成形銑刀設計

1、鏟齒成形銃刀設計一、鏟齒成形銃刀的根本類型鏟齒成形銃刀是用于銃削工件成形外表的專用刀具.它的刃形是根據(jù)工件廓形設計計算的,它具有較高的生產(chǎn)率,并能保證工件形狀和尺寸的互換性,因此得到廣泛使用.成形銃刀按齒背形狀可分為鏟齒與尖齒兩種.1 .尖齒成形銃刀：尖齒成形銃刀齒數(shù)多,具有合理的后角,因而切削輕快、平穩(wěn),加工外表質(zhì)量好,銃刀壽命高.但尖齒成形銃刀需要專用靠?；蛟跀?shù)控工具磨床上來重磨后面、刃磨工藝復雜.因此,刃形簡單的成形銃刀一般做成尖齒形.2 .鏟齒成形銃刀：齒背由徑向鏟削形成,使其具有成形刃后角.該刀具沿前刀面重磨后能保證刃形不變,故在生產(chǎn)中一般采用鏟齒結(jié)構(gòu),只有在大批量生產(chǎn)中才采用尖齒結(jié)

2、構(gòu).本章只討論鏟齒成形銃刀的設計方法.二、鏟齒成形銃刀結(jié)構(gòu)參數(shù)確實定一容屑槽底形式鏟齒成形銃刀容屑槽底有兩種形式：一種是平底形式,如圖319所示；另一種是中間凸起的增強形式,如表376所示.根據(jù)工件廓形最大高度hw來選擇容屑槽底的形圖3-19鏟齒成形銃刀的結(jié)構(gòu)式,當hw較小和刀齒強度足夠的情況下,可采用平底形式,否那么,應采用增強形式.增強式槽底的形狀可根據(jù)工件廓形確定.工件廓形為單面傾斜時,用I型或H型、出型、V型；工件廓形對稱時,用IV型.表476增強型容屑槽形狀及畫法1 .過曲線刀刃的兩極限點作直線點劃線2 .距刀刃為Hi=K+r作刀刃等距曲線點劃線3 .作與刀刃兩極限點直連線點劃線平行

3、并與等距曲線相切I型或相交n型的直線,即為銃刀槽底4 .HRh+K+r5 .3由作圖得出作與齒頂為h+r且平行銃刀軸線的直線距刀刃為彳乍刀力Hi=K+r等距曲線點劃線過等距曲線點劃線與端面交點出型為銃刀齒形高度較大的那個端面的交點作逼近但低于等距曲線點劃線的傾斜線,與水平直線相交即得銃刀槽底H>h+K+r3由作圖得出作與齒頂為Hi=K+r+1-4mm,且平行于銃刀軸線的直線其他作二齒形高度h和寬度B如圖3-19所示,成形銃刀齒形高度可取為h=hw+12mm式中hw一工件的廓形高度.銃刀寬度B一般比工件廓形最大寬度Bw大15mm,并應采用標準系列尺寸.(三)銃刀的孔徑用銃刀切削時,要求其刀

4、桿直徑足夠大,以保證在銃削力作用下有足夠的強度和剛度.因此,銃刀孔徑應按強度或剛度條件計算決定.在一般情況下,可根據(jù)銃削寬度和切削條件選取.表3-77是根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗推薦的數(shù)值.表377成形銃刀內(nèi)孔直徑銃削寬度銃刀孔徑一切削重切削<61313>6-121622>12-252227>25-402732>40-603240>60-1004050(四)銃刀的外徑在保證銃刀孔徑足夠大和銃刀刀體強度足夠的條件下,應選較小的銃刀外徑,以減小扭矩和減少高速鋼的消耗.設計銃刀時,可首先用下式估算外徑,待確定了銃刀的其他有關參數(shù)后,再校驗銃刀刀體強度.d0=(2-2.2)d+2

5、.2h+(26)mm(351)對于增強形式的容屑槽,銃刀外徑可小些d0=(1.6-2)d+2h+(26)mm(352)表378給出了銃刀直徑的推薦值,它是按式(351)與式(352)計算的,并圓整為5的整數(shù)倍.表378成形銃刀外徑孔徑銃刀齒形高度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：表中上欄為平底形容屑槽的銃刀外徑,下欄為增強式容屑槽的銃刀外徑(五)銃刀的齒數(shù)在保證刀齒強度和足夠的重磨次數(shù)的條件下,應盡力取齒數(shù)多些,以便增加銃削的平穩(wěn)性.齒數(shù)Zk與銃刀直徑之間有如下關系.Zk=jid/t(353)式中t一銃刀的圓周齒距.粗加工時,可取t=(1.82.4)H(354)精加工時,可取t=(1.31.8)H(355)式中H一容屑槽高度,由圖4-19可看出H=

7、h+K+r式中：K一刀齒鏟削量r一容屑槽底半徑,一般為13mm由于齒數(shù)Zk未確定時K與r都不能確定,因此可按下式初步估算HH=h+0.06d0+(13)mm(356)將式(356)代入式(355)或式(354),再代入式(353),可求出Zk,也可根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗按銃刀外徑的大小預選銃刀齒數(shù),在設計計算出銃刀的其他結(jié)構(gòu)參數(shù)后,再校驗所選齒數(shù)是否合理.表是根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗推薦的鏟齒成形銃刀的齒數(shù).此表適用于平底式容屑槽的不鏟磨銃刀.對于增強式容屑槽,齒數(shù)可適當增加,對鏟磨銃刀,齒數(shù)可適當減少.表3-79鏟齒成形鐵刀齒數(shù)銃刀外徑d.(mm)4040-4550-55607580-105110120130-1

8、40150-230銃刀齒數(shù)Zk18161412111098為了測量方便,一般宜將齒數(shù)取為偶數(shù).但在銃刀齒數(shù)較少的情況下,假設增加或減少一個刀齒,將對刀齒強度及可磨次數(shù)產(chǎn)生較大影響.在這種情況下,可取齒數(shù)為奇數(shù)(六)銃刀的后角及鏟削量鏟齒成形銃刀通常給出進給方向的后角af,一般可取af=10015°,初步選定af以后,需驗算銃刀切削刃上某些點的主剖面后角aox(圖320)tga°x=tgafxsinkrxtgafsinKrx(357)由式(6-7)可知krx愈小,aox愈小,應保證aox不小于2°3°.實際計算說明,當Rrx<l00時,難以滿足這一要

9、求,這時,應適當增大afo假設仍不能滿足要求可采用將工件斜置的方法或斜向鏟齒的方法增大后角.確定后角af后,相應的鏟削量可按下式計算K=7td0tgaf/Zk(mm)(358)對于精度要求高的成形銃刀,其齒背除鏟削外,尚需進行鏟磨.鏟磨的銃刀其齒背必須做成雙重鏟齒的形式,即在鏟齒時,齒背的AB段用鏟削量為K的凸輪進行鏟削(圖321a),而將BC段用較大的鏟削量K,進行鏟削,這樣可將BC段多鏟去一些,以免砂輪將B點以前磨光后,在B點以后形成凸臺.雙重鏟齒的銃刀齒背亦可做成圖321b所示的形式.常將前者稱為I型,后者稱為II型.當采用I型鏟齒形式時,Ki可按下式計算Ki=(1.31.5)K(359

10、)計算出K與K1后,應按附錄表2所列的鏟床凸輪的升距(即鏟削量)選取相近的數(shù)值.當采用II型鏟齒形式時,可按該表II型選取Kz.1理刀的后角圖321齒背的雙重鏟磨(七)容屑槽尺寸(見圖319)1、容屑槽底半徑rr可按下式計算r=Ttdo2(h+K)/2AZk(3510)式中A一系數(shù),一般鏟磨齒背的成形銃刀,或齒廓高度h較大的成形銃刀,可取A=4不鏟磨齒背的或h較小的,可取A=6.計算出的r應圓整為0.5mm的整數(shù)倍.2、容屑槽角00值應按加工容屑槽所用的角度銃刀的系列選取,一般取為220、250、300等.當銃刀齒數(shù)少時選大值.少數(shù)情況下,可取.為450,如梳形螺紋銃刀即是.3、容屑槽深度H選

11、取的H應保證鏟齒時鏟刀或砂輪不致碰到容屑槽底.對平底式容屑槽且不需鏟磨的成形銃刀H=h+K+r(3511)對于需鏟磨的成形銃刀I型齒背(見圖421a):H=h+r+(K+K1)/2(3512)II型齒背(見圖421b):H=h+K+K2+r(3513)對于增強式容屑槽,槽底的畫法及容屑槽深度可按表376決定.(八)分屑槽當銃刀寬度B<20mm時,切削刃上不需做分屑槽.當B>20mm時,可按表380推薦的尺寸和數(shù)目在切削刃上做出分屑槽.分屑槽亦需鏟削.由于相鄰刀齒的分屑槽需交錯排列,因此,應取銃刀齒數(shù)為偶數(shù),鏟削時,隔一齒鏟削一次,而鏟削量為2K,如表380所zN°表380

12、成形銃刀分屑槽尺寸和數(shù)目銃刀寬度B(mm)分屑槽距p(mm)至端面距離Pi分屑槽數(shù)銃刀寬度B(mm)分屑槽距p(mm)至端面距離Pi分屑槽數(shù)20842502010222942552211224104:2r60241222510526519832811627020103301261275211233213628024123341462851994351472902010436148129521114381582100221244016821052412445189211024124(九)校驗銃刀刀齒和刀體強度初定成形銃刀的各參數(shù)后,需校驗刀體、刀齒強度是否足夠.如果校驗結(jié)果不符合要求,應重新假設

13、和計算,直到滿意為止.1、校驗刀齒強度對于平底式容屑槽銃刀,可按下式計算齒根寬度co(見圖3-19)c3Tt(d0-2H)/4Zk(3-5-14)要求c/H>0.8,當不滿足時,應減少銃刀齒數(shù).對增強式槽底的成形銃刀,一般不需進行此項校驗.2、校驗刀體強度為保證刀體強度,要求m>(0.30.5)d(見圖319).m可按下式計算m=(d02Hd)/2當不滿足時,應增大銃刀外徑.刀齒齒根強度和刀體強度的校驗亦可采用作圖法進行,即按選定的銃刀結(jié)構(gòu)參數(shù)直接畫出銃刀的端面投影圖,由圖直接觀察并測量銃刀齒根寬度c和刀體厚度m是否足夠.(十)校驗鏟磨齒形時砂輪是否和下一個刀齒發(fā)生干預此項校驗一般

14、采用作圖法.可按下面步驟進行(見圖3-22)o圖322成形銃刀鏟磨干預的校驗1、按所設計的成形銃刀參數(shù)d0、Zk、H、0和r作出成形銃刀刀齒的端面投影圖,可得A、I、J三點.從第一齒的頂點A沿徑向取齒廓高度h得G點,從第二齒的頂點J沿徑向取鏟削量K得B點,取齒廓高度h得E點,從A點作直線AOi,AOi與前刀面AO夾角為af,又作AB兩點連線的中垂線與直線AOi交于Oi點,以Oi為圓心,OiA為半徑作圓弧連A點和B點即得近似的齒頂鏟背曲線；以OiG為半徑畫圓弧GD,即為近似的齒底鏟背曲線.2、選砂輪直徑Ds>(2h+25+5)mm,式中25為砂輪法蘭盤直徑,h為銃刀齒廓高度.一般60<

15、;Ds<i20.3、在AJ上取一點a,使Aa"AJ/2,連a.；交GD于F點,連接FOi并延長之,自F點在此延長線上截取F02=Ds/2,得02點,以02為圓心,Ds/2為半徑作圓,即得砂輪的外圓周,并切GD于F點.此時砂輪外圓周如在下一個刀齒E點的上方,那么砂輪在鏟磨時不會碰到下一個刀齒,如果在E點的下方,那么鏟磨時會碰到下一個刀齒,即發(fā)生干預.如發(fā)生干預,需改變銃刀的一些參數(shù),如減少齒數(shù)Zk與鏟削量K或增大.等,重新設計,直到不發(fā)生干預為止.、正前角鏟齒成形銃刀截形的設計計算一前角為零時在這種情況下,工件法剖面截形就是銃刀的齒形.二前角大于零時銃刀有了前角以后,其刀齒在徑向

16、截面的齒形和前刀面上的齒形,就與工件法剖面的截形不同了.設丫f為銃刀外圓處的縱向前角,當丫f較大修如丫f>50時,銃刀徑向截面和前刀面上的齒形需進行修正計算.圖323所示的是工件齒形和銃刀齒形的關系.其中圖3-23b為給定的工件齒形；圖323c為銃刀徑向截面應具有的齒形,即鏟刀應具有的齒形；圖323d為銃刀前刀面的齒形,即樣板應具有的齒形.圖323丫f>0°的鏟齒成形銃刀的齒形計算設M為工件齒形上的任意點,其坐標為如、hn;M"為銃刀徑向截面齒形上的相應點,其坐標為bchc;bc、hc可按表481計算.又設M'為銃刀前刀面齒形上的相應點,其坐標為bt、h

17、t；bt、ht可按表3-81計算.表381正前角成形銃刀徑向截面齒形計算公式序號計算工程符號計算公式計算精度1齒形點的橫坐標bcbc=bn0.0012(見圖419)Rsin,0=arcsinrfR-hn0.00001°3齒形點縱坐標hcKzkhc=hn02Tt0.001表3-82正前角成形銃刀前刀面齒形計算公式序號計算工程符號計算公式計算精度1齒形點橫坐標btbt=bn0.0012齒形點縱坐標ht(R-hn)sin0ht=sin骨0.001四、鏟齒成形銃刀樣板設計鏟齒成形銃刀需要設計兩幅樣板,一幅為檢驗銃刀刃形,其廓形與銃刀前刀面廓形相同；另一幅為檢驗鏟齒成形銃刀樣板刃形,其廓形與銃

18、刀軸向剖面廓形相同.樣板的設計方法與成形車刀樣板相同.詳見本章第二節(jié)內(nèi)容.五、鏟齒成形銃刀技術(shù)條件不鏟磨的成形銃刀技術(shù)條件如下:一外表粗糙度1、刀齒前面、內(nèi)孔外表、端面及鏟磨銃刀的齒背外表一不大于Ra0.8m.2、鏟齒銃刀不鏟磨的齒反面一不大于Ra1.6m.3、其余局部一不大于Ra6.3m.二尺寸公差主要結(jié)構(gòu)尺寸的公差見表383.表383銃刀主要結(jié)構(gòu)尺寸公差mm序號名稱符號公差1銃刀外徑doh152銃刀寬度Bh123銃刀孔徑dh7三形狀位置公差銃刀的形狀位置公差見表3-84.表384成形銃刀的形狀位置公差mm序號工程r銃刀尺寸范圍公差1切削刃的徑向及端面跳動dov100don1000.020.

19、42刀體端面跳動do<100don1000.020.03HW100.043零度前角銃刀前刀回的徑10VHW200.06向性只許凹入20VHW300.09H>300.12四齒形公差銃刀的齒形用樣板或在儀器上投影檢查.允許的透光度見表3-85.當工件的廓形精度要求較嚴時,銃刀的齒形公差可大致取工件廓形允許誤差的1/21/3.表3-85成形銃刀齒形公差銃刀齒形高度透光度齒形的根本局部齒頂圓周局部<40.030.064-120.050.0912-220.070.12>220.080.15五材料及熱處理成形銃刀材料一般用高速鋼.熱處理后硬度應為6366HRC.在銃刀的工作局部,不

20、得有脫碳層和軟點.鏟磨的成形銃刀,其公差與外表粗糙度等級應適當提升,可參考后面例題.六、鏟齒成形銃刀設計舉例在X62W銃床上用鏟齒成形銃刀銃削廓形如圖324所示的工件,工件材料為45鋼,銃刀的f=100,f的100,試設計高速鋼鏟齒成形銃刀.工件廓形曲線局部允許誤差為±0.1mm,角度允許誤差為±15'圖324一鏟齒成形銃刀結(jié)構(gòu)尺寸確定根據(jù)工件廓形計算成形銃刀的結(jié)構(gòu)尺寸,計算步驟見表386,表376為增強槽底成形銃刀的結(jié)構(gòu)尺寸.表3-86鏟齒成形銃刀結(jié)構(gòu)尺寸計算步驟序號工程數(shù)據(jù)來源或公式計算采用值修正值1容屑槽形式由于工件廓形高度較大,為增加銃刀強度并減小銃刀直徑,

21、采用增強式槽底.v型2側(cè)刖角f側(cè)后角紙根據(jù)條件選取f和既片100af=100刀形3寬度B深度hB=B«+3=37+3=40mmh=hw+(12)=26+1=27mmB=40mmh=27mm4孔徑d外徑d0齒數(shù)Z鏟削量K、Ki由表377選取重切削,d=32mm由表378選取d0=125mm由表379選取Zk=9,修正后Zk=9+1=10鏟削量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徑r容屑槽角9容屑槽深度Hr=無d.一2(h+K)/2AZk=3.14X1252(27+7)/2X4x10=2.23mm取r=2mm取8=250選擇v型容屑槽形式；具體畫法見表376選擇I型齒背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二校驗鏟齒成形銃刀校驗過程見表387表387校驗鏟齒成形銃刀序號工程數(shù)據(jù)來源或計算式結(jié)果1銃刀壁厚mm=(

23、d02Hd)/2=(1252X3832)/2=8.5mm0.3d=0.3X32=9.6m<0.3d不能滿足刀體強度不夠,需增大外徑,d°=140mm,其它尺寸都需修正,使m>0.3d能滿足要求.2后角aoxtgaox=tgafsinKrx=tg10°Xsin15°=0.0456aox=2.6°滿足要求允許3齒根強度cc=3無(d02H)/4Zk"3X3.14X(1402X40)/4X10=14.1mmH=40mmC/H=14.1/40=0.35<0.8強度不夠采用增強式槽底4鏟磨干預按圖322進行校驗不干預允許三鏟齒成形銃刀廓

24、形計算計算簡圖如圖323,計算過程見表388、389圖323成形銃刀計算簡圖388軸向廓形計算順序廓形高度和齒形角計算采用值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