第六章_成型车刀

• 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。
•
任何一个复杂的回转体工件，其成形表面均可分 解成许多个单元锥体表面。用几何学原理可以证明， 锥体表面与平行于轴线但不包含轴线（包含的话是 什么？）的任何平面的交线均为双曲线。
•
当用前角 大于0的棱体成形车刀加工锥体表 面时，车刀的前刀面是一个平行于工件轴线但不 包含轴线的平面M—M[如图中所示]，它与工件 锥体表面的交线是一条双曲线1― 3 ― 2 ，若要 准确地切出此锥体表面，就要求车刀切削刃廓形 与此双曲线形状完全一致。但为了制造和刃磨方 便，车刀切削刃都做成直线形[图中的直线 1― 4 ― 2 ]。用这种车刀进行切削，就要将工件的锥 体表面在中间多切去一些，加工后的工件外形为 一内凹的双曲线回转体。工件的内凹量称为双曲 线误差，由棱体成形车刀产生的误差叫做第一类 双曲线误差，一般数值较小，不超过0.05mm， 在前角大到20°时，误差才达0.lmm。
工件的双曲线误差
• 用成形车刀加工成形零件时会产生误差，从而影 响工件的加工精度。 • 产生误差的原因有:刀具设计时产生的设计计算 误差(如廓形设计时计算到一定有效位数而产生的计 算误差、作图时的度量误差、刀具本身的双曲线误 差以及圆弧廓形近似计算产生的误差等)、刀具制造 刃磨时产生的加工误差、刀具使用时产生的调整误 差和安装误差等。现主要讨论双曲线误差。
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
四、成形车刀的样板和技术条件及其它
• 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。
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
作 出 侧 隙 角
斜 装 成 形 车 刀
制 成 螺 旋 后 刀 面
三、廓 形 设 计
（一） 概念
零件廓形：在轴向平面上的形状(宽度、深度、角度和圆弧)。
成形车刀廓形：在垂直于后刀面平面上的形状(宽度、深度、角 度和圆弧，因为成形车刀在这个面上容易制造和测量)。
（二）车刀廓形设计 ● 作图法设计
已知：零件的廓形、刀具的前角γf和后角αf、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。
● 计算法设计
由图,可知棱形
C x wk.baidu.comC C1
h r1 sin f ; C
rx2 h 2 ; C1 r1 cos f
rx2 h 2 r1 cos f
rx2 (r1 sin f ) 2 r1 cos f 得
Px C x cos( f f ) [ rx2 (r1 sin f ) 2 r1 cos f ] cos( f f )
•
用圆体成形车刀加工锥体表面时[见图]，除产生 类似棱体成形车刀所产生的第一类双曲线误差外， 还由于圆体成形车刀本身也是一个圆锥体，在 f ＞
0°时，它的前刀面和车刀锥体面的交线本身就已经
是外凸的双曲线[如见图中的曲线 1― 4―2 ]，所以
圆体成形车刀相比棱体成形车刀在工件上要切去更
多一层金属，从而产生了第二类双曲线误差。这导
致工件外形是一个更加内凹的双曲回转体。这类误
差较大，一般可达0.4mm，当前角为20°时，可达
1.4mm 左右。
•
由于圆体成形车刀在形成后角时，车刀的中心面 必须高于工件的中心面，因此其刀刃就不能位于刀具 轴向剖面内。所以加工锥体表面的车刀其刀刃一般都 是外凸的双曲线，即使是 f 0°的车刀或磨出 s也只 能消除第一类双曲线误差而不能消除第二类误差。由 于第二类误差比第一类误差大得多，所以圆体成形车 刀的双曲线误差比棱体的大，加工精度低。 • 另外，为了减轻后续工序切断刀的负荷，并对工 件端面倒角或修光，在成形车刀两侧还需配置附加切 削刃。在制造成形车刀时，为了检验刀具廓形，要设 计一个工作样板；为了检验工作样板的磨损程度，还 要设计一个检验样板；这两块样板工作面形状共轭， 是成对设计的。有关上述方面的详细内容可参阅相关 手册和工具书。
•
要消除这种双曲线误差，又要使车刀制造方便， 仍保持直线切削刃，只有使车刀切削刃位于工件 轴向剖面内，且与工件锥体表面母线完全重合才 行。一般可采用下列两种方法： • ① 对某些精加工用的成形车刀可使其 f 0°； • ② 设计成带刃倾角 s 的车刀，把如图中车刀上 的 2点位置提高到2点的位置上，车刀的这段切削 刃便与工件锥体母线重合。 • 这两种方法从理论上讲都可以消除双曲线误差， f 但 0°的车刀对切削变形有不利影响，而有 s 的车刀会增加工件其他部分的加工误差，并且设 计制造复杂，目前应用不多。
一、种 类 与 用 途 ● 按刀体形状
平体形
车螺纹
车圆弧表面
棱 形
加工外 成形表 面
铲削
圆 形
加工内、 外成形表 面
● 按进给方向
径向成形车刀 a) 平体形 b) 棱形 c) 圆形
切向进给
自动车床上加 工精度较高的 小尺寸零件
斜向进给
切削直角台阶 表面时能形成 较合理的后角
二、 成形车刀的几何角度
第六章
成 型 车 刀
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。 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选IT7～ IT8。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。 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。
圆形成形车刀: P R Rx x
h r1 sin f , C x C C1 , C rx2 h 2 , C1 r1 cos f
Px R C 2 RC x cos( f f )
2 2 x
（三）成形车刀的附加刀刃
成形车刀的附加切削刃：
L / d wmin ≤3， d wmin 为加工表面的最小直径
1. 棱形
结论：离工件中心越远，前角越小，后角越大。
2.圆体 • 在制造时将圆体成形车刀的前刀面做成离其中心为 的距离h0 ；安装刀具时，刀具中心O0比工件中心高 出H ，即可形成所需要的前角和后角。h0和H值可由 下式计算：
h0 R sin(
f
f )
H R sin f
• 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该值，而且重磨 前刀面后也应使其值不变。为此，通常在刀具端面 上刻出一个以O0为中心、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。 • 其也满足：离工件中心越远，前角越小，后角越大。
二、 在正交平面中切削刃后角的检验
检验：用上述方 法在假定工作平 面内确定了后角 α fx后，来检验切 削刃上任一点处 正交平面中后角 α ox的许可值。
tanox tan f x sin rx
如果该值过下小（如等于零度时），则应：
改善措施：
改 变 零 件 廓 形
刃 上 磨 出 凹 槽
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，σb＝0.49Gpa 选取前角 γf ＝15° 后角 αf ＝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
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(如下图所示)。 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。
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 Sinγf ＝7.769×Sin15°＝2.011 • h2＝4.044 r 1、2 Cosγf ＝7.769×Cos15°＝7.504 Cos（γf ＋αf）＝Cos（15°＋12°）＝ 0.891 • P x ＝[ ( rx2－（r1、2 Sinγf ）2 － r1、2 Cosγf）0.5 ] Cos（γf ＋αf） 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
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。