机械制造装备设计之5__金属切削刀具与刀具系统设计(a

第5章 金属切削刀具与刀具系统设计
第5章 金属切削刀具与刀具系统设计
5.1.1 成形车刀的种类与用途
(3)圆体成形车刀
刀体是一个回转体，并磨出容屑缺口和前刀面， 其优点是刀具容易制造，可重磨次数多，可以加工 内、外成形表面，故生产中用得较多。
第5章 金属切削刀具与刀具系统设计
第5章 金属切削刀具与刀具系统设计
成形车刀刀体结构的各尺寸及精度、表面粗糙度、 材料及热处理、硬度等技术条件均按厂标确定。
第5章 金属切削刀具与刀具系统设计
5.1.4 成形车刀其它部分设计
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5.1.4 成形车刀其它部分设计 2．成形车刀的样板
成形车刀设计后还需设计成形车刀样板，通常 设计相互吻合的两块样板：一块“工作样板”是在 制造成形车刀时用于检验成形车刀廓形的；一块 “校对样板”是用于检验“工作样板”的磨损程度。
第5章 金属切削刀具与刀具系统设计
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侧后角与侧前角定义为成形车刀的后角与前角
第5章 金属切削刀具与刀具系统设计
在棱体成形车刀的切削刃各点的切削平面 和基面的位置是变化的，由各点的切削平面和 基面与所在点的后面和前面形成的后角与前角 都不相同。离工件中心越远，后角越大、前角 越小。
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5.1.2 成形车刀的前角和后角 2.1 前角和后角的形成
2.圆体成形车刀
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第5章 金属切削刀具与刀具系统设计
h R sin f f
H R sin f
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第5章 金属切削刀具与刀具系统设计
本章主要介绍成形车刀前角、后角的形成、切 削刃上各点前角及后角的表示及变化规律。重点介 绍了根据被加工零件表面的形状、尺寸、刀具的前 角和后角，采用作图法或计算法来确定成形车刀刀 刃的形状(截形)。
成形车刀主要适用于尺寸较小、加工表面形状 较复杂、且生产批量较多的圆柱形零件的加工。
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当后角过小时，可采取下列改进措施。 （1）增大齿顶后角，但不能超过15°～17°。 （2）修改铣刀刃形。 （3）改变工件安装位置。 （4）采用斜向铲齿。
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5.2.2 铲齿成形铣刀的廓形设计
1．加工直槽成形铣刀的廓形设计
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5.2 成形铣刀设计
按成形铣刀齿背的加工方法，可分为尖齿成形铣 刀和铲齿成形铣刀两种。
尖齿成形铣刀的齿背是利用专门的靠模铣削和刃 磨的，具有较高的耐用度和较好的加工质量。但制造 复杂，刃磨较难，适合于大批量生产。
铲齿成形铣刀的齿背是按一定曲线铲制的，用钝 后只需重磨前刀面，可保证刃形不变，刃磨方便，得 到广泛应用。
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齿间角
2
z
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铲齿后所得到的齿背曲线为阿基米德螺旋线。
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5.2.1 铲齿成形铣刀
2．成形铣刀的后角及铲削量
成形铣刀的齿背曲线在M点的进给后角为 fM ，
(1)平体成形车刀
除切削刃外其它结构和普通车刀完全相同。 常用于加工简单成形表面，如铲齿、车螺纹和车 圆弧等。
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第5章 金属切削刀具与刀具系统设计
5.1.1 成形车刀的种类与用途
(2)棱体成形车刀
外形为棱柱体，刚性好，重磨次数多，使用寿 命长。只能加工外成形表面。
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棱体刀
圆体刀
作图法设计成形车刀廓形
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棱体刀
圆体刀
作图法设计成形车刀廓形
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棱体刀
圆体刀 计算法设计成形车刀廓形
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5.1.3 成形车刀的廓形设计
3．成形车刀对称圆弧廓形的近似计算
数的条件下，应尽量增大铣刀齿数，以增加铣削平
（3）铣刀孔径d： 根据铣削宽度和工作条件确定
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5.2.3 铲齿成形铣刀的结构参数
（4）铣刀外径do：在保证铣刀孔径足够大、刀体强 度足够的条件下，应取较小的铣刀外径。
d0 2 ~ 2.2d 2.2h 2 ~ 6 mm
（5）铣刀齿数z ：在保证刀齿强度和足够的重磨次
5.1.3 成形车刀的廓形设计 1．成形车刀廓形设计概念
成形车刀的廓形设计就是根据被加工零件的 廓形来确定相对应的刀具廓形。
被加工零件的廓形是指零件在轴向平面内的 形状与尺寸，而成形车刀的廓形是指刀具切削刃 在垂直于后刀面上的投影所形成的形状。在这个 平面上成形车刀的廓形容易制造和测量。
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5.1.1 成形车刀的种类与用途
（3）斜向进给成形车刀
切削时其切削刃的进给方向与工件轴线不 垂直，用在车削直角台阶表面，能形成较合理 的后角。
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斜向进给成形车刀
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5.1.2 成形车刀的前角和后角 1. 前角和后角的形成
1）棱体成形车刀
机械制造装备设计
主讲教师 李辉 机械工程学院 机械制造教研室
第5章 金属切削刀具与刀具系统设计
5.1 成形车刀设计
5.2 成形铣刀设计
5.3 圆孔拉刀设计
5.4 数控刀具与工具系统
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现代高效刀具的特点为“高精度、高效率、高可靠性和 专用化”。“专用化”就是针对用户的特定需求，提供一整套 高效率加工解决方案。掌握了现代高效刀具的核心技术，才能 开发生产出满足用户需要的成套高效硬件设备，包括机床、刀 具、配套工卡辅具、冷却系统、测量系统等。我国的刀具制造 业要实现与国际接轨，首先需要努力实现经营方针的战略性转 变：从单纯卖刀具转变到能为用户提供“加工解决方案”，承 诺为用户解决实际加工问题。
Kz
2Rx
R0 Rx
tan fa
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5.2.1 铲齿成形铣刀
2．成形铣刀的后角及铲削量
成形铣刀重磨次数愈多，后角也愈大；切削刃
上任意点的 ox 愈小，该点也愈小，但应保证不小
于2°～3°，以免铣刀后面与工件加工表面发生严 重摩擦。
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5.1.1 成形车刀的种类与用途
（2）切向进给成形车刀
切削时其切削刃沿工件切向切入。由于切削刃 是逐渐切入与切离工件故切削力小，工作平稳，切 削行程长，生产率较低，常用于自动车床上加工精 度较高的小尺寸零件。
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切向进给成形车刀
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5.2.3 铲齿成形铣刀的结构参数
（1）铣刀齿形高度h和宽度B
h hW 1 ~ 2mm
（2）铣刀容屑槽底形
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5.2.3 铲齿成形铣刀的结构参数
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5.1.1 成形车刀的种类与用途
(1)生产效率高 能一次切出成形表面、操作简
便、生产效率高。
(2)加工质量稳定 加工精度可达IT10～IT8、
表面粗糙度Ra6.3～3.2。
(3)刀具寿命长 可重磨多次。
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5.1.1 成形车刀的种类与用途 1. 按刀体外形与结构分为
加工直槽的成形铣刀，若采用零度前角，则当铣 刀轴线垂直于进给方向时，刀齿任意轴向剖面内的廓 形皆与工件廓形相同，铣刀切削刃的形状与加工该铣 刀的铲刀刃形相同，因此这种铣刀廓形设计简单，制 造检验也方便，容易保证精度，精加工成形铣刀常用 零度前角。而粗加工成形铣刀为正前角。
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5.1.3 成形车刀的廓形设计
因此，刀具的廓形不重合于零件的廓形，而产 生了畸变，对于0°的径向成形车刀，它的廓形宽度 与对应的零件廓形宽度相等，因此，成形车刀廓形设 计是根据零件的廓形深度T和刀具的前角、后角来修 正成形车刀的廓形深度P和与它相关的尺寸。
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棱体刀
圆体刀
它与铲削量的关系式为：
K
d 0
z
tan
fM
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5.2.1 铲齿成形铣刀
2．成形铣刀的后角及铲削量
成形铣刀的齿顶进给后角为 fa ，并定义其为
成形铣刀的名义后角，一般取=10°~ 15°，则任意 半径处的进给后角满足下式：
tan fx
γｆ＞0°、αｆ＞0°时刀具廓形与工件廓形的关系
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5.1.3 成形车刀的廓形设计 2．成形车刀廓形设计原理
作图法设计：已知零件的廓形、刀具的前角 和后角、圆体车刀廓形的最大半径R，通过作图 找出切削刃在垂直于后刀面上的投影。
计算法设计：由于成形车刀切削刃的廓形宽 度相等于对应的零件廓形宽度。成形车刀廓形设 计主要是利用计算法求出成形车刀廓形深度，能 达到很高精确度。
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5.2.1 铲齿成形铣刀
1．铲齿的原理
为使成形铣刀在设计、制造和检验时简便，成 形铣刀的前角多取0°。因此成形铣刀的前刀面为 轴向平面。为保证成形铣刀重磨后廓形不变，在重 磨时一定要保持前刀面通过铣刀轴线。
而铣刀的后刀面应该是切削刃绕轴线回转，并 同时沿轴线平面向铣刀轴线移动所形成的表面。实 现这种运动的加工方法叫铲齿。
5.1.3 成形车刀的廓形设计
成形车刀设计的主要内容有两部分：廓形设 计和刀体设计。廓形设计可利用计算法、作图法 进行，目前通过CAD更为简便和精确。刀体设计 可选用厂标定型的结构及尺寸。成形车刀设计图 包括廓形设计图、刀体结构尺寸图以及检测廓形 用的成对样板工作图。
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5.1 成形车刀设计
成形车刀是在车床上车削内外成形表面的非标 刀具，能一次切出成形表面，操作简便，生产效率 高。但成形刀具制造较为困难，用普通机床难以达 到高精度要求，在加工较长工件或切削速度较高时 容易产生振动。成形车刀具有生产效率高、加工质 量稳定、刀具使用寿命长等特点。
对于零件上精度不高的圆弧廓形，也可利用计 算方法，求出成形车刀上对应的圆弧廓形尺寸。
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成形车刀对称圆弧的近似计算
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5.1.4 成形车刀其它部分设计 1．成形车刀的刀体
成形车刀的刀体结构及其尺寸与所使用的机床和 夹持成形车刀的刀夹有关。
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5.2.1 铲齿成形铣刀
1．铲齿的原理
铲齿成形铣刀的刃形与后刀面在铲齿车床上用 铲刀切削而成。铲刀为前角为零的平体成形车刀， 其切削刃廓形与铣刀轴向平面廓形相同，但凹向相 反。铲齿时，成形铣刀毛坯回转的同时，铲刀沿铣 刀的径向做直线运动，铲完一个刀齿后，铲刀退回， 铣刀分度后，再铲削第二个刀齿，这种沿被铲铣刀 半径方向的铲齿方法称为径向铲齿。
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5.金属切削刀具与刀具系统设计
5.1.5 成形车刀的三维设计
刀具三维图形
刀具图
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5.2 成形铣刀设计
成形铣刀的切削刃廓形应根据工件廓形设计。 用成形铣刀在通用铣床上可加工复杂形状的表面， 生产率也较高。成形铣刀常用来加工直槽、螺旋槽、 齿轮等。 常用的成形铣刀（如凸半圆铣刀和凹半圆铣刀） 已有通用标准。而大多数成形铣刀属专用铣刀需自行 设计。
5.1.1 成形车刀的种类与用途
2. 按进给方向分为 (1)径向进给成形车刀
切削时其切削刃沿工件半径方向切入，切削行程 短，生产率高，应用最广泛。但当切削刃宽度较大时， 径向力就会增大，容易引起振动，加工表面粗糙度增 大，不适用于加工细长和刚性差的工件。
第5章 金属切削刀具与刀具系统设计
径向进给成形车刀