第六章 成形车刀

Biblioteka Baidu 改善措施：
改 变 零 件 廓 形
刃 上 磨 出 凹 槽
作 出 侧 隙 角
斜 装 成 形 车 刀
制 成 螺 旋 后 刀 面
第三节
廓形设计
一、廓形设计概念 成形车刀的廓形设计，就要由零件的廓形来确定刀具 的廓形。零件的廓形，是指零件在轴向平面内的形状与尺 寸，包括深度、宽度和圆弧等。成形车刀的廓形是指切削 刃在垂直于后面的平面上投影形成的形状。在这个平面内 成形车刀的廓形容易制造和测量。 因成形车刀的γf>0°、αf>0°，使棱体与圆体成形车 刀廓形深度P<工件廓形深度T ，因此，刀具的廓形不重合 于零件的廓形而产生了畸变。一般刀具的廓形宽度与零件 廓形宽度相同。因此，成形车刀廓形设计的主要内容是根 据零件的廓形深度T和成形车刀的前角γf 、后角αf修正计 算成形车刀的廓形深度P和与它相关的尺寸。
计算近似圆弧半径R 7
• Tanθ ＝P 7／2 ” 7 ” ＝4.453／3 ＝0.4453 θ ＝24° • R 7＝2 ” 7 ”／ Sin 2θ ＝10／Sin48°＝13.459 • 圆心的位置对称圆弧中心线
校验 • 校验4 ” 5 ” 切削刃上后角α o 4 ” 5 ” 因 κ r 4 ” 5 ” ＝0 , 故α o 4 ” 5 ” ＝0 改善措施，磨出κ r 4 ” 5 ” ＝8°
切向进给
自动车床上加工 精度较高的小尺 寸零件 切削直角台阶表 面时能形成较合 理的后角
斜向进给
第二节 成形车刀的几何角度 一、 前、后角的形成 规定：在假定工作平面表示 成形车刀必须具有合理的前、后角才能有效地工 作。由于成形车刀的刃形复杂，切削刃上各点正交平 面方向不一致，同时考虑测量和重磨方便，前角和后 角都不在正交平面内测量，而规定在刀具的假定工作 平面(垂直于工件轴线的断面)内测量，并以切削刃上 最外缘与工件中心等高点(图中的1点，该点称为成形 车刀的基点)处的假定工作前角和假定工作后角作为 标注值(如图6-3所示)。 成形车刀的前角和后角是通过刀具的制造和安装 来形成的。
第六章 成形车刀
主要内容 一、种类与用途 二、几何角度 三、廓形设计 四、其它部分设计简介
•
成形车刀又称样板刀，是一种专用刀具，其刃 形是根据工件要求的廓形设计的。它主要用在普通 车床、六角车床、半自动及自动车床上加工内外回 转体成形表面。
用成形车刀加工时，工件廓形是由刀具切削刃一 次切成的，同时作用切削刃长，生产率高；工件廓 形由刀具截形来保证，被加工工件表面形状、尺寸 一致性好，互换性高，质量稳定；加工精度可达 IT10～IT8，表面粗糙度可达3.2～6.3；刀具可重磨 次数多，使用寿命长。
• 成形车刀的前角γ f和后角α f数值不仅影响刀具的 切削性能，还影响加工零件的廓形精度，所以在 制造、重磨合安装时，不允许任意变动。圆体成 形车刀重磨前面时，必须保持h不变。 • 圆体成形车刀：α f =10°～12°； • 棱体成形车刀:α f =12°～ 15°.
二、 在正交平面中切削刃后角的检验 由图6-3还可看出，成形车刀切削刃上，只有基 点1位于工件中心等高位置上，其他各点都低于工件 中心。由于切削刃上各点的切削平面和基面位置不 同，因而前角和后角也都不同，离基点越远的点， 前角越小，后角越大。即γ f2＜γ f1，α f2＞α f1 ； 而且圆体成形车刀的这种变化更为显著。
• (3) 圆体成形车刀。它好似由长长的棱体车刀包在 一个圆柱面上而形成。刀体是一个磨出了排屑缺口 和前刀面，并且带安装孔的回转体。它允许重磨的 次数最多，制造也比棱体成形车刀容易，且可加工 零件上的内、外成形表面；但加工误差较大，加工 精度不如前两种成形车刀高。
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按进给方向
车削时，切削刃沿工件表面的 切线方向切入工件。由于切削 刃相对于工件有较大的倾斜角， 所以切削刃是依次先后切入和 切出，始终只有一小段切削刃 在工作，从而减小了切削力； 但切削行程长，生产率低。适 于加工细长、刚性较差且廓形 深度差别小的外成形表面。
棱形成形车刀设计举例
• • • 已知条件：加工零件如右图。 材料：Y15 易切钢，σ b＝0.49Gpa 选取前角 γ f ＝15° 后角 α f ＝12°
设计要求： 设计计算棱形成形车刀截形，绘制成形 车刀及样板图。
设计计算过程： 1、零件计算分析图
零件平均尺寸计算
取刀具上 1，(2，) 为刀具轮廓形设计计准点。 节点 1、2、3、4、5、6、7平均直径分别为： d7 ＝(25.25＋25.4)／2 ＝25.325 r7 =12.663 • B 2-7 ＝10 • d1-2 ＝2×（12.6632－102）0.5 • r1-2 ＝7.769 • B 2-1 ＝20 • d3-4 ＝2×（17.85＋18）／2 ＝17.925 • R3-4 ＝8.963 B 2-3 ＝48 • d5-6 ＝2×（19.9＋20）／2 ＝19.95 • r5-6 ＝9.975 • B5-6 ＝(14.85＋15.3) ／2 ＝15.075
圆体成形车刀前刀面刃磨出 γf，后刀面是成形回转表面。
•
在制造时将圆体成形车刀的前刀面 做成离其中心距离最近[如图6-3(b) 所示]；安装刀具时，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)计算
• 式中：——成形车刀最大外圆半径， 即基点1处的半径。 • 圆体成形车刀不但在制造时要保证值 ，而且重磨前刀面后也应使值不变。 为此，通常在刀具端面上刻出一个以 O0为中心、 h0为半径的磨刀检验圆， 重磨时应置前刀面与这个圆的切平面 内。
● 按刀体形状：平体成形车刀 、棱体成形车刀 、圆体成形
车刀
平体形
棱
形
圆
体
• (1) 平体成形车刀。外形为平条状，与普通车刀 相似，结构简单，容易制造，成本低。但可重磨 次数不多。用于加工简单的外成形表面，如螺纹 车刀和铲制成形铣刀的铲刀等。
• (2) 棱体成形车刀。棱柱体的刀头和刀杆分开制 作，大大增加了沿前刀面的重磨次数，刀体刚性 好，但比圆体成形车刀制造工艺复杂，刃磨次数 少，且只能加工外成形表面。
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计算法设计
计算法设计成形车刀廓形 ａ）棱形成形车刀 ｂ）圆形成形车刀
三、成形车刀对称圆弧廓形的近似计算
四、成形车刀的附加刀刃
成形车刀的装夹与结构尺寸
• 成形车刀先装在专用刀夹上,再将刀夹固装在机 床上进行工作的. • 成形车刀的结构尺寸 棱形成形车刀的结构尺寸有高度、宽度、 厚度和燕尾尺寸；圆体车刀的结构尺寸有外径 、孔径和宽度等，只要已知工件的最大廓形深 度尺寸，可以根据有关手册查阅相关结构尺寸 ，但成形车刀的宽度Lc需要计算。
tanαox = tanα f x sin κrx
• 如果α ox= 0°，使该处后面紧贴加工后面而无法切削， 则需采取措施： • 1）在不影响零件的使用性能前提下，改变零件的廓形 ，使Krx＞ 0°，保证α ox≥ 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的一段狭窄棱面，减小摩擦面积。
•
但成形车刀的刀具廓形大多比较复杂，设计、 制造比较麻烦，成本较高；由于同时作用切削刃长 以及其他结构因素，切削性能较差，容易产生振动
，影响加工质量；使用时对安装精度的要求高，安
装调整比较麻烦。多用于成形回转表面的成批、大
量生产中。目前在汽车、拖拉机、纺织机械和轴承
制造等行业里应用较多。
第一节 成形车刀的种类与用途
(a) 棱体成形车刀 (b) 圆体成形车刀 图6-3 成形车刀前角和后角的形成
• 棱体成形车刀的后刀面是成形 棱形柱面，前刀面是平面。后 刀面与燕尾面A-A平行。在制 造棱体成形车刀时，将前刀面 与后刀面的夹角磨成90°-（ γ f+α f）角。 • 在工作时将刀体的燕尾基准平 面与过基点1的工件圆周切线 倾斜安装，即可获得所需的前 角和后角。如图6-3(a)所示。
成形车刀设计的基本步骤
一、选用刀具材料（根据加工材料选择） 二、确定刀具几何角度（前角与后角） 三、确定刀具结构尺寸（主要是最大廓深，深度确定 以后可查阅相关手册） 四、确定工件组成点与组成点平均尺寸 五、计算刀具各点对应的廓形深度 六、个组成点廓形的深度公差 七、计算刀具斜线部分的倾角 八、求近似圆弧，作出刀具廓形图以及样板图。
计算刀具廓形深度
• h ＝r 1、2 Sinγ f ＝7.769×Sin15°＝2.011 • h2＝4.044 • r 1、2 Cosγ f ＝7.769×Cos15°＝7.504 Cos（γ f ＋α f）＝Cos（15°＋12°）＝0.891 • P x ＝[ ( rx2－（r1、2 Sinγ f ）2 － r1、2 Cosγ f）0.5 ] Cos（γ f ＋α f） • P 3、4 ＝[( 8.9632－4.044）0.5 － 7.504] 0.891 ＝ 1.096 • P 5、6 ＝[( 9.9752－4.044）0.5 － 7.504] 0.891 ＝ 2.019 • P 7 ＝[( 12.6632－4.044）0.5 － 7.504] 0.891 ＝ 4.453
•2. 正交平面后角及其过小时的改善措施
• 成形车刀后面与工件过渡表面间 的摩擦程度取决于切削刃各点的 后角大小，因此要对切削刃上关 键点的后角进行验算。 • 为了简化，现以γ f= 0°、λ s=0° 的成形车刀为例来进行讨论。如 图6-4所示，切削刃上任一点在假 定工作平面内的后角为与该点主 剖面后角为间的关系为：
二、成形车刀廓形设计 成形车刀廓形设计的方法有：作图法、计算法和 查表法三种。 作图法：简单、清晰和直观，但精度偏低。另外， 作图法的精度主要取决于作图时的放大比例与作图 的准确程度。 计算法：能达到很高的精度．也比较迅速。 查表法：简单、较迅速，但精度不及计算法，很 少使用。 目前，成形车刀设计常用计算法计算，作图法校 验。
• Lc=lc+a+b+c+d • 其中lc为工件成形表面的宽度 • a为避免切削刃太尖而附加的切削刃宽度，取2 ～5mm • b为工件端面留出精加工余量而附加的切削刃 宽度，取1～3mm，如果端面有倒角，取1 ～ 1.5。 • c为切断预加工而附加的切削刃，一般取3 ～ 8mm。 • D为保证切削刃超出毛坯外圆而附加的切削刃 ，取0.5 ～ 2mm。
作图法设计截形
• 作图法截形设计的主要内容：已知零件廓形、刀 具前角和后角、圆形刀外径D。利用投影作图原理 求出垂直后刀面剖面内的刀具截形。
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作图法设计
已知：零件的廓形、刀具的前角γ f和后角α f、圆 角车刀廓形的最大半径R，用作图法找出切削刃在垂直 于后刀面上投影。 步骤： 1、在主视图上作出 前刀面和后刀面的投影线 2、作出切削刃各点 2’3’4’(5’)的后刀面 投影线 3、在垂直后刀面的截面中，连接各点切削刀投影 点与相等于零件廓形宽度引出线交点1”，2”，3”， 4”，5”，连接各交点所形成的曲线即为成形车刀廓形。
改 变 零 件 廓 形
刃 上 磨 出 凹
• 3）将 Krx =O°的刃段磨出副偏角Krx′=2°～3°,可使摩 擦大为减少。同样不改变工件的廓形，普遍采用。 • 4）采用斜向进给成形车刀，以形成Krx＞ 7°，使 α ox≥ 2°～ 3°。 • 5）采用螺旋体成形车刀，将圆体成形车刀各段切削刃 的后面制成螺旋面，使Krx= 0°处的后面与加工表面形 成一定间隙，使α ox≥ 2°～ 3°。结构复杂，制造麻烦 ，较少采用。
成形车刀的样板和技术条件
• 成形车刀设计后还需要设计成形车刀的样板，一 般样板设计是成对出现，一块是工作样板，用来 检验成形车刀廓形，另一块是校对样板，是用于 检验工作样板磨损程度。 • 技术条件 通常用高速钢制成，整体式，热处理硬度为63 ～66HRC，尺寸公差一般是廓形深度取工件公差的 1/2 ～1/3，宽度取1/5 ～1/8。位置公差为不超 过0.02/100。表面粗糙度：前刀面：Ra0.16-0.63 ，侧面取Ra0.63-1.25，其余为Ra1.25-2.5。