǎn)單的外成形表面，如螺紋車刀和鏟制成形銑刀的鏟刀等。(2)棱體成形車刀。棱柱體的刀頭和刀桿分開(kāi)制作，大大增加了沿前刀面的重磨次數(shù)，刀體剛性好，但比圓體成形車刀制造工藝復(fù)雜，刃磨次數(shù)少，且只能加工外成形表面。(3)圓體成形車刀。它好似由長(zhǎng)長(zhǎng)的棱體車刀包在一個(gè)圓柱面上而形成。刀體是一個(gè)磨出了排屑缺口和前刀面，并且?guī)О惭b孔的回轉(zhuǎn)體。它允許重磨的次數(shù)最多，制造也比棱體成形車刀容易，且可加工零件上的內(nèi)、外成形表面；但加工誤差較大，加工精度不如前兩種成形車刀高。

●按進(jìn)給方向斜向進(jìn)給切削直角臺(tái)階表面時(shí)能形成較合理的后角切向進(jìn)給自動(dòng)車床上加工精度較高的小尺寸零件車削時(shí)，切削刃沿工件表面的切線方向切入工件。由于切削刃相對(duì)于工件有較大的傾斜角，所以切削刃是依次先后切入和切出，始終只有一小段切削刃在工作，從而減小了切削力；但切削行程長(zhǎng)，生產(chǎn)率低。適于加工細(xì)長(zhǎng)、剛性較差且廓形深度差別小的外成形表面。第二節(jié)成形車刀的幾何角度一、前、后角的形成規(guī)定：在假定工作平面表示成形車刀必須具有合理的前、后角才能有效地工作。由于成形車刀的刃形復(fù)雜，切削刃上各點(diǎn)正交平面方向不一致，同時(shí)考慮測(cè)量和重磨方便，前角和后角都不在正交平面內(nèi)測(cè)量，而規(guī)定在刀具的假定工作平面(垂直于工件軸線的斷面)內(nèi)測(cè)量，并以切削刃上最外緣與工件中心等高點(diǎn)(圖中的1點(diǎn)，該點(diǎn)稱為成形車刀的基點(diǎn))處的假定工作前角和假定工作后角作為標(biāo)注值(如圖6-3所示)。

成形車刀的前角和后角是通過(guò)刀具的制造和安裝來(lái)形成的。

(a)棱體成形車刀(b)圓體成形車刀圖6-3成形車刀前角和后角的形成棱體成形車刀的后刀面是成形棱形柱面，前刀面是平面。后刀面與燕尾面A-A平行。在制造棱體成形車刀時(shí)，將前刀面與后刀面的夾角磨成90°-（γf+αf）角。在工作時(shí)將刀體的燕尾基準(zhǔn)平面與過(guò)基點(diǎn)1的工件圓周切線傾斜安裝，即可獲得所需的前角和后角。如圖6-3(a)所示。在制造時(shí)將圓體成形車刀的前刀面做成離其中心距離最近[如圖6-3(b)所示]；安裝刀具時(shí)，刀具中心O0比工件中心高出即可形成所需要的前角和后角。h0和H值可由式(6.1)計(jì)算式中：——成形車刀最大外圓半徑，即基點(diǎn)1處的半徑。圓體成形車刀不但在制造時(shí)要保證值，而且重磨前刀面后也應(yīng)使值不變。為此，通常在刀具端面上刻出一個(gè)以O(shè)0為中心、h0為半徑的磨刀檢驗(yàn)圓，重磨時(shí)應(yīng)置前刀面與這個(gè)圓的切平面內(nèi)。圓體成形車刀前刀面刃磨出γf，后刀面是成形回轉(zhuǎn)表面。成形車刀的前角γf和后角αf數(shù)值不僅影響刀具的切削性能，還影響加工零件的廓形精度，所以在制造、重磨合安裝時(shí)，不允許任意變動(dòng)。圓體成形車刀重磨前面時(shí)，必須保持h不變。圓體成形車刀：αf=10°～12°；棱體成形車刀:αf=12°～15°.二、在正交平面中切削刃后角的檢驗(yàn)由圖6-3還可看出，成形車刀切削刃上，只有基點(diǎn)1位于工件中心等高位置上，其他各點(diǎn)都低于工件中心。由于切削刃上各點(diǎn)的切削平面和基面位置不同，因而前角和后角也都不同，離基點(diǎn)越遠(yuǎn)的點(diǎn)，前角越小，后角越大。即γf2＜γf1，αf2＞αf1

；而且圓體成形車刀的這種變化更為顯著。成形車刀后面與工件過(guò)渡表面間的摩擦程度取決于切削刃各點(diǎn)的后角大小，因此要對(duì)切削刃上關(guān)鍵點(diǎn)的后角進(jìn)行驗(yàn)算。為了簡(jiǎn)化，現(xiàn)以γf=

0°、λs=0°的成形車刀為例來(lái)進(jìn)行討論。如圖6-4所示，切削刃上任一點(diǎn)在假定工作平面內(nèi)的后角為與該點(diǎn)主剖面后角為間的關(guān)系為： 2.正交平面后角及其過(guò)小時(shí)的改善措施如果αox=0°，使該處后面緊貼加工后面而無(wú)法切削，則需采取措施：

1）在不影響零件的使用性能前提下，改變零件的廓形，使Krx＞0°，保證αox≥2°～3°。

2）在Krx=0°的切削刃段的后面磨出凹槽，只保留0.3mm～0.5mm的一段狹窄棱面，減小摩擦面積。改變零件廓形刃上磨出凹槽3）將Krx=O°的刃段磨出副偏角Krx′=2°～3°,可使摩擦大為減少。同樣不改變工件的廓形，普遍采用。4）采用斜向進(jìn)給成形車刀，以形成Krx＞7°，使αox≥2°～3°。5）采用螺旋體成形車刀，將圓體成形車刀各段切削刃的后面制成螺旋面，使Krx=0°處的后面與加工表面形成一定間隙，使αox≥2°～3°。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造麻煩，較少采用。改善措施：改變零件廓形刃上磨出凹槽作出側(cè)隙角斜裝成形車刀制成螺旋后刀面第三節(jié)廓形設(shè)計(jì)一、廓形設(shè)計(jì)概念成形車刀的廓形設(shè)計(jì)，就要由零件的廓形來(lái)確定刀具的廓形。零件的廓形，是指零件在軸向平面內(nèi)的形狀與尺寸，包括深度、寬度和圓弧等。成形車刀的廓形是指切削刃在垂直于后面的平面上投影形成的形狀。在這個(gè)平面內(nèi)成形車刀的廓形容易制造和測(cè)量。因成形車刀的γf>0°、αf>0°，使棱體與圓體成形車刀廓形深度P<工件廓形深度T，因此，刀具的廓形不重合于零件的廓形而產(chǎn)生了畸變。一般刀具的廓形寬度與零件廓形寬度相同。因此，成形車刀廓形設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是根據(jù)零件的廓形深度T和成形車刀的前角γf

、后角αf修正計(jì)算成形車刀的廓形深度P和與它相關(guān)的尺寸。二、成形車刀廓形設(shè)計(jì)成形車刀廓形設(shè)計(jì)的方法有：作圖法、計(jì)算法和查表法三種。作圖法：簡(jiǎn)單、清晰和直觀，但精度偏低。另外，作圖法的精度主要取決于作圖時(shí)的放大比例與作圖的準(zhǔn)確程度。計(jì)算法：能達(dá)到很高的精度．也比較迅速。查表法：簡(jiǎn)單、較迅速，但精度不及計(jì)算法，很少使用。目前，成形車刀設(shè)計(jì)常用計(jì)算法計(jì)算，作圖法校驗(yàn)。作圖法設(shè)計(jì)截形作圖法截形設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：已知零件廓形、刀具前角和后角、圓形刀外徑D。利用投影作圖原理求出垂直后刀面剖面內(nèi)的刀具截形?！褡鲌D法設(shè)計(jì)

已知：零件的廓形、刀具的前角γf和后角αf、圓角車刀廓形的最大半徑R，用作圖法找出切削刃在垂直于后刀面上投影。步驟：1、在主視圖上作出前刀面和后刀面的投影線2、作出切削刃各點(diǎn)2’3’4’(5’)的后刀面投影線3、在垂直后刀面的截面中，連接各點(diǎn)切削刀投影點(diǎn)與相等于零件廓形寬度引出線交點(diǎn)1”，2”，3”，4”，5”，連接各交點(diǎn)所形成的曲線即為成形車刀廓形。●計(jì)算法設(shè)計(jì)計(jì)算法設(shè)計(jì)成形車刀廓形ａ）棱形成形車刀ｂ）圓形成形車刀三、成形車刀對(duì)稱圓弧廓形的近似計(jì)算四、成形車刀的附加刀刃成形車刀的裝夾與結(jié)構(gòu)尺寸成形車刀先裝在專用刀夾上,再將刀夾固裝在機(jī)床上進(jìn)行工作的.成形車刀的結(jié)構(gòu)尺寸棱形成形車刀的結(jié)構(gòu)尺寸有高度、寬度、厚度和燕尾尺寸；圓體車刀的結(jié)構(gòu)尺寸有外徑、孔徑和寬度等，只要已知工件的最大廓形深度尺寸，可以根據(jù)有關(guān)手冊(cè)查閱相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸，但成形車刀的寬度Lc需要計(jì)算。Lc=lc+a+b+c+d其中l(wèi)c為工件成形表面的寬度a為避免切削刃太尖而附加的切削刃寬度，取2～5mmb為工件端面留出精加工余量而附加的切削刃寬度，取1～3mm，如果端面有倒角，取1～1.5。c為切斷預(yù)加工而附加的切削刃，一般取3～8mm。D為保證切削刃超出毛坯外圓而附加的切削刃，取0.5～2mm。成形車刀的樣板和技術(shù)條件成形車刀設(shè)計(jì)后還需要設(shè)計(jì)成形車刀的樣板，一般樣板設(shè)計(jì)是成對(duì)出現(xiàn)，一塊是工作樣板，用來(lái)檢驗(yàn)成形車刀廓形，另一塊是校對(duì)樣板，是用于檢驗(yàn)工作樣板磨損程度。技術(shù)條件通常用高速鋼制成，整體式，熱處理硬度為63～66HRC，尺寸公差一般是廓形深度取工件公差的1/2～1/3，寬度取1/5～1/8。位置公差為不超過(guò)0.02/100。表面粗糙度：前刀面：Ra0.16-0.63，側(cè)面取Ra0.63-1.25，其余為Ra1.25-2.5。成形車刀設(shè)計(jì)的基本步驟一、選用刀具材料（根據(jù)加工材料選擇）二、確定刀具幾何角度（前角與后角）三、確定刀具結(jié)構(gòu)尺寸（主要是最大廓深，深度確定以后可查閱相關(guān)手冊(cè)）四、確定工件組成點(diǎn)與組成點(diǎn)平均尺寸五、計(jì)算刀具各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的廓形深度六、個(gè)組成點(diǎn)廓形的深度公差七、計(jì)算刀具斜線部分的傾角八、求近似圓弧，作出刀具廓形圖以及樣板圖。棱形成形車刀設(shè)計(jì)舉例已知條件：加工零件如右圖。材料：Y15易切鋼，σb＝0.49Gpa選取前角γf＝15°后角αf＝12°設(shè)計(jì)要求：

設(shè)計(jì)計(jì)算棱形成形車刀截形，繪制成形車刀及樣板圖。設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程：1、零件計(jì)算分析圖零件平均尺寸計(jì)算取刀具上1，(2，)為刀具輪廓形設(shè)計(jì)計(jì)準(zhǔn)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)1、2、3、4、5、6、7平均直徑分別為：d7＝(25.25＋25.4)／2＝25.325r7=12.663B2-7＝10d1-2＝2×（12.6632－102）0.5r1-2＝7.769B2-1＝20d3-4＝2×（17.85＋18）／2＝17.925R3-4＝8.963B2-3＝48d5-6＝2×（19.9＋20）／2＝19.95r5-6＝9.975B5-6＝(14.85＋15.3)／2＝15.075計(jì)算刀具廓形深度h＝r1、2Sinγf＝7.769×Sin15°＝2.011h2＝4.044r1、2Cosγf＝7.769×Cos15°＝7.504

Cos（γf＋αf）＝Cos（15°＋12°）＝0.891Px＝[(rx2－（r1、2Sinγf）2－r1、2Cosγf）0.5]Cos（γf＋αf）

P3、4＝[(8.9632－4.044）0.5－7.504]0.891＝1.096P5、6＝[(9.9752－4.044）0.5－7.504]0.891＝2.019

P7＝[(12.6632－4.044）0.5－7.504]0.891＝4.453計(jì)算近似圓弧半徑R7Tanθ＝P7／2”7”＝4.453／3＝0.4453θ＝24°R7＝2”7”／Sin2θ＝10／Sin48°＝13.459

圓心的位置對(duì)稱圓弧中心線校驗(yàn)校驗(yàn)4”5”切削刃上后角αo4”5”

因κr4”5”＝0,故αo4”5”＝0改善措施，磨出κr4”5”＝8°

校驗(yàn)刀具廓形寬度∑L<=3dmin

∑L＝49+7＝56（7附加刀刃寬度）56＝∑L<=3×18＝54刀體尺寸Tma