成形铣刀设计

1、铲齿成形铳刀设计一、铲齿成形铳刀的根本类型铲齿成形铳刀是用于铳削工件成形外表的专用刀具.它的刃形是根据工件廓形设计计算的,它具有较高的生产率,并能保证工件形状和尺寸的互换性,因此得到广泛使用.成形铳刀按齿背形状可分为铲齿与尖齿两种.1 .尖齿成形铳刀：尖齿成形铳刀齿数多,具有合理的后角,因而切削轻快、平稳,加工外表质量好,铳刀寿命高.但尖齿成形铳刀需要专用靠模或在数控工具磨床上来重磨后面、刃磨工艺复杂.因此,刃形简单的成形铳刀一般做成尖齿形.2 .铲齿成形铳刀：齿背由径向铲削形成,使其具有成形刃后角.该刀具沿前刀面重磨后能保证刃形不变,故在生产中一般采用铲齿结构,只有在大批量生产中才采用尖齿结

2、构.本章只讨论铲齿成形铳刀的设计方法.二、铲齿成形铳刀结构参数确实定一容屑槽底形式铲齿成形铳刀容屑槽底有两种形式：一种是平底形式,如图319所示；另一种是中间凸起的增强形式,如表376所示.根据工件廓形最大高度hw来选择容屑槽底的形图3-19铲齿成形铳刀的结构式,当hw较小和刀齿强度足够的情况下,可采用平底形式,否那么,应采用增强形式.增强式槽底的形状可根据工件廓形确定.工件廓形为单面倾斜时,用I型或H型、出型、V型；工件廓形对称时,用IV型.表476增强型容屑槽形状及画法1 .过曲线刀刃的两极限点作直线点划线2 .距刀刃为Hi=K+r作刀刃等距曲线点划线3 .作与刀刃两极限点直连线点划线平行

3、并与等距曲线相切I型或相交n型的直线,即为铳刀槽底4 .HRh+K+r5 .3由作图得出作与齿顶为h+r且平行铳刀轴线的直线距刀刃为彳乍刀力Hi=K+r等距曲线点划线过等距曲线点划线与端面交点出型为铳刀齿形高度较大的那个端面的交点作逼近但低于等距曲线点划线的倾斜线,与水平直线相交即得铳刀槽底H>h+K+r3由作图得出作与齿顶为Hi=K+r+1-4mm,且平行于铳刀轴线的直线其他作二齿形高度h和宽度B如图3-19所示,成形铳刀齿形高度可取为h=hw+12mm式中hw一工件的廓形高度.铳刀宽度B一般比工件廓形最大宽度Bw大15mm,并应采用标准系列尺寸.(三)铳刀的孔径用铳刀切削时,要求其刀

4、杆直径足够大,以保证在铳削力作用下有足够的强度和刚度.因此,铳刀孔径应按强度或刚度条件计算决定.在一般情况下,可根据铳削宽度和切削条件选取.表3-77是根据生产经验推荐的数值.表377成形铳刀内孔直径铳削宽度铳刀孔径一切削重切削<61313>6-121622>12-252227>25-402732>40-603240>60-1004050(四)铳刀的外径在保证铳刀孔径足够大和铳刀刀体强度足够的条件下,应选较小的铳刀外径,以减小扭矩和减少高速钢的消耗.设计铳刀时,可首先用下式估算外径,待确定了铳刀的其他有关参数后,再校验铳刀刀体强度.d0=(2-2.2)d+2

5、.2h+(26)mm(351)对于增强形式的容屑槽,铳刀外径可小些d0=(1.6-2)d+2h+(26)mm(352)表378给出了铳刀直径的推荐值,它是按式(351)与式(352)计算的,并圆整为5的整数倍.表378成形铳刀外径孔径铳刀齿形高度hd568101215182022252830323513455570一一一一一455055701650557090一一一一454550,55606570902265二657090110一一一一一555560657075809010011527707580901101356516570175801859095;100115125135328590951

6、00110135160757580859095100105110115125135145160401051101101151251351609095100105110115120125130135140145150160注：表中上栏为平底形容屑槽的铳刀外径,下栏为增强式容屑槽的铳刀外径(五)铳刀的齿数在保证刀齿强度和足够的重磨次数的条件下,应尽力取齿数多些,以便增加铳削的平稳性.齿数Zk与铳刀直径之间有如下关系.Zk=jid/t(353)式中t一铳刀的圆周齿距.粗加工时,可取t=(1.82.4)H(354)精加工时,可取t=(1.31.8)H(355)式中H一容屑槽高度,由图4-19可看出H=

7、h+K+r式中：K一刀齿铲削量r一容屑槽底半径,一般为13mm由于齿数Zk未确定时K与r都不能确定,因此可按下式初步估算HH=h+0.06d0+(13)mm(356)将式(356)代入式(355)或式(354),再代入式(353),可求出Zk,也可根据生产经验按铳刀外径的大小预选铳刀齿数,在设计计算出铳刀的其他结构参数后,再校验所选齿数是否合理.表是根据生产经验推荐的铲齿成形铳刀的齿数.此表适用于平底式容屑槽的不铲磨铳刀.对于增强式容屑槽,齿数可适当增加,对铲磨铳刀,齿数可适当减少.表3-79铲齿成形铁刀齿数铳刀外径d.(mm)4040-4550-55607580-105110120130-1

8、40150-230铳刀齿数Zk18161412111098为了测量方便,一般宜将齿数取为偶数.但在铳刀齿数较少的情况下,假设增加或减少一个刀齿,将对刀齿强度及可磨次数产生较大影响.在这种情况下,可取齿数为奇数(六)铳刀的后角及铲削量铲齿成形铳刀通常给出进给方向的后角af,一般可取af=10015°,初步选定af以后,需验算铳刀切削刃上某些点的主剖面后角aox(图320)tga°x=tgafxsinkrxtgafsinKrx(357)由式(6-7)可知krx愈小,aox愈小,应保证aox不小于2°3°.实际计算说明,当Rrx<l00时,难以满足这一要

9、求,这时,应适当增大afo假设仍不能满足要求可采用将工件斜置的方法或斜向铲齿的方法增大后角.确定后角af后,相应的铲削量可按下式计算K=7td0tgaf/Zk(mm)(358)对于精度要求高的成形铳刀,其齿背除铲削外,尚需进行铲磨.铲磨的铳刀其齿背必须做成双重铲齿的形式,即在铲齿时,齿背的AB段用铲削量为K的凸轮进行铲削(图321a),而将BC段用较大的铲削量K,进行铲削,这样可将BC段多铲去一些,以免砂轮将B点以前磨光后,在B点以后形成凸台.双重铲齿的铳刀齿背亦可做成图321b所示的形式.常将前者称为I型,后者称为II型.当采用I型铲齿形式时,Ki可按下式计算Ki=(1.31.5)K(359

10、)计算出K与K1后,应按附录表2所列的铲床凸轮的升距(即铲削量)选取相近的数值.当采用II型铲齿形式时,可按该表II型选取Kz.1理刀的后角图321齿背的双重铲磨(七)容屑槽尺寸(见图319)1、容屑槽底半径rr可按下式计算r=Ttdo2(h+K)/2AZk(3510)式中A一系数,一般铲磨齿背的成形铳刀,或齿廓高度h较大的成形铳刀,可取A=4不铲磨齿背的或h较小的,可取A=6.计算出的r应圆整为0.5mm的整数倍.2、容屑槽角00值应按加工容屑槽所用的角度铳刀的系列选取,一般取为220、250、300等.当铳刀齿数少时选大值.少数情况下,可取.为450,如梳形螺纹铳刀即是.3、容屑槽深度H选

11、取的H应保证铲齿时铲刀或砂轮不致碰到容屑槽底.对平底式容屑槽且不需铲磨的成形铳刀H=h+K+r(3511)对于需铲磨的成形铳刀I型齿背(见图421a):H=h+r+(K+K1)/2(3512)II型齿背(见图421b):H=h+K+K2+r(3513)对于增强式容屑槽,槽底的画法及容屑槽深度可按表376决定.(八)分屑槽当铳刀宽度B<20mm时,切削刃上不需做分屑槽.当B>20mm时,可按表380推荐的尺寸和数目在切削刃上做出分屑槽.分屑槽亦需铲削.由于相邻刀齿的分屑槽需交错排列,因此,应取铳刀齿数为偶数,铲削时,隔一齿铲削一次,而铲削量为2K,如表380所zN°表380

12、成形铳刀分屑槽尺寸和数目铳刀宽度B(mm)分屑槽距p(mm)至端面距离Pi分屑槽数铳刀宽度B(mm)分屑槽距p(mm)至端面距离Pi分屑槽数20842502010222942552211224104:2r60241222510526519832811627020103301261275211233213628024123341462851994351472902010436148129521114381582100221244016821052412445189211024124(九)校验铳刀刀齿和刀体强度初定成形铳刀的各参数后,需校验刀体、刀齿强度是否足够.如果校验结果不符合要求,应重新假设

13、和计算,直到满意为止.1、校验刀齿强度对于平底式容屑槽铳刀,可按下式计算齿根宽度co(见图3-19)c3Tt(d0-2H)/4Zk(3-5-14)要求c/H>0.8,当不满足时,应减少铳刀齿数.对增强式槽底的成形铳刀,一般不需进行此项校验.2、校验刀体强度为保证刀体强度,要求m>(0.30.5)d(见图319).m可按下式计算m=(d02Hd)/2当不满足时,应增大铳刀外径.刀齿齿根强度和刀体强度的校验亦可采用作图法进行,即按选定的铳刀结构参数直接画出铳刀的端面投影图,由图直接观察并测量铳刀齿根宽度c和刀体厚度m是否足够.(十)校验铲磨齿形时砂轮是否和下一个刀齿发生干预此项校验一般

14、采用作图法.可按下面步骤进行(见图3-22)o图322成形铳刀铲磨干预的校验1、按所设计的成形铳刀参数d0、Zk、H、0和r作出成形铳刀刀齿的端面投影图,可得A、I、J三点.从第一齿的顶点A沿径向取齿廓高度h得G点,从第二齿的顶点J沿径向取铲削量K得B点,取齿廓高度h得E点,从A点作直线AOi,AOi与前刀面AO夹角为af,又作AB两点连线的中垂线与直线AOi交于Oi点,以Oi为圆心,OiA为半径作圆弧连A点和B点即得近似的齿顶铲背曲线；以OiG为半径画圆弧GD,即为近似的齿底铲背曲线.2、选砂轮直径Ds>(2h+25+5)mm,式中25为砂轮法兰盘直径,h为铳刀齿廓高度.一般60<

15、;Ds<i20.3、在AJ上取一点a,使Aa"AJ/2,连a.；交GD于F点,连接FOi并延长之,自F点在此延长线上截取F02=Ds/2,得02点,以02为圆心,Ds/2为半径作圆,即得砂轮的外圆周,并切GD于F点.此时砂轮外圆周如在下一个刀齿E点的上方,那么砂轮在铲磨时不会碰到下一个刀齿,如果在E点的下方,那么铲磨时会碰到下一个刀齿,即发生干预.如发生干预,需改变铳刀的一些参数,如减少齿数Zk与铲削量K或增大.等,重新设计,直到不发生干预为止.、正前角铲齿成形铳刀截形的设计计算一前角为零时在这种情况下,工件法剖面截形就是铳刀的齿形.二前角大于零时铳刀有了前角以后,其刀齿在径向

16、截面的齿形和前刀面上的齿形,就与工件法剖面的截形不同了.设丫f为铳刀外圆处的纵向前角,当丫f较大修如丫f>50时,铳刀径向截面和前刀面上的齿形需进行修正计算.图323所示的是工件齿形和铳刀齿形的关系.其中图3-23b为给定的工件齿形；图323c为铳刀径向截面应具有的齿形,即铲刀应具有的齿形；图323d为铳刀前刀面的齿形,即样板应具有的齿形.图323丫f>0°的铲齿成形铳刀的齿形计算设M为工件齿形上的任意点,其坐标为如、hn;M"为铳刀径向截面齿形上的相应点,其坐标为bchc;bc、hc可按表481计算.又设M'为铳刀前刀面齿形上的相应点,其坐标为bt、h

17、t；bt、ht可按表3-81计算.表381正前角成形铳刀径向截面齿形计算公式序号计算工程符号计算公式计算精度1齿形点的横坐标bcbc=bn0.0012(见图419)Rsin,0=arcsinrfR-hn0.00001°3齿形点纵坐标hcKzkhc=hn02Tt0.001表3-82正前角成形铳刀前刀面齿形计算公式序号计算工程符号计算公式计算精度1齿形点横坐标btbt=bn0.0012齿形点纵坐标ht(R-hn)sin0ht=sin骨0.001四、铲齿成形铳刀样板设计铲齿成形铳刀需要设计两幅样板,一幅为检验铳刀刃形,其廓形与铳刀前刀面廓形相同；另一幅为检验铲齿成形铳刀样板刃形,其廓形与铳

18、刀轴向剖面廓形相同.样板的设计方法与成形车刀样板相同.详见本章第二节内容.五、铲齿成形铳刀技术条件不铲磨的成形铳刀技术条件如下:一外表粗糙度1、刀齿前面、内孔外表、端面及铲磨铳刀的齿背外表一不大于Ra0.8m.2、铲齿铳刀不铲磨的齿反面一不大于Ra1.6m.3、其余局部一不大于Ra6.3m.二尺寸公差主要结构尺寸的公差见表383.表383铳刀主要结构尺寸公差mm序号名称符号公差1铳刀外径doh152铳刀宽度Bh123铳刀孔径dh7三形状位置公差铳刀的形状位置公差见表3-84.表384成形铳刀的形状位置公差mm序号工程r铳刀尺寸范围公差1切削刃的径向及端面跳动dov100don1000.020.

19、42刀体端面跳动do<100don1000.020.03HW100.043零度前角铳刀前刀回的径10VHW200.06向性只许凹入20VHW300.09H>300.12四齿形公差铳刀的齿形用样板或在仪器上投影检查.允许的透光度见表3-85.当工件的廓形精度要求较严时,铳刀的齿形公差可大致取工件廓形允许误差的1/21/3.表3-85成形铳刀齿形公差铳刀齿形高度透光度齿形的根本局部齿顶圆周局部<40.030.064-120.050.0912-220.070.12>220.080.15五材料及热处理成形铳刀材料一般用高速钢.热处理后硬度应为6366HRC.在铳刀的工作局部,不

20、得有脱碳层和软点.铲磨的成形铳刀,其公差与外表粗糙度等级应适当提升,可参考后面例题.六、铲齿成形铳刀设计举例在X62W铳床上用铲齿成形铳刀铳削廓形如图324所示的工件,工件材料为45钢,铳刀的f=100,f的100,试设计高速钢铲齿成形铳刀.工件廓形曲线局部允许误差为±0.1mm,角度允许误差为±15'图324一铲齿成形铳刀结构尺寸确定根据工件廓形计算成形铳刀的结构尺寸,计算步骤见表386,表376为增强槽底成形铳刀的结构尺寸.表3-86铲齿成形铳刀结构尺寸计算步骤序号工程数据来源或公式计算采用值修正值1容屑槽形式由于工件廓形高度较大,为增加铳刀强度并减小铳刀直径,

21、采用增强式槽底.v型2侧刖角f侧后角纸根据条件选取f和既片100af=100刀形3宽度B深度hB=B«+3=37+3=40mmh=hw+(12)=26+1=27mmB=40mmh=27mm4孔径d外径d0齿数Z铲削量K、Ki由表377选取重切削,d=32mm由表378选取d0=125mm由表379选取Zk=9,修正后Zk=9+1=10铲削量K=%d0tgat/乙=3.14x125xtg100/10=6.9mm修正后K=7mmK1=(1.31.5)K=10mmd=32mmd0=125mmZk=10K=7mmK1=10mmd=32mmd0=140mmZk=10K=8mmK1=11mm5容

22、屑槽尺寸容屑槽底半径r容屑槽角9容屑槽深度Hr=无d.一2(h+K)/2AZk=3.14X1252(27+7)/2X4x10=2.23mm取r=2mm取8=250选择v型容屑槽形式；具体画法见表376选择I型齿背H=h+r+(K+K1)/2=27+2+8.5=37.5mm取H=38mm查表377H1=K+r+(1-4)=7+2+3=12mmH2=h+r=27+2=29mmr=2mm9=250H=38mmH1=12mmH2=29mmr=3mm9=250H=40mmH1=14mmH2=30mm二校验铲齿成形铳刀校验过程见表387表387校验铲齿成形铳刀序号工程数据来源或计算式结果1铳刀壁厚mm=(

23、d02Hd)/2=(1252X3832)/2=8.5mm0.3d=0.3X32=9.6m<0.3d不能满足刀体强度不够,需增大外径,d°=140mm,其它尺寸都需修正,使m>0.3d能满足要求.2后角aoxtgaox=tgafsinKrx=tg10°Xsin15°=0.0456aox=2.6°满足要求允许3齿根强度cc=3无(d02H)/4Zk"3X3.14X(1402X40)/4X10=14.1mmH=40mmC/H=14.1/40=0.35<0.8强度不够采用增强式槽底4铲磨干预按图322进行校验不干预允许三铲齿成形铳刀廓

24、形计算计算简图如图323,计算过程见表388、389图323成形铳刀计算简图388轴向廓形计算顺序廓形高度和齿形角计算采用值1140R2=R-h2=-5.6=64.4&=64.4mm2Rsin丫f70sin100sin丫f2=-=八=0.18875R264.4丫f2=10.879°Tf2=10.879°3.2=Yf2Yf=10.88-10°=0.88°/=0.88°4'W0.88°h2=h2K=5.68X10=5.4360360'h2=5.4mm5140R3=Rha=-2-11.9=58.1R3=58.1mm6RsinTf70sin10sinTf3=0.20921,R358.1Tf3=12.076°Yf3=12.076°7久二Tf3H=12.076-10°=2.076°M=2.076°8那么2.076°h3=h3-K=11.9-8X10.=11.439360360.'h3=11.439mm9140R4=Rh4=-18.7=51.3R4=51.3mm10RsinTf70sin10°sin84=0.2369R451.3Tf4=13.706°Tf4=13.706°11以=Tf4T