第2章 成形刀具

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。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。342．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。53．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1.6µm，加工青铜件时，Ra可达0.4～0.8µm。675．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)8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。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。9(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。二、用简单的刀具加工10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。11刀刃形状决定于工件形状的车刀，称为成形车刀。第二节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。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：1213种类与用途平体形车螺纹车圆弧表面铲削棱形加工外成形表面14圆形加工内、外成形表面15(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αf

。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。1617(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。1819●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20二、径向成形车刀的前角和后角1径向棱体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。I刀具夹紧后，夹持定位基准面倾斜一个角度；II切削时，刀刃上的基准点与工件中心等高。—后刀面的直母线与过基准点的切削平面之间的夹角，—前刀面与基准点的基面之间的夹角。21IIIIV刀刃上任意一点处：制造和重磨前刀具面时使用此角222径向圆体成形车刀的前角和后角I

—后刀面在基准点的切线与过基准点的切削平面之间的夹角；II

—前刀面与基准点处的基面之间的夹角。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：232径向圆体成形车刀的前角和后角IIIIV此圆为磨刀圆243成形车刀的正交平面内的后角I当、时:

II当时，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。253成形车刀的正交平面内的后角i磨出ii斜装成形车刀；iii螺旋形后刀面；26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27三、径向成形车刀的廓形设计1设计成形车刀廓形的必要性；当成形车刀的前角和后角都大于，或者而时，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。28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；ii计算法：廓形精确，计算复杂。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。229径向成形车刀廓形设计的基本原理和方法III设计成形车刀廓形的准备工作：i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ii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iii根据工件材料的性质和刀具类型，选定前角和后角；iv若为圆体车刀，需要确定其外圆直径。230IV径向棱体成形车刀的廓形设计i作图法：ii计算法：在三角形x‘101中应用正弦定理有31IV径向圆体成形车刀的廓形设计i作图法：ii计算法：32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2三、成形车刀对称圆弧廓形的近似计算33成形车刀的附加刀刃34四、成形车刀加工圆锥面的误差1误差产生的原因：刀具法向廓形误差。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。351误差产生的原因：刀具法向廓形误差。362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；II采用前刀面具有侧向斜角w的成形车刀；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38廓形设计方法图解法计算法391成形车刀的廓形公差I成形车刀的廓形公差应根据工件的加工精度来确定：II粗糙度：ii侧面取iii其余i前、后刀面取40成形车刀的装夹与结构尺寸成形车刀的装夹41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4243Lc=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。44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。45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。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；46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；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。47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。48刀具设计课程设计参考PDF文档49成形车刀设计举例50设计步骤：51棱体车刀设计图样板图52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°53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54设计计算过程：1、零件计算分析图55零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＝15.07556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＝4.45357计算近似圆弧半径R7Tanθ＝P7／2”7”＝4.453／3＝0.4453θ＝24°R7＝2”7”／Sin2θ＝10／Si