第6章 成形车刀

按照成形表面的几何特征一般分为以下三种类型：
(1)回转成形面 由一条母线(曲线)绕一固定轴线旋转而 成。如滚动轴承内、外圈的圆弧滚道和手柄等。 (图81(a))
(2)直线成形面
由一条直母线沿一条曲线平行移动而成。它可分为：① 外成形面，如凸轮(图8-1(b))和冷冲模的凸模等；②内 成形面，如叶片泵定子内曲面和冷冲模的凹模型孔等。
特点： 可加工形状复杂的直线及立体成形面；且靠模与靠模销 之间的接触压力小（约5∽8MPa），靠模可用石膏、木材 或铝合金等软材料制造，加工方便，精度高且成本低。 缺点：机床复杂，设备费用高。
（二） 按运动轨迹法加工成形面 内、外球面加工中，常采用运动轨迹法 常用的方法有铣削、车削和磨削。如图8-10用车削法车削 外球面和内球面，现在数控机床及编程技术的发展，这些 轨迹成形面的成形加工已非常简单易行了。
电感式仿形装置 由图8—9 示出，在靠模仪4内有电感发 生器，加工时靠模销9沿水平 或垂直方向运动并始终和靠 模8的表面保持接触，随着靠 模表面曲线的变化，靠模销 产生轴向移动，使发生器中 的电感发生变化，从而发出 信号，经放大后控制进给电 机3，驱使指状铣刀跟踪靠模 销作相应的位移而进行成形 面的加工。
刀具实现准确的 圆轨迹进给运动。
精度、生产率较 高。
适用于大批量生 产
通过蜗轮传 动，保证刀 尖围绕固定 圆心实现准 确的进给运
动
第二节 成形车刀的特点与类型
特点： 成形车刀是用在各种车床上加工内、外回转体成形
表面的专用刀具，其刃形是根据零件的廓形设计的。它具有如下特 点：
1、生产效率高 利用成形车刀进行加工，一次进给便可完成零 件各表面的加工，因此具有很高的生产率。故在零件的成批大量生 产中，得到广泛的使用。
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圆形刀刀夹结构
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圆形刀刀夹结构
成形车刀的前角和后角
图６-４ 成形车刀的前角和后角
ａ）棱体刀
ｂ）圆体刀
成形车刀的前角和后角
与其他刀具直接磨出前角、后角不同，成形车刀预先磨出一 定角度，然后依靠刀具相对工件的安装位置而形成的。
例如，对于棱体成形车刀，制造和重磨时只控制前、后角之 和，装夹时装在倾斜一αf的角度的刀杆上，从而形成前角 γf和后角αf ，如图8—12所示。 对于圆体成形车刀，如图8—14所示，制造时使车刀中心到前 刀面的垂直距离为：h0=R1sin（γf+ αf），安装时，使刀尖 位于工件中心高度位置，刀具中心比工件中心高H= R1sinγf
第六章 成形车刀
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。
本章的主要内容是：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)。
适用范围：
用成形刀具加工成形面，适用于成形面精度要求较高， 尺寸较小，零件批量较大的场合。
二、用简单的刀具加工
(一)用靠模装置加工成形面
1．机械靠模装置
图8-8为利用靠模车削成 形面的装置。将车床中拖板上 的丝杠拆去，把拉杆固定在中 拖板上，其另一端与滚柱连接， 当大拖板作纵向移动时，滚柱 沿着靠模的曲线槽移动，使车 刀作相应的移动，车出手柄上 的成形面。
ｃ）圆体成形车刀
几种成形车刀简述
1、平体成形车刀 它除了切削刃有一定的形状要求外，结构上和普通车刀相近。
因其允许的重磨次数不多。一般仅用于加工螺纹或铲制成形铣刀、 滚刀的齿背。 2、棱体成形车刀
其外形是棱柱体。可重磨次数比平体成形车刀多，刚性也好， 但只能用来加工外成形表面。 3、圆体成形车刀
其外形是回转体，切削刃在圆周表面上分布，与以上两种成形 车刀相比，制造方便，允许重磨次数多。既可用来加工外成形表面， 又可用来加工内成形表面，使用比较普遍，但加工精度与刚性低于 棱体成形车刀。
2、加工质量稳定 使用成形车刀进行切削加工，由于零件的成 形表面主要取决于刀具切削刃的形状和制造精度，所以它可以保证 被加工工件表面形状和尺寸精度的一致性和互换性。一般加工后零 件的精度等级可达IT8～IT7．表面粗糙度值可达2.5～10Ra。
3、刀具使用寿命长 成形车刀用钝后，一般重磨前面，可重磨 次数多，尤其圆体成形车刀。
ａ）棱体刀
ｂ）圆体刀
三、成形车刀的截面设计
成形车刀的截形设计，就是由零件的廓形来确定刀具的截形。 零件的廓形，是指零件轴剖面内的形状与尺寸，包括深度、宽度和圆弧 等。 为了测量与制造的方便，成形车刀的截形一般规定在刀具后面的法剖面 内表示。主要包括截形深度、宽度和圆弧等。 成形车刀截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。
4、刀具制造比较困难，成本高，故单件、小批生产不宜使用成 形车刀。
一、成形车刀类型
• 按进给方向分类有：
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径向
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切向 ｝→成形车刀
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斜向
• 按其结构分类有： 平体
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棱体 ｝→成形车刀
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圆体
• 径向进给成形车刀几种形式
平体
棱体
圆体
径向进给成形车刀几种实物形式
ａ）平体成形车刀
图６-１ 径向进给成形车刀 ｂ）棱体成形车刀
切向进给成形车刀
图６-２ 切向进给成形车刀
斜向进给成形车刀
图６-３ 斜向进给成形车刀
二、 成形车刀的装夹
棱体成形车刀是以燕尾作为定位基准，安装在燕尾槽内。刀 具燕尾的后平面K--K是固定基准，安装时将刀体竖立井倾斜 αf角．通过调整刀夹下端的螺钉，将切削刃上计算基准点1ˊ 与工件中心等高，然后用螺栓夹紧。下端螺钉除了能承担部 分切削力外，还能增强刀具的性。
成形车刀的前、后角规定在工件的端截面内测量，并以 刀刃上最外点为其标准值。在工件端截面中的前角为γf ， 后角为αf ，如图8—14所示。
h0=R1sin （γf+αf）
H= R1sinγf
由于有了前角，切削刃上不位于工件中心高度上的其他 各点，都低于切削刃最外点，
例如图8-14中2点低于1点。由图可知，离切削刃最外点 愈远，其前角愈小，后角愈大。且圆体比棱体成形车刀 变化要大。 成形车刀的前角可根据工件材料选择(参考有关手册)； 后角可按下列数值选取：
特点与使用范围：
用机械靠模装置加工成形面，生产率较高，加工精度主 要取决于靠模精度。靠模形状复杂，制造困难，费用高。 靠模与滚轮之间直接承受切削力，磨损较严重。因此， 必须提高靠模的硬度、耐磨性以延长其寿命，这也给靠 模制造增加了困难。这种方法适于在成批生产中应用。
2．随动系统靠模装置
随动系统靠模装置是以发送器的触头(靠模销)接 受靠模外形轮廓曲线的变化为信号，通过放大装置将 信号放大后送入驱动装置，再由驱动装置控制刀具作 相应的仿形运动。仿形装置按发送器作用原理不同， 有很多种类，下面介绍一种应用较多的仿形装置—— 电感式仿形装置。
6．磨削成形面
利用修整好的成形砂轮，在外圆磨床上可以磨削回转成形 面(图8—6)，在平面磨床上可以磨削外直线成形面(图8—7)
特点：
用成形刀具加工成形面，加工的精度主要取决于刀具的精 度，并易于保证同一批工件表面形状、尺寸的一致性和互 换性。成形刀具是宽刃刀具，同时参加切削的刀刃较长， 一次切削行程就可切出工件的成形面,因而有较高的生产率. 此外成形刀具可重磨的次数多,故刀具的寿命长.但是,成形 刀具的设计、制造和刃磨都较复杂，故刀具的成本也较高。
棱体成形车刀的装夹
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棱形刀刀夹结构
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棱形刀刀夹结构
圆体成形车刀的装夹
圆体成形车刀 是以圆柱孔作为定位基准面，套装在刀夹的螺杆上。 圆体成形车刀用销子与齿盘连接，齿盘与扇形板利用端面齿啮合， 扇形板与蜗杆啮合，然后利用螺帽将成形车刀连同芯轴及其它零件 拧紧在刀夹上。当调整圆体成形车刀基准点位置的高度时，松开螺 帽，转动齿盘，使之相对扇形板上的齿纹错位，达到粗调；转动安 装在刀夹孔内的蜗杆使扇形板、齿盘以及圆体成形车刀一起转动， 达到精调。利用刀夹两侧调节螺钉调整成形车刀轴线。
1．车削成形面
用成形车刀可加工内、外回转成形面。常用的成形车 刀有棱体成形车刀(图8—2(a))和圆体成形车刀(图8— 2(b))。前者只能加工外成形面，而后者可以加工内、外回 转成形面，故应用较为广泛。
2．铣削成形面
用成形铣刀铣削成形面，一般在卧式铣床上进行(图8—3)， 常用来加工直线成形面。一般成形铣刀的前角γ 。=0º ，重磨 时只刃磨前刀面以保证刃形不变。
从图8—14中可明显看出，刀具在N一N剖面上的廓形深度 P和工件轴向剖面上的廓形深度Pw是不相等的，即
P<Pw
Pw=r2-r1
成形车刀截形的设计计算方法有计算法、作图法和 查表计算法。
作图法设计成形车刀廓形
图６-８ 作图法设计成形车刀廓形
ａ）棱形成形车刀
ｂ）圆形成形车刀
下面以圆体成形车刀为例介绍计算 法的原理。
3．刨削成形面
成形刨刀的结构与成形车刀相似，一般只用于加工形 状简单的直线成形面。
4．拉削成形面
拉削可加工多种内、外直线成形面。加工质量好、生产 率高，但拉削成形面的拉刀复杂，成本高，故宜用于成批 大量生产。
5．铰削内球面
用球形铰刀可以铰削小直径的球窝(图8—4)，以及处于深 孔的球窝(图8—5)。铰削前先用钻头在工件上钻出盲孔，再 用成形车刀粗车成形，然后进行粗铰、精铰。球铰刀一般有 4～6个齿，粗铰刀刀齿上开有分屑槽，精铰刀上没有。精铰 钢件的表面粗糙度Ra为1.6µ m，加工青铜件时，Ra可达 0.4～0.8 µ m。