第12章 成形车刀

第二节 成形车刀的前角和后角 前、后角确定的基本原则 (1)成形车刀的前角和后角的作用和选择原则，基本上 与普通车刀相同。 (2)成形车刀在安装前，需预先按名义前角和后角之和 在刀具上磨出一个角度。 (3)当刀具安装在刀夹中，并使切削刃上的基准点与工
件中心等高时，才能得到规定的名义前角和后角的数值，
成形车刀的特点是： （1）加工质量稳定 采用成形车刀加工， 工件成形表面的形状和尺寸主要取决于刀具 切削刃的形状和制造精度，所以，它可保证 稳定的加工质量。一般加工精度可达IT9～10 级，表面粗糙度Ra可达2.5～10µm。 （2）生产率较高 工件成形表面是由刀具 一次切削成形，减少了复杂的工艺过程。 （3）刀具寿命长 成形车刀刀刃可经多次 重磨而保持刃形不变，使用期限长。
在制造棱体成形车刀 时，将前刀面与后刀面的 夹角磨成90o-（rf-af）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rf安装，即可获 得所需的前角和后角。如 图所示。
图成形车刀前角和后角的形成 棱体成形车刀
在制造时将圆体成形车刀的 前刀面做成离其中心为h0的 距离（如图）；安装刀具时， 将刀具中心O0比工件中心高 出H即可形成所需要的前角 rf和后角af 。h0和H值可由 下式算得：
a）切向进给的成形车刀 b）轴向进给的成形车刀 图12-2不同进给方向的成形车刀
3）轴向进给的成形车刀 如图12-2b所示。刀具沿工件轴线 方向进刀，在加工单面阶梯形工件时，每段切削刃只切取较小的 切削截面，故切削力较小，适于加工刚性差的零件，但不能加工 双面凹凸和双面阶梯形工件。
a）切向进给的成形车刀 b）轴向进给的成形车刀 图12-2不同进给方向的成形车刀
根据工件的材质、刀具类型和加工情况，选取前角和后角。 对于圆体成形车刀还需确定其外径的d0。d0根据工件最大廓深 apmax由有关设计资料查得,也可由下式计算。
d 0 2R1 2(a p max e) 1.5d
式中：apmax ― 工件最大廓深，即工件的最大半径与最小半径之 差； e― 考虑有足够的容屑空间需要的距离，可按切削厚度和 切屑的卷曲程度选取，一般为3mm～12mm （当工件为脆性材 料时取小值，工件为韧性材料时取大值）； d― 内孔直径，主要根据心轴的强度和刚度确定，一般取 为（0.25～0.45）d0，据此取成相近之标准值10 、13 、16 、20 、 22 、27 等； R1― 刀具廓形最大半径。
第一节 成形车刀的种类、用途
一、成形车刀的种类 成形车刀的种类很多，一般按刀体结构形状和刀具进给方式 来分类。 1．按刀体结构形状分类
a）平体成形车刀
b）棱体成形车刀 c）圆体成形车刀 图12-1 不同刀体形状的成形车刀
1）平体成形车刀 其外形为平条状，刀体结构和普通车刀相同。它具有体积 小、装夹简便、制造容易和成本低等优点，适用于小批生产。 可用于各类车床来加工外成形表面。例如螺纹车刀和铲刀，就 属于平体成形车刀。缺点是重磨次数少，不能加工内成形表面。
成形车刀的前角rf和后角af ，可按工件材质和刀具类型 参考下表选取。 表1 成形车刀前角值
工件材料
碳钢 σb ＜0.49Gpa σb=0.49～0.784Gpa σb=0.784～1.76GPa ＜150HBS 150～200HBS 200～250HBS 黄铜 青铜 紫铜、铝
前角
150～200 100～150 00～100 150 120 80 00～100 00～50 200～250
2. 成形车刀的装夹 通常成形车刀是通过专用刀 夹安装在机床上的。对装夹的要 求是：夹持可靠、刚性好、装卸 容易、调整方便，并且夹持结构 力求简单和标准化。 如图所示，棱体成形车刀是 以燕尾的底面或与其平行的面作 为定位基准面装夹在刀夹燕尾槽 内的，并用螺钉及弹性槽夹紧。 裝夹时刀具倾斜所需的后角，并 使刀尖与工件中心等高。车刀下 端的螺钉3可用来调节刀尖位置 的高底， 同时可增加刀具的刚 性。
种类
外形
加工对象 外成形表面工件
（螺纹车刀和铲制成形铣刀用的铲刀）
重磨次数
平体成形车刀
平条状
较少
棱体成形车刀
棱柱状
外成形表面工件
较平体成形车 刀的多
圆体成形车刀
回转体
加工内、外成形表面的工件
（制造较方便，使用得较多）
Hale Waihona Puke Baidu
较多
2．按刀具进给方式分类 （1）径向进给成形车刀 上述车刀均为此类，切削刃沿工件半径方向切入，切削行程 短，生产效率高，因此应用广泛。但由于切削宽度较大，径向力 较大，容易引起工件变形与振动，故不宜加工刚性较差的细长轴。 （2）切向进给的成形车刀 如图12-2a所示。切削时，切削 刃沿工件表面的切线方向切入。切削刃相对于工件有较大的偏角， 所以它不是全部同时参加切削工作，而是分先后逐渐切入和切出， 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 较长，生产率较低。它适用于加工细长杆或刚性较差的外成形表 面。
h0 R sin( f f )( mm ) H R sin f ( mm )
式中：R―成形车刀最大外圆 半径，即基点1处的半径。 图成形车刀前角和后角的形成 圆体成形车刀
圆体成形车刀不但在 制造时要保证h0值，而且 重磨前刀面后也应使h0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 面于这个圆的切平面内。
如图所示，圆体车刀3以内孔 为定位基准面，套装带螺纹的心 轴2上，通过销子1与端面齿环4相 连，以防车刀工作时转动。将齿 环与圆体成形车刀一起相对扇形 板5转动若干齿，则可粗调刀尖高 度，扇形板同时与蜗杆9啮合，转 动蜗杆就可微调刀尖高低。在心 轴表面上还开了一条窄小长槽， 利用螺钉6可避免旋紧螺母7时心 轴一起转动，但允许心轴2轴向移 动。刀夹上的销子7用来限制扇形 板转动的范围。 平体成形车刀装夹方法与普通 车刀相同。
对于普通径向进给的成形车刀，其轴向尺寸 和工件的轴向尺寸是相等的，不发生变化，但廓 形深度发生了变化，所以必须对刀具的廓形深度 加以修正设计、计算。
2. 廓形修正设计方法 成形车刀廓形设计的方法，主要有图解法和计算法两种。图解法较简单， 但设计精度差；计算法设计精度较高但工作量大。近年来随着极算计的广泛 应用，计算法的应用也十分广泛。在此仅以计算法为例介绍成型车刀的设计 步骤。 1）在着手设计成形车刀的廓形前必须做好以下准备工作。 作出工件廓形的正、俯视图。 确定工件廓形上的组成点和基点，并进行编号。为了减少设计工作量， 一般先选择工件廓形上的转折点（称为廓形的组成点）。如直线廓形可取两 端点作为组成点，而曲线廓形则除两端点外，尚需根据工件精度的要求，在 曲线中间再取若干点作为组成点。然后依次给各组成点编号（一般将工件回 转体上半径最小处的点编为1点，称为基点。 注意，在工件廓形上有一些小的倒角、圆角等，在廓形设计时可以不必 考虑，等其它部分的廓形都设计好以后，再将它们照搬到刀具廓形的相应部 位即可。 在工件廓形图上，标出各组成点的轴向尺寸和径向尺寸。在标注尺寸时， 须注意有公差的径向尺寸应取其平均值，并以此值进行计算。
如所示。
(4)成形车刀的切削刃形状，较为复杂，有
直线部分，也有曲线部分，而且切削刃上各
处的正交平面都不相同。故成形车刀的名义
切削角度规定在其进给方向的剖面。
1. 前、后角的形成及其大小 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 于工件轴线的剖面）内测量，并以切削刃上最外缘与工 件中心等高点（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。 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。即预先将刀具磨成一定的角度（包括使用过形 成中的重磨，都要保证这个角度不变），然后依靠刀具 相对工件的安装位置，形成所需要的前、后角。
1.廓形设计的必要性 工件上包含轴线的轴 向剖面廓形是已知的廓形。 为了方便起见，在制造和 测量成形车刀时使用的是 N-N剖面上的廓形（图）。 对于棱体成形车刀，就是 垂直于主后刀面的N-N法 向剖面上的廓形；对于圆 体成形车刀，就是轴向剖 面上的廓形。
从图中可以看出，只有当rf =00 ， af =00时，刀具的N-N平面 上的廓形和工件的轴向剖面廓形才完全相同。此时成形车刀的 廓形无需修正，即刀具廓形等于工件廓形。但af =00成形车刀是 不能进行切削工作的，必须具有合理的前角和后角才能有效地 工作。显然，当rf >00 、 af >00或rf =00 、 af >00时，刀具在N-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，且rf 、af越大，二者的差别越大。
2）棱体成形车刀 其外形呈棱柱状，具有加工精度高、刀刃强度高、散热条 件好、切削用量大、生产率高，设计、刃磨、检验较简便等 优点。但比圆体刀制造复杂，重磨次数少，专用刀夹外形尺 寸大，也只能用来加工外成形表面。适用于大、中型六角车 床。
3）圆体成形车刀 其本身就是一个回转体，与前两种成形车刀相比，具有可 重磨次数更多，制造较容易，且可用来加工内、外成形表面等 优点，因而用得较多。缺点是刀刃强度较弱，散热条件差，刀 夹制造复杂、外形尺寸较大及加工圆锥面时的双曲线误差较大 等。
第12章 成形车刀
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Ra6.3μm～3.2μm；刀 具可重磨次数多，使用寿命长。
铸铁
铜
表2 成形车刀后角值
车刀类型 平体成型车刀 棱体成型车刀 圆体成型车刀 后角 250～300 100～170 100～150
注：本 表适于 高速钢 成形车 刀，如 果用硬 质合金 车刀加 工钢材 时，可 将表中 数值减 1.50。
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rf =00、λs=00的成形车刀为例来进行讨论。 如图所示，切削刃上任一点x在假定工作平面内的后角afx为与 该点主剖面后角aox为间的关系为： tan ox tan fx sin rx 式中：Krx—切削刃上 点的主 偏角。 显然 aox ＜ afx ，并且 随 的Krx 减小而减小；当Krx=00时，不论afx 等于多少，总有aox=00 。该段切削 刃及其后面将与工件产生剧烈摩擦， 切削条件恶劣，需采取适当措施予 以改善，以保证 aox >20~30。
常用的措施有：在Krx=00的切削刃上磨出凹槽以保留一条 窄小的棱面（图 (a)）或磨出的副偏角K’r=20或30（图(b)）， 此法可减小摩擦，且刃磨简单，但仍有一棱面或棱线与工件 摩擦。若采用与工件轴线斜装的成形车刀（图(c)），切削条 件会更好。斜角τ 一般取150～200。
第三节 径向成形车刀的廓型设计
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；使用十对安装精度的要求 高，安装调整比较麻烦。一般用在成形回转表面 的成批、大量生产中，在半自动或自动车床上加 工内、外回转体的成形表面。当生产批量较小时， 也可在普通车床上加工成形表面。目前多在纺织 机械厂、汽车厂、拖拉机厂、轴承厂等工厂中使 用。
图 成形车刀前角和后角的形成 圆体成形车刀
由图中还可看出，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 刃上个点切削平面和基面位置不同，因而前角和后角也都不 相同，离基点愈远的点，前角愈小，后角愈大。即rf2 <rf， af2 >af；而且园体成型车刀的这种变化更为显著。