第六章-成型车刀

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。一、种类与用途●按刀体形状平体形车螺纹车圆弧表面铲削棱形加工外成形表面圆形加工内、外成形表面●按进给方向斜向进给切削直角台阶表面时能形成较合理的后角切向进给自动车床上加工精度较高的小尺寸零件径向成形车刀a)平体形b)棱形c)圆形二、成形车刀的几何角度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。1.棱形结论：离工件中心越远，前角越小，后角越大。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：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。2.圆体二、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αfx后，来检验切削刃上任一点处正交平面中后角αox的许可值。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

得

圆形成形车刀:（三）成形车刀的附加刀刃成形车刀的附加切削刃：为加工表面的最小直径≤3，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。工件的双曲线误差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――，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――]。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。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0°；②设计成带刃倾角的车刀，把如图中车刀上的点位置提高到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，但0°的车刀对切削变形有不利影响，而有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。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＞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――]，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。fg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0°的车刀或磨出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。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。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2～5mmb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。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。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＝25.325r7＝12.663B2-7＝10d1-2＝2×（12.6632－102）0.5r1-2＝7.769B2-1＝20d3-4＝2×（17.85＋18）／2＝17.925R3-4＝8.963B2-3＝48d5-6＝2×（19.9＋20）／2＝19.95r5-6＝9.975B5-6＝(14.85＋15.3)／2＝15.075计算刀具廓形深度h＝r1、2Sinγf＝7.769×Sin15°＝2.011h2＝4.044

r1、2Cosγf＝7.769×Cos15°＝7.504

Cos（γf＋αf）＝Cos（15°＋12°）＝0.891Px＝[(rx2－（r1、2Sinγf）2－r1、2Cosγf）0.5]Cos（γf＋αf）

P3、4＝[(8.9632－4.044）0.5－7.504]0.891＝1.096P5、6＝[(9.9752－4.044）0.5－7.504]0.891＝2.019

P7＝[(12.6632－4.044）0.5－7.504]0.891＝4.453计算近似圆弧半径R7Tanθ＝P7／2”7”＝4.453／3＝0.4453θ＝24°R7＝2”7”／Sin2θ＝10／Sin48°＝13.459圆心的位置对称圆弧中心线校验校验4”5”切削刃上后角αo4”5”

因κr4”5”＝0,故αo4”5”＝0改善措施，磨出κr4”5”＝8°

校验刀具廓形宽度∑L<=3dmin

∑L＝49+7＝56（7附加刀刃宽度）56＝∑L<=3×18＝54刀体尺寸Tmax＝T7＝4.894B＝14,H＝75,E＝6,A=25,F=10,r＝0.5