刀具课件第13章

第13章成形刀具、拉刀及组合刀具刀具切削刃形状决定于工件轮廓形状的刀具，称为成形刀具。

但成形刀具的廓形尺寸与工件并不完全一致，需要进行设计计算。

成形刀具的主要优点是生产率高。

其产品质量主要取决于刀具精度，而与操作者水平关系不大，因此，成形刀具的使用寿命长，用其加工出的工件一致性好(可保证工件的互换性)。

成形刀具的缺点是制造比较麻烦，成本较高，因此，其主要适用于成批和大量生产。

成形刀具多用高速钢制造。

拉刀是一种多齿刀具，它的刀体上有许多排刀齿，并且刀齿尺寸是逐渐增加的。

它除了具有切削部分外，还能保证拉削后的工件获得较高光洁度与准确度的加工表面。

组合刀具是机械加工中多快好省地完成和超额完成生产任务的重要方法之一。

13.1 成形车刀13.1.1 成形车刀的分类成形车刀是一种专用刀具，它多用于车床、六角车床、自动和半自动车床加工内、外回转体成形表面。

成形车刀制成后，其后面为成形表面，每次重磨时只磨前面。

1.按结构和形状分类成形车刀按其结构和形状可分为平体成形车刀、棱体成形车刀和圆体成形车刀。

1）平体成形车刀平体成形车刀的外形与普通车刀相似，只是切削刃有一定形状。

如图13-1所示的螺纹车刀和铲齿车刀就属于平体成形车刀。

它一般可用来加工宽度不大，且较简单的成形表面，但刀具重磨次数不宜过多。

（a）螺纹车刀（b）铲齿车刀图13-1 平体成形车刀2）棱体成形车刀如图13-2所示为棱体成形车刀。

其外形为多棱柱体，由于结构尺寸限制，只能用来加工外成形表面。

棱体成形车刀的刀体可根据结构设计得长些，故其重磨次数较平体成形车刀多，且刚性较高。

3）圆体成形车刀如图13-3所示为圆体成形车刀。

其外形为回转体，重磨次数比棱体成形车刀多。

圆体成形车刀不但可加工外成形表面，还可加工内成形表面。

因其刀体本身为回转体，制造容易，故生产中应用较多。

图13-2 棱体成形车刀 图13-3 圆体成形车刀2.按进给方向分类成形车刀按其进给方向可分为径向成形车刀和切向成形车刀。

1）径向成形车刀图13-1～图13-3均为径向成形车刀。

此类成形车刀工作时，是沿工件半径方向进给的，整个切削刃同时切入，工作行程短、生产效率高。

但其同时参加切削的切削刃的长度长，径向力较大，容易引起振动，影响加工质量。

2）切向成形车刀如图13-4所示为切向成形车刀。

此类成形车刀是沿工件切线方向进给的，由于切削刃与工件端面(进给方向)偏斜角度r κ，故切削刃逐渐切入工件，只有当切削刃上最后一点通过工件外轮廓的铅垂面后，工件上的成形表面才被加工完成。

显然，与径向成形车刀相比，其切削力小且工作过程较平稳。

但由于其工作行程长，因而生产效率较低。

切向成形车刀仅用于加工廓形深度不大、细长、刚性较差的工件。

成形车刀一般都用高速钢制成整体结构。

近年来，为提高刀具耐用度，也采用镶焊硬质合金的成形车刀，但目前国内还用得不多。

图13-4 切向成形车刀13.1.2 成形车刀的前角和后角成形车刀切削刃形状较复杂，为了便于设计、制造和重磨，一般规定成形车刀的前角和后角均在假定工作平面内表示，并以加工工件上半径最小处的切削刃上点（称为基准点）的基面与前面的夹角f γ，切削平面与后面的夹角f α。

f γ和f α分别被定义为成形车刀的前角和后角。

对于如图13-5所示的棱体成形车刀，它的外形为棱体，其重磨次数比平体成形车刀多。

使用时靠燕尾体与刀杆的燕尾槽连接，并用螺钉夹紧，刀体下端的螺钉可用来调整刀尖的高度，并可承受部分切削力。

制造棱体成形车刀以及重磨时只控制前、后角之和，装夹时装在倾斜f α角度的刀杆上，从而形成前角f γ和后角f α。

图13-5 棱体成形车刀的几何角度及安装对于如图13-6所示的圆体成形车刀，其安装时刀具中心高于工件中心，刀具前面与工件径向线（水平线）之间的夹角即为前角f γ。

由于刀具中心高于工件中心，自然形成了后角f α。

图13-6 圆体成形车刀的几何角度及安装成形车刀的前角可根据工件材料选择，后角可按下列数据选取：平体成形车刀为 25°～30°，棱体成形车刀为12°～17°，圆体成形车刀为10°～15°。

13.1.3 成形车刀的廓形设计成形车刀的廓形设计有作图法和计算法两种。

作图法简单、直观，但受图形放大倍数限制，精确度较低。

计算法虽较复杂，但精确度较高。

生产中常采用计算法进行设计，再用作图法进行校验。

1.廓形设计前的准备工作设计前的准备工作如下：（1）确定成形车刀廓形的组成点。

对如图13-7所示的成形车刀廓形进行分析表明，一个复杂表面可以看成是由很多个平面、圆柱面和圆锥面组成的。

取各组成表面轮廓线的起始点和终(拐)点作为成形车刀廓形的组成点，图13-7中的1、2、3、4、a 、b 、c 、d 、5各点，求出与之对应的成形车刀廓形上的点，这样可以简化设计过程。

图13-7 对成形车刀廓形的分析（2）画出工件的主视图和俯视图，确定工件上最小半径圆与水平轴线的交点为基准点(当不考虑附加切削刃时)，并依次标出其余组成点及相应的径向、轴向尺寸。

（3）确定成形车刀的合理前角f γ和后角f α，对圆体成形车刀还须确定外径1R 。

2.廓形设计的作图法1）棱体成形车刀的作图法棱体成形车刀的廓形设计如图13-8所示。

其作图步骤如下：图13-8 棱体成形车刀的廓形设计（1）以适当的放大比例画出工件的端视图和俯视图。

（2）在端视图上，从基准点1分别作与水平线成f γ和与铅垂线成f α的直线，并作为前面和后面的投影线。

前面投影线与工件各组成点所在圆相交于2’、3’(4’)点，这些点就是刀具前面上与工件各组成点相对应的点。

（3）从前面投影线上的2’、3’(4’)各点分别作平行于后面投影线的直线。

这些直线即为棱体成形车刀廓形上各点所在后面的投影线，它们与基准点1所在后面投影线间的距离P 2、P 3(P 4)即为棱体成形车刀N -N 剖面对应点间的廓形深度。

（4）延长各后面投影线，在基准点1后面投影线延长线上取1’’点并作该线的垂线，以该垂线作为起始线，分别在过2’、3’(4’)点的后面投影线的延长线上截取32l l =和4l 得交点2’’、3’’、4’’，用直线(或平滑曲线)连接这些点，即得棱体成形车刀N -N 剖面内廓形。

2）圆体成形车刀的作图法圆体成形车刀的廓形设计如图13-9所示。

其作图步骤如下：（1）以适当的放大比例画出工件的端视图和俯视图；（2）在端视图上，从基准点1作与水平线夹角为f γ的直线作为前面的投影线，分别与工件各组成点所在圆相交于2’、3’(4’)点，这些点即为前面廓形的组成点。

（3）再从基准点1作与水平线夹角为f α的斜向右上方的直线，在其上截取圆体成形车刀外圆半径的长度得点c O ，c O 即为圆体成形车刀的轴心。

（4）以c O 为圆心，分别以c O 1’、c O 2’、c O 3’（c O 4’）为半径作同心圆，与过c O 的水平线分别相交于1’’、 2’’、 3’’(4’’)点。

1R 、2R 、3R (4R )即为圆体成形车刀廓形各组成点的半径。

1R 、2R 、3R （4R ）各半径之差，即为刀具廓形各组成点在轴向剖面的廓形深度。

（5）根据已知的工件轴向尺寸及1R 、2R 、3R (4R )，利用投影原理，即可求出圆体成形车刀轴向剖面内的廓形。

图13-9 圆体成形车刀的廓形设计1、2、3、4—工件廓形； 1’、2’、3’、4’—切削刃投影； 1’’、2’’、3’’、4’’—刀具廓形3.廓形设计的计算法1)棱体成形车刀廓形设计的计算图13-8中，作棱体成形车刀前面投影线的延长线，再从工件中心1O 作该延长线的垂线得交点b ，工作中心1O 到交点b 的距离为h ，再标出2C 、3C 、4C 及1A 、2A 、3A 、4A 。

设r 1、r 2、r 3、r 4为工件轮廓上各点的半径，P 2、P 3、P 4为棱体成形车刀廓形深度。

由直角三角形1O b 1可得f 1sin γr h = （13-1）f 11cos γr A =由直角三角形1O b 2’可得22f 2cos A r γ= （13-2）又因为221C A A =-所以22f f cos()P C γα=+同理，前面上任意点n 的各参数为f cos n n n A r γ= （13-3）1C n n A A =- （13-4）f f cos()n n P C γα=+ （13-5）2）圆体成形车刀廓形设计的计算图13-9中，过基准点1作前面投影线的延长线，工件中心1O 至该延长线的距离为h ，c O 至该延长线的距离为c h ，分别标出工件和圆体成形车刀廓形上的尺寸1A 、2A 、3A （4A ）、2C 、3C 、（4C ）、1B 、2B 、3B （4B ）。

设r 1、r 2、r 3、r 4为工件轮廓上各点的半径，R 1、R 2、R 3、R 4为圆体成形车刀廓形上各点的半径。

由图13-9可知)sin(f f 1c αγ+=R h （13-6）)(c o s f f 11αγ+=R B c 1arctan h B ε= 212C B B -=c 22sin h R ε=同理，前面上任意点n 的各参数为 n 1n C B B -=c n narctan h B ε= c n nsin h R ε= （13-7） 13.2 铲齿成形铣刀成形铣刀是具有成形切削刃的铣刀，它与成形车刀相同之处是刀具切削刃的廓形都要根据工件廓形设计。

用成形铣刀可在通用铣床上加工复杂形状的表面，能获得较高的精度和表面质量，并有较高的生产率。

成形铣刀在生产中应用比较广泛，如发动机蜗轮叶片成形面、齿轮齿廓表面、花键槽、成形螺旋槽(麻花钻螺旋糟)等的加工。

按照齿背的加工方法及重磨方法的不同，成形铣刀可分为尖齿成形铣刀和铲齿成形铣刀，如图13-10所示。

（a ）尖齿成形铣刀 （b ）铲齿成形铣刀图13-10 成形铣刀在大批量生产中，用来在铣床上铣削成形表面或成形沟槽的以铲齿成形铣刀居多，其切削刃廓形是根据工件的廓形设计、计算的。

13.2.1 铲齿成形铣刀刀齿的要求铲齿成形铣刀刀齿的前面，多取为轴向平面，即前角f γ为零。

这种成形铣刀的设计、制造、检验都比较简单，刃磨比较方便。

铲齿成形铣刀刀齿的后面的齿背表面，应能保证铣刀重磨后的切削刃形状不变，并具有一定的后角f α。

为达到这个要求，铣刀的后面应该是由切削刃绕轴线回转，又同时沿轴向平面向铣刀轴心移动所形成的表面。

只要能得到这样的齿背表面，就能保证铣刀在重磨后切削刃形状不变，如图13-11所示A -A 、B -B 各剖面形状相同。

实现这种齿背(后面)加工的方法叫做铲齿，就是用铲齿成形车刀（刃形与被铲的成形铣刀切削刃形相同，但凹凸相反的平体成形车刀）在铲齿车床上加工出来的。