第二章成形车刀

1、1第 一 篇主讲：陶福春主讲：陶福春成形刀具设计成形刀具设计2刀刃形状决定于工件形状的车刀，称为成形车刀。刀刃形状决定于工件形状的车刀，称为成形车刀。第二章第二章 成形车刀成形车刀但它的廓形尺寸与工件的并不完全一致，需要进但它的廓形尺寸与工件的并不完全一致，需要进行设计计算。成形车刀制成后，行设计计算。成形车刀制成后，其后刀面其后刀面为成形为成形表面，每次重磨时只磨前刀面。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车床、自动和半自动车床上加工内外回转体成形表面。表面。 第一节第一节

2、成形车刀的类型和装夹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：成形车刀按其结构和形状可分为下面三种：3(1)(1)平体成形车刀：除刀刃具有复杂的形状外，外形和平体成形车刀：除刀刃具有复杂的形状外，外形和普通车刀相似，如图普通车刀相似，如图8-118-11只能用于加工外成形表面，且重磨次数少。它的装夹方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。法和普通车刀一样。(2)(2)棱体成形车刀：它的外形为棱柱体，其重磨次数比棱体成形车刀：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。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

3、燕尾槽联结。并用螺钉夹紧，使用时靠燕尾体与刀杆的燕尾槽联结。并用螺钉夹紧，如图如图812812所示。刀杆的燕尾槽制有一倾斜角，即图所示。刀杆的燕尾槽制有一倾斜角，即图881212中的中的f 。刀体下端的螺钉可用来调整刀尖的高。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。度并可承受部分切削力，增加刀具的刚性。45(3)(3)圆体成形车刀：它的外形是回转体，其重磨次数比棱体圆体成形车刀：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。图的多且可加工内成形表面。图813813所示为加工外成形表所示为加工外成形表面时的装夹方法之一。面时的装夹方法之一。如图所示，工作

4、时，将刀尖调整到工件中心高度上，用内如图所示，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时针旋转时( (主运动主运动) )，刀具的中心应高于工件中心以便，刀具的中心应高于工件中心以便形成后角形成后角以上成形车刀工作时，工件旋转是主运动，刀具做径向进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。给运动。6h h0 0=R=R1 1sinsin（f f+f f）H= RH= R1

5、1sinsinf f78第二节、成形车刀的前角和后角第二节、成形车刀的前角和后角 一、前后角的形成及特点一、前后角的形成及特点 与其他刀具直接磨出前角、后角不同，成形车刀预先磨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。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，装夹时装在倾斜一角之和，装夹时装在倾斜一f f的角度的刀杆上，从而形成前的角度的刀杆上，从而形成前角角f f和后角和后角f f ，如图，如图812812所示。所示。

6、对于圆体成形车刀，如图对于圆体成形车刀，如图814814所示，制造时使车刀中心所示，制造时使车刀中心到前刀面的垂直距离为：到前刀面的垂直距离为：h h0 0=R=R1 1sinsin（f f+ + f f），安装时，使），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刀尖位于工件中心高度位置，刀具中心比工件中心高H= H= R R1 1sinsinf f二、前后角的测量二、前后角的测量 成形车刀的前、后角规定在工件的端截面内测量，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。在工件并以刀刃上最外点为其标准值。在工件端截面端截面中的前角中的前角为为f f ，后

7、角为，后角为f f ，如图，如图814814所示。所示。9 由于有了前角，切削刃上不位于工件中心高度上的由于有了前角，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，其他各点，都低于切削刃最外点， 例如图例如图8-148-14中中2 2点低于点低于1 1点。由图可知点。由图可知，离切削刃最，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。车刀变化要大。 三、前后角的选择三、前后角的选择成形车刀的前角可根据工件材料选择成形车刀的前角可根据工件材料选择( (参考有关手册参考有关手册) )；后角可按下列数值选取：后角

8、可按下列数值选取： 平体成形车刀平体成形车刀 25253030 棱体成形车刀棱体成形车刀 12121717 圆体成形车刀圆体成形车刀 1010151510四、正交平面内后角过小时的改进措施四、正交平面内后角过小时的改进措施 由由P7P7式式1-31-3可知：正交平面内的后角随着主偏角越小可知：正交平面内的后角随着主偏角越小而减小，当主偏角为零度是，不管进给平面内的后角多而减小，当主偏角为零度是，不管进给平面内的后角多大，正交平面内的后角都是零度；该处后刀面与已加工大，正交平面内的后角都是零度；该处后刀面与已加工表面产生严重的摩擦而影响加工质量。应加以改进。表面产生严重的摩擦而影响加工质量。应加

9、以改进。 为了保证正常工作，一般在正交平面内的后角应为了保证正常工作，一般在正交平面内的后角应不小于不小于2 23 3；过小时可采取如下措施改进：；过小时可采取如下措施改进： 1 1、在后刀面磨出凹槽，减少摩擦面积；、在后刀面磨出凹槽，减少摩擦面积； 2 2、磨出、磨出2 23 3的副后角减少摩擦；的副后角减少摩擦； 3 3、采用斜装刀具、采用斜装刀具 （P8P8如图如图1-51-5）11第三节、成形车刀的截形计算第三节、成形车刀的截形计算 一、截形设计的必要性一、截形设计的必要性 制造成形车刀时，是以制造成形车刀时，是以N N一一N N剖面上的廓形作为加工和剖面上的廓形作为加工和检验用的，如

10、图检验用的，如图814814所示。对于棱体成形车刀，应知道所示。对于棱体成形车刀，应知道垂直于主后刀面的法剖面的廓形尺寸；对于圆体成形车刀，垂直于主后刀面的法剖面的廓形尺寸；对于圆体成形车刀，应知道它的轴向剖面的廓形尺寸。应知道它的轴向剖面的廓形尺寸。 从图从图814814可以看出，只有当前角和后角都等于零可以看出，只有当前角和后角都等于零时刀具的时刀具的N-NN-N剖面上的廓形尺寸才和工件的轴向廓形完剖面上的廓形尺寸才和工件的轴向廓形完全相同。此时，成形车刀的截形无需计算，它等于工件廓全相同。此时，成形车刀的截形无需计算，它等于工件廓形尺寸。但是，前、后角都等于零度形尺寸。但是，前、后角都等

11、于零度( (特别是后角为零度特别是后角为零度) )的成形车刀是无法进行工作的。只要后角大于零度，成形的成形车刀是无法进行工作的。只要后角大于零度，成形车刀的截形就必须进行计算。车刀的截形就必须进行计算。 从图从图814814中可明显看出，刀具在中可明显看出，刀具在N N一一N N剖面上的廓形深剖面上的廓形深度度P P和工件轴向剖面上的廓形深度和工件轴向剖面上的廓形深度PwPw是不相等的，即是不相等的，即 PPw Pw=r2-r1PPw Pw=r2-r112二、成形车刀的廓形计算二、成形车刀的廓形计算 成形车刀截形的设计计算方法有计算法、作图法和查成形车刀截形的设计计算方法有计算法、作图法和查表

12、计算法。下面以圆体成形车刀为例介绍计算法的原理。表计算法。下面以圆体成形车刀为例介绍计算法的原理。1 1、廓形设计的准备工作、廓形设计的准备工作1 1）确定成型表面的组成点和基点）确定成型表面的组成点和基点2 2）在工件廓形图上标出各组成点的轴向和径向尺寸；）在工件廓形图上标出各组成点的轴向和径向尺寸；注：径向尺寸应为平均尺寸。注：径向尺寸应为平均尺寸。 132 2、作图法、作图法（1 1）棱体成形车刀截形的作图步骤）棱体成形车刀截形的作图步骤1 1）按放大的比例用平均尺寸画出工件的主俯视图；）按放大的比例用平均尺寸画出工件的主俯视图；2 2）自基点）自基点1 1作前角的前刀面投影线和后角的后

13、刀面作前角的前刀面投影线和后角的后刀面投影线；投影线；3 3）前刀面和工件上各廓形组成点的交点即为前刀面）前刀面和工件上各廓形组成点的交点即为前刀面上相应的切削刃点；上相应的切削刃点；4 4）过这些点引平行于基点处后刀面的直线，他们和）过这些点引平行于基点处后刀面的直线，他们和基点处后刀面的垂直距离就是所求的廓形深度。基点处后刀面的垂直距离就是所求的廓形深度。142 2、作图法、作图法（2 2）园体成形车刀截形的作图步骤）园体成形车刀截形的作图步骤1 1）按放大的比例用平均尺寸画出工件的主俯视图；）按放大的比例用平均尺寸画出工件的主俯视图；2 2）在主视图上通过基点）在主视图上通过基点1 1先

14、向下作前角的前刀面投先向下作前角的前刀面投影线，在向上作一与水平线倾斜成后角的上斜线，影线，在向上作一与水平线倾斜成后角的上斜线，以基点为起点、以基点为起点、R R为半径作弧与上斜线相交，确定刀为半径作弧与上斜线相交，确定刀具圆心，画出刀具主视图；具圆心，画出刀具主视图；3 3）工件各廓形组成点和前刀面的交点，他们与道具）工件各廓形组成点和前刀面的交点，他们与道具圆心的距离即为所求的刀具廓形上各个组成点的半圆心的距离即为所求的刀具廓形上各个组成点的半径，外圆半径的差值即为所求廓形的深度；径，外圆半径的差值即为所求廓形的深度；4 4）在俯视图上作出刀具轴向剖面美的廓形，）在俯视图上作出刀具轴向剖

15、面美的廓形，153 3、计算法、计算法 如图如图815815所示的外表面加工用的圆体成所示的外表面加工用的圆体成形车刀的计算原理如下。形车刀的计算原理如下。 计算时，应已知工件的各个半径及计算时，应已知工件的各个半径及轴向尺寸，刀具的前角轴向尺寸，刀具的前角f f和后角和后角f f刀具刀具的最大半径的最大半径R R1 1，也应事先选定。，也应事先选定。计算的要求是求出刀具上各组成点的半计算的要求是求出刀具上各组成点的半径径( (即图中的即图中的R R2 2，R R3 3) )。1617 （2 2）求刀具法剖面上的尺寸）求刀具法剖面上的尺寸1)1)棱体成形车刀棱体成形车刀18（3）角度和圆弧半径

16、的修整计算：图）角度和圆弧半径的修整计算：图1-9、10，式，式1-7、1-819三、成形车刀加工时的双曲线误差三、成形车刀加工时的双曲线误差成形车刀在加工圆锥体成形车刀在加工圆锥体( (或工件上的圆锥部分或工件上的圆锥部分) )时，时，加工后往往发现圆锥体母线不是直线，而是一条内加工后往往发现圆锥体母线不是直线，而是一条内凹的双曲线，这种误差称为双曲线误差。凹的双曲线，这种误差称为双曲线误差。图图816816为棱体成形车刀加工圆锥体的情况。由于前角为棱体成形车刀加工圆锥体的情况。由于前角不等于零度，包含前刀面的不等于零度，包含前刀面的MMMM平面不通过工件的中平面不通过工件的中心，即切削刃不

17、在工件的轴线平面上。根据圆锥体的心，即切削刃不在工件的轴线平面上。根据圆锥体的形成原理可知，工件在形成原理可知，工件在MMMM平面内应是一条外凸的双平面内应是一条外凸的双曲线。这样，刀刃在曲线。这样，刀刃在MMMM平面上的形状应该是内凹的平面上的形状应该是内凹的双曲线双曲线11一一33一一22，才能切出正确的圆锥体。然而，才能切出正确的圆锥体。然而刀刃却是直线刀刃却是直线11一一44一一22，即工件被多切去了一部，即工件被多切去了一部分材料。加工后的工件表面便不是圆锥面，因而产生分材料。加工后的工件表面便不是圆锥面，因而产生了双曲线误差。这种误差反映在工件上是工件表面的了双曲线误差。这种误差反映在工件上是工件表面的内凹量。内凹量。2021四、成形车刀附加切削刃及精度设计四、成形车刀附加切削刃及精度设计1 1）附加切削刃附加切削刃 成形车刀切削刃的宽度主要根据工件廓形来决成形车刀切削刃的宽度主要根据工件廓形来决定的，根据需要可在两端适当的附加切削