第2章 成形刀具

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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。
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第二节
成形车刀
刀刃形状决定于工件形状的车刀，称为成形车刀。 但它的法向廓形尺寸与工件的轴剖面图形并不完 全一致，需要进行设计计算。成形车刀制成后， 其后刀面为成形表面，每次重磨时只磨前刀面。 成形车刀是一种专用刀具，它多用于车床、六角 车床、自动和半自动车床上加工内外回转体成形 表面。
II
37
五、成形车刀的轮廓设计
工件的轮廓是指工件轴向剖面上的形状和尺寸，包 括宽度、深度、圆弧半径等。 成形车刀轮廓在与后刀面垂直的剖面内表示，对圆 体成形车刀而言，就是它的轴向剖面。 轮廓设计的必要性
当r f 0、 f 0时， 刀具廓形等于工件廓形 ， 但这种成形车刀无实用 意义； 当r f 0、 f 0时， 必须按工件的廓形深度 修正计算成形车刀廓形 深度。
28
2
径向成形车刀廓形设计的基本原理和方法
I
设计方法：
i
作图法：比较直观，便于掌握，手工作图很难得到 精确的廓形尺寸； 计算法：廓形精确，计算复杂。
ii II
基本原理：回转体表面 可以看作由许多很短的、 锥度不同的圆锥面组成。
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2
Baidu Nhomakorabea
径向成形车刀廓形设计的基本原理和方法
III i ii
设计成形车刀廓形的准备工作：
刀具夹紧后，夹持定位基 准面倾斜一个角度 f ；
II
切削时，刀刃上的基准 f— 点与工件中心等高。 后刀面的直母线与过基 准点的切削平面 Ps 之间 f —前刀面与 的夹角， 基准点的基面 Pr 之间的 夹角。
21
III
f f
f 90 f f
制造和重磨前刀具面 时使用此角
第二章 成形车刀
1
第一节
成形表面及其加工方法
有些机器零件的表面，不是简单的圆柱面、圆锥面、平 面及其组合，而是形状复杂的表面，这些复杂表面称为 成形表面。
2
成形表面的加工方法很多，按成形原理分述如下。 一、用成形刀具加工
刀具的切削刃按工件表面轮廓形状制造，加工时，刀 具相对工件作简单的直线进给运动。
• 刀具设计课程设计 • 参考PDF文档
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成形车刀设计举例
50
设计步骤：
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棱体车刀设计图
样板图
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棱形成形车刀设计举例
• • • • 已知条件 加工零件如下图 材料：Y15 易切钢，σb＝0.49Gpa 选取前角 γf ＝15° 后角 αf ＝12°
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。
3
4
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。
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刀具结构尺寸
实际生产中，已知apmax，可参考资料选取相关尺寸。
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成形车刀的样板与技术条件
成形车刀的样板 样板成对制造，相互密合。一块用于检验刀具轮廓，称为 工作样板；另一块用于检验工作样板的制造精度和使用后的磨 损程度，称为检验样板。 样板由低碳钢（15、20）制造，表面渗碳淬火，56~62HRC， 厚度1.5~2.5mm。
一、 成形车刀的类型和装夹
成形车刀按其结构和形状可分为下面三种：
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13
种类与用途
平体形
车螺纹
车圆弧表面
棱 形
加工外 成形表 面
铲削
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圆 形
加工内、 外成形表 面
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(1)平体成形车刀：除刀刃具有复杂的形状外，外形和 普通车刀相似，如图8-11 只能用于加工外成形表面，且重磨次数少。它的装夹方 法和普通车刀一样。 (2)棱体成形车刀：它的外形为棱柱体，其重磨次数比 平体成形车刀多，刀具的刚性比平体的好。 使用时靠燕尾体与刀杆的燕尾槽联结。并用螺钉夹紧， 如图8—12所示。刀杆的燕尾槽制有一倾斜角，即图 8—12中的α f 。刀体下端的螺钉可用来调整刀尖的高 度．并可承受部分切削力，增加刀具的刚性。
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成形车刀的装夹与结构尺寸 成形车刀的装夹
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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
2 p
2Prc
33
成形车刀的附加刀刃
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四、成形车刀加工圆锥面的误差
双曲线误差—当用成形车刀加工圆锥面时，加工 所得的圆锥表面的母线呈内凹的双曲线。
1
误差产生的原因：刀具法向廓形误差。
35
1
误差产生的原因：刀具法向廓形误差。
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2
减少误差的措施：
I
前刀面通过工件轴线，刀刃制成应有的曲线形 状； 采用前刀面具有侧向斜 角w的成形车刀；
以上成形车刀工作时，工件旋转是主运动，刀具做径向进 给运动。
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● 按进给方向
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 20 较合理的后角
二、径向成形车刀的前角和后角
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。
1
I
径向棱体成形车刀的前角和后角
IV
刀刃上任意一点处：
f f fx fx
sin fx h rx
22
2
径向圆体成形车刀的前角和后角
切削时，将刀刃上的基准点 调整到与工件中心等高，并将成 形车刀的中心装高于工件中心一 个距离，则： I —后刀面在基准 f 点的切线与过基准点 的切削平面之间的夹 角； II f —前刀面与基准点 处的基面之间的夹 角。
5
3．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。
4．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。
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5．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)
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成形刀具特点：
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。
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hc R1 sin R1 sin f f 此圆为磨刀圆
III
2
径向圆体成形车刀的前角和后角
fx fx f f x
IV
24
3
成形车刀的正交平面内的后角 o
I
当 f 0 、s 0 时:


tgox tg fx sin rx
计算法：
2 Rx hc2 Bx
hc R1 sin f f
B1 R1 cos f f
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Bx B1 Cx
三、成形车刀对称圆弧廓形的近似计算
2
径向成形车刀廓形设计的基本原理和方法
V
成形车刀刀刃圆弧廓形的近似替代
rc
2ra p P a
2 rc
检查工件成形表面各组成点的坐标尺寸是否齐全； 注意带公差的尺寸 为工件成形表面上各组成点编号，并标注其坐标尺寸； 注意基准点的选择 根据工件材料的性质和刀 具类型，选定前角 f 和 后角 f ； 若为圆体车刀，需要确定 其外圆直径。
30
iii
iv
IV
径向棱体成形车刀的 廓形设计
i
ii
作图法：
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廓形设计方法
图解法
计算法
39
1
I
成形车刀的廓形公差
成形车刀的廓形公差应根据工件的加工精度来确 定： 1 1 ~ 5 3 粗糙度：
i ii iii
II
前、后刀面取 Ra 0.16 ~ 0.63m 侧面取
Ra 0.63 ~ 1.25m
其余 Ra 1.25 ~ 2.5m
II
0 当 rx 时，该处的刀
刃与进给方向平行，切 削条件差，刀具磨损严 重，必须改善。
25
3
i
成形车刀的正交平面内的后角 o
2 磨出
ii
斜装成形车刀；
iii
螺旋形后刀面；
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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
计算法：
在三角形x‘101中应用 正弦定理有
Cx
rx sin f fx sin f
px
cos f f sin f
x sin f fx
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fx 通过计算获得 x是点的坐标信息，
V
径向圆体成形车 刀的廓形设计
i ii
作图法：
圆体成形车刀切削刃对内孔轴线的圆跳动公差为 0.02~0.03mm，前刀面对轴线的平等度公差为100长度内不超 过0.15mm。 表面粗糙度 前、后刀面取0.16~0.63μm，侧面取0.63~1.25μm，其余取 1.25~2.5μm。
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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 48 板图。
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(3)圆体成形车刀：它的外形是回转体，其重磨次数比棱体 的多．且可加工内成形表面。图8—13所示为加工外成形表 面时的装夹方法之一。
如图所示，工作时，将刀尖调整到工件中心高度上，用内 孔定位装夹。为防止因切削力使刀具转动，刀具一端制有 端面齿，和刀夹上的端面齿相啮合，由图可见，当工件顺 时针旋转时(主运动)，刀具的中心应高于工件中心．以便 形成后角
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。
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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。
制 成 螺 旋 后 刀 27 面
三、径向成形车刀的廓形设计
1
设计成形车刀廓形的必要性；
当成形车刀的前角 f 0 和后角 f 都大于 ，或 者 f 0 而 f 0 时，刀 具的法剖面廓形与工件 的轴向廓形不同。刀具 的法向廓形深度小于工 件轴向廓形深度尺寸， 因此，在设计成形车刀 时，必须根据工件的轴 向廓形来求得刀具上法 向廓形。
成形车刀的技术条件
刀具材料、热处理 高速钢，整体式；或硬质合金，焊接式，刀体45或40Cr。 尺寸公差 刀具廓形深度公差取工件相应公差的1/2~1/3； 刀具廓形宽度公差取工件相应公差的1/5~1/8；
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位置公差
棱体成形车刀后刀面对燕尾槽安装基面的平行度和两侧面 对燕尾槽安装基面的垂直度在100长度内均不超过0.02mm；
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• 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。