第六章-成型車刀

第六章

成型車刀

成形車刀是用在各種車床上加工內(nèi)、外回轉(zhuǎn)體成形表面的專用刀具，其刃形是根據(jù)零件的廓形設(shè)計的。它具有如下特點：1、生產(chǎn)率高利用成形車刀進(jìn)行加工，一次進(jìn)給便可完成零件各表面的加工，因此具有很高的生產(chǎn)率。故在零件的成批大量生產(chǎn)中，得到廣泛的使用。2、加工質(zhì)量穩(wěn)定使用成形車刀進(jìn)行切削加工，由于零件的成形表面主要取決于刀具切削刃的形狀和制造精度，所以它可以保證被加工工件表面形狀和尺寸精度的一致性和互換性。一般加工后零件的精度等級可選IT7～I(xiàn)T8。表面粗糙度值可達(dá)2.5～10Ra。3、刀具使用壽命長成形車刀用鈍后，一般重磨前面，可重磨次數(shù)多，尤其圓體成形車刀。4、刀具制造比較困難，成本高，故單件、小批生產(chǎn)不宜使用成形車刀。一、種類與用途●按刀體形狀平體形車螺紋車圓弧表面鏟削棱形加工外成形表面圓形加工內(nèi)、外成形表面●按進(jìn)給方向斜向進(jìn)給切削直角臺階表面時能形成較合理的后角切向進(jìn)給自動車床上加工精度較高的小尺寸零件徑向成形車刀a)平體形b)棱形c)圓形二、成形車刀的幾何角度1.前、后角的形成及其大小(成形)車刀必須具有合理的前、后角才能有效地工作。由于成形車刀的刃形復(fù)雜，切削刃上各點正交平面方向不一致，同時考慮測量和重磨方便，前角和后角都不在正交平面內(nèi)測量，而規(guī)定在刀具的假定工作平面(垂直于工件軸線的斷面)內(nèi)測量，并以切削刃上最外緣與工件中心等高點(圖中的1點，該點稱為成形車刀的基點)處的假定工作前角和假定工作后角作為標(biāo)注值(如下圖所示)。成形車刀的前角和后角是通過刀具的制造和安裝來形成的。1.棱形結(jié)論：離工件中心越遠(yuǎn)，前角越小，后角越大。在制造時將圓體成形車刀的前刀面做成離其中心為的距離h0；安裝刀具時，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值可由下式計算：式中：——成形車刀最大外圓半徑，即基點1處的半徑。圓體成形車刀不但在制造時要保證該值，而且重磨前刀面后也應(yīng)使其值不變。為此，通常在刀具端面上刻出一個以O(shè)0為中心、為半徑的磨刀檢驗圓，重磨時應(yīng)置前刀面于這個圓的切平面內(nèi)。其也滿足：離工件中心越遠(yuǎn)，前角越小，后角越大。2.圓體二、在正交平面中切削刃后角的檢驗檢驗：用上述方法在假定工作平面內(nèi)確定了后角αfx后，來檢驗切削刃上任一點處正交平面中后角αox的許可值。如果該值過下?。ㄈ绲扔诹愣葧r），則應(yīng)：改善措施：改變零件廓形刃上磨出凹槽作出側(cè)隙角斜裝成形車刀制成螺旋后刀面三、廓形設(shè)計（一）概念零件廓形：在軸向平面上的形狀(寬度、深度、角度和圓弧)。成形車刀廓形：在垂直于后刀面平面上的形狀(寬度、深度、角度和圓弧，因為成形車刀在這個面上容易制造和測量)。（二）車刀廓形設(shè)計●作圖法設(shè)計已知：零件的廓形、刀具的前角γf和后角αf、圓角車刀廓形的最大半徑R，用作圖法找出切削刃在垂直于后刀面上投影。步驟：1、在主視圖上作出前刀面和后刀面的投影線2、作出切削刃各點2’3’4’(5’)的后刀面投影線3、在垂直后刀面的截面中，連接各點切削刀投影點與相等于零件廓形寬度引出線交點1”，2”，3”，4”，5”，連接各交點所形成的曲線即為成形車刀廓形。●計算法設(shè)計由圖,可知棱形

得

圓形成形車刀:（三）成形車刀的附加刀刃成形車刀的附加切削刃：為加工表面的最小直徑≤3，用成形車刀加工成形零件時會產(chǎn)生誤差，從而影響工件的加工精度。產(chǎn)生誤差的原因有:刀具設(shè)計時產(chǎn)生的設(shè)計計算誤差(如廓形設(shè)計時計算到一定有效位數(shù)而產(chǎn)生的計算誤差、作圖時的度量誤差、刀具本身的雙曲線誤差以及圓弧廓形近似計算產(chǎn)生的誤差等)、刀具制造刃磨時產(chǎn)生的加工誤差、刀具使用時產(chǎn)生的調(diào)整誤差和安裝誤差等?，F(xiàn)主要討論雙曲線誤差。工件的雙曲線誤差任何一個復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體工件，其成形表面均可分解成許多個單元錐體表面。用幾何學(xué)原理可以證明，錐體表面與平行于軸線但不包含軸線（包含的話是什么？）的任何平面的交線均為雙曲線。當(dāng)用前角大于0的棱體成形車刀加工錐體表面時，車刀的前刀面是一個平行于工件軸線但不包含軸線的平面M—M[如圖中所示]，它與工件錐體表面的交線是一條雙曲線1――，若要準(zhǔn)確地切出此錐體表面，就要求車刀切削刃廓形與此雙曲線形狀完全一致。但為了制造和刃磨方便，車刀切削刃都做成直線形[圖中的直線――]。用這種車刀進(jìn)行切削，就要將工件的錐體表面在中間多切去一些，加工后的工件外形為一內(nèi)凹的雙曲線回轉(zhuǎn)體。工件的內(nèi)凹量稱為雙曲線誤差，由棱體成形車刀產(chǎn)生的誤差叫做第一類雙曲線誤差，一般數(shù)值較小，不超過0.05mm，在前角大到20°時，誤差才達(dá)0.lmm。要消除這種雙曲線誤差，又要使車刀制造方便，仍保持直線切削刃，只有使車刀切削刃位于工件軸向剖面內(nèi)，且與工件錐體表面母線完全重合才行。一般可采用下列兩種方法：①對某些精加工用的成形車刀可使其0°；②設(shè)計成帶刃傾角的車刀，把如圖中車刀上的點位置提高到2點的位置上，車刀的這段切削刃便與工件錐體母線重合。這兩種方法從理論上講都可以消除雙曲線誤差，但0°的車刀對切削變形有不利影響，而有的車刀會增加工件其他部分的加工誤差，并且設(shè)計制造復(fù)雜，目前應(yīng)用不多。用圓體成形車刀加工錐體表面時[見圖]，除產(chǎn)生類似棱體成形車刀所產(chǎn)生的第一類雙曲線誤差外，還由于圓體成形車刀本身也是一個圓錐體，在＞0°時，它的前刀面和車刀錐體面的交線本身就已經(jīng)是外凸的雙曲線[如見圖中的曲線――]，所以圓體成形車刀相比棱體成形車刀在工件上要切去更多一層金屬，從而產(chǎn)生了第二類雙曲線誤差。這導(dǎo)致工件外形是一個更加內(nèi)凹的雙曲回轉(zhuǎn)體。這類誤差較大，一般可達(dá)0.4mm，當(dāng)前角為20°時，可達(dá)1.4mm左右。fg由于圓體成形車刀在形成后角時，車刀的中心面必須高于工件的中心面，因此其刀刃就不能位于刀具軸向剖面內(nèi)。所以加工錐體表面的車刀其刀刃一般都是外凸的雙曲線，即使是0°的車刀或磨出也只能消除第一類雙曲線誤差而不能消除第二類誤差。由于第二類誤差比第一類誤差大得多，所以圓體成形車刀的雙曲線誤差比棱體的大，加工精度低。另外，為了減輕后續(xù)工序切斷刀的負(fù)荷，并對工件端面倒角或修光，在成形車刀兩側(cè)還需配置附加切削刃。在制造成形車刀時，為了檢驗刀具廓形，要設(shè)計一個工作樣板；為了檢驗工作樣板的磨損程度，還要設(shè)計一個檢驗樣板；這兩塊樣板工作面形狀共軛，是成對設(shè)計的。有關(guān)上述方面的詳細(xì)內(nèi)容可參閱相關(guān)手冊和工具書。四、成形車刀的樣板和技術(shù)條件及其它成形車刀設(shè)計后還需要設(shè)計成形車刀的樣板，一般樣板設(shè)計是成對出現(xiàn)，一塊是工作樣板，用來檢驗成形車刀廓形，另一塊是校對樣板，是用于檢驗工作樣板磨損程度。技術(shù)條件通常用高速鋼制成，整體式，熱處理硬度為63～66HRC，尺寸公差一般是廓形深度取工件公差的1/2～1/3，寬度取1/5～1/8。位置公差為不超過0.02/100。表面粗糙度：前刀面：Ra0.16-0.63，側(cè)面取Ra0.63-1.25，其余為Ra1.25-2.5。成形車刀設(shè)計的基本步驟一、選用刀具材料（根據(jù)加工材料選擇）二、確定刀具幾何角度（前角與后角）三、確定刀具結(jié)構(gòu)尺寸（主要是最大廓深，深度確定以后可查閱相關(guān)手冊）四、確定工件組成點與組成點平均尺寸五、計算刀具各點對應(yīng)的廓形深度六、個組成點廓形的深度公差七、計算刀具斜線部分的傾角八、求近似圓弧，作出刀具廓形圖以及樣板圖。成形車刀的裝夾與結(jié)構(gòu)尺寸成形車刀先裝在專用刀夾上,再將刀夾固裝在機(jī)床上進(jìn)行工作的.成形車刀的結(jié)構(gòu)尺寸棱形成形車刀的結(jié)構(gòu)尺寸有高度、寬度、厚度和燕尾尺寸；圓體車刀的結(jié)構(gòu)尺寸有外徑、孔徑和寬度等，只要已知工件的最大廓形深度尺寸，可以根據(jù)有關(guān)手冊查閱相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸，但成形車刀的寬度Lc需要計算Lc=lc+a+b+c+d其中l(wèi)c為工件成形表面的寬度a為避免切削刃太尖而附加的切削刃寬度，取2～5mmb為工件端面留出精加工余量而附加的切削刃寬度，取1～3mm，如果端面有倒角，取1～1.5。c為切斷預(yù)加工而附加的切削刃，一般取3～8mm。D為保證切削刃超出毛坯外圓而附加的切削刃，取0.5～2mm。成形車刀的樣板和技術(shù)條件成形車刀設(shè)計后還需要設(shè)計成形車刀的樣板，一般樣板設(shè)計是成對出現(xiàn)，一塊是工作樣板，用來檢驗成形車刀廓形，另一塊是校對樣板，是用于檢驗工作樣板磨損程度。技術(shù)條件通常用高速鋼制成，整體式，熱處理硬度為63～66HRC，尺寸公差一般是廓形深度取工件公差的1/2～1/3，寬度取1/5～1/8。位置公差為不超過0.02/100。表面粗糙度：前刀面：Ra0.16-0.63，側(cè)面取Ra0.63-1.25，其余為Ra1.25-2.5成形車刀設(shè)計的基本步驟一、選用刀具材料（根據(jù)加工材料選擇）二、確定刀具幾何角度（前角與后角）三、確定刀具結(jié)構(gòu)尺寸（主要是最大廓深，深度確定以后可查閱相關(guān)手冊）四、確定工件組成點與組成點平均尺寸五、計算刀具各點對應(yīng)的廓形深度六、個組成點廓形的深度公差七、計算刀具斜線部分的傾角八、求近似圓弧，作出刀具廓形圖以及樣板圖。棱形成形車刀設(shè)計舉例已知條件加工零件如右圖材料：Y15易切鋼，σb＝0.49Gpa選取前角γf＝15°后角αf＝12°設(shè)計要求：

設(shè)計計算棱形成形車刀截形，繪制成形車刀及樣板圖設(shè)計計算過程：1、零件計算分析圖零件平均尺寸計算取刀具上1，(2，)為刀具輪廓形設(shè)計計準(zhǔn)點。節(jié)點1、2、3、4、5、6、7平均直徑分別為：

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計算刀具廓形深度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計算近似圓弧半徑R7Tanθ＝P7／2”7”＝4.453／3＝0.4453θ＝24°R7＝2”7”／Sin2θ＝10／Sin48°＝13.459圓心的位置對稱圓弧中心線校驗校驗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°

校驗刀具廓形寬度∑L<=3dmin

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