成形车刀

v 概 述 成 形 车 刀 在 各 类 车 床 上 加 工 内 ， 外 回 转 体 成 形 表 面 的 专 用 刀 具 。成 形 车 刀 的 特 点 ： 加 工 质 量 稳 定 ： 工 件 成 形 表 面 质 量 取 决 于 刀 具 刃 形 及 精 度 。加 工 出 精 度 达 IT9 10， 粗 糙 度 达 Ra2.5 10m。 生 产 率 高 ： 工 作 切 削 刃 较 长 ， 一 次 加 工 可 切 出 工 件 成 形 表 面 。 刀 具 寿 命 长 ： 刀 具 重 磨 次 数 多 ， 总 切 削 时 间 长 。 设 计 、 制 造 复 杂 、 价 昂 ， 适 于 在 成 批 、 大 量 生 产 的 纺 织 机 械 ，汽 车 ， 拖 拉 机 ， 轴 承 等 行 业 中 应 用 。 成 形 车 刀 按 其 结 构 、 形 状 分 有 平 体 ， 棱 体 、 圆 体 三 种 。v 平 体 ： 结 构 同 普 通 车 刀 ， 重 磨 次 数 不 多 ， 如 螺 纹 车 刀 、铲 齿 车 刀 。v 棱 体 ： 外 形 为 棱 柱 形 ， 重 磨 次 数 多 、 刚 性 好 。 加 工 外 成形 表 面 。v 圆 体 ： 外 形 是 回 转 体 ， 制 造 方 便 、 重 磨 次 数 多 ， 可 加 工内 外 成 形 表 面 ， 应 用 普 遍 ， 加 工 精 度 、 刚 性 。 v 种 类 v 圆 体 成 形 车 刀 ：以 圆 柱 孔 作 为 夹持 定 位 基 准 ， 套装 在 刀 夹 的 螺 杆心 轴 上 ， 并 用 螺钉 防 止 转 动 ， 通过 销 子 与 端 面 齿环 联 接 。 v 径 向 成 形 车 刀 ： 径 向 进 给 ，行 程 短 、 生 产 率 高 、 刀 宽 、FY大 ， 易 振 动 ， 不 宜 切 刚性 差 工 件 。v 切 向 成 形 车 刀 ： 沿 工 件 表面 的 切 线 方 向 切 入 。 刀 刃逐 渐 切 入 工 件 ， 切 削 力 小 、切 削 行 程 长 ， 生 产 率 低 ，用 于 加 工 细 长 、 刚 性 差 的外 成 形 表 面 。成 形 车 刀 按 进 给 方 向 分 类 2-2 径 向 成 形 车 刀 的 前 角 和 后 角 (p15)v 概 述 ：v 成 形 车 刀 刃 形 是 由 工 件 形 状 决 定 的 ， 较 为 复杂 ， 可 能 有 直 线 ， 有 曲 线 ， 刀 刃 上 各 处 的 主剖 面 都 不 相 同 。 不 可 能 在 切 削 刃 各 段 的 主 剖面 上 都 磨 出 后 角 。 为 使 重 磨 后 刃 形 不 变 ， 其切 削 角 度 规 定 在 进 给 剖 面 内 。 即 垂 直 于 工 件轴 线 的 剖 面 内 。 同 时 将 刀 刃 上 靠 近 工 件 中 心最 近 一 点 称 为 基 点 ； 安 装 时 ， 把 基 点 这 装 在工 件 轴 心 线 的 水 平 面 上 的 等 高 处 ； 在 一 般 的情 况 下 ， 刀 刃 上 各 点 都 有 低 于 基 点 ， 由 于 刀具 上 每 点 的 前 、 后 工 作 角 度 都 是 变 化 的 、 不 同 的 ， 所 以 ， 成 形 刀 具 就 以 基 点 上 前 、 后 角代 表 整 个 刀 具 的 角 度 ， 这 样 将 使 成 形 刀 具 便于 设 计 、 制 造 和 安 装 。 一 、 径 向 棱 体 成 形 车 刀 的 前 角 和 后 角v 制 造 刀 具 时 需 先 按 名 义 前 、 后 角 之和 在 磨 出 角 。v 棱 体 成 形 车 刀 的 前 刀 面 是 平 面 。 后刀 面 是 成 形 柱 面 。 靠 燕 尾 及 其 定 位基 准 面 J 倾 斜 成 f角 夹 持 在 刀 夹 内 。切 削 时 ， 将 刀 刃 上 的 基 准 点 调 整 到与 工 件 中 心 等 高 ， 得 到 进 给 后 角 f及进 给 前 角 f 。 v 任 意 点 x处 前 、 后 角 fX ， fX 有 fX f , ,fX f fX+ fX = f + f = v r1sinf =rx sinfx =h sinfX=h/rx 求 得 fX后 ， 即 可 求 得 fX 径 向 棱 体 成 形 车 刀 的 前 角 和 后 角 二 、 径 向 圆 体 成 形 车 刀 的 前 角 和 后 角v 制 造 刀 具 时 需 先 按 名 义 前 、 后 角之 和 在 磨 出 角 。v 前 刀 面 是 平 面 ， 后 刀 面 是 成 形 回转 表 面 。 切 削 时 ， 将 刀 刃 上 的 基准 点 1调 整 到 与 工 件 中 心 等 高 ，并 将 刀 具 的 中 心 OC装 高 于 工 件 中心 O1一 个 距 离 H， 得 进 给 后 角 , f. v 求 得 H=R1sin fv fX + fX = +X， 可 见 ： v fX + fX f +fv hc=R1sin(f +f )v 以 Oc为 心 ， 以 hc为 半 径 画 一 圆 ，称 磨 刀 圆 。 车 制 刀 具 时 ， 应 同 时将 它 在 刀 具 的 端 面 上 刻 出 ， 用 钝重 磨 时 ， 需 将 前 刀 面 磨 在 这 个 圆的 切 平 面 内 ， 以 保 持 刀 刃 形 状 不变 。 径 向 圆 体 成 形 车 刀 的 前 角 和 后 角 2-3 径 向 成 形 车 刀 的 后 刀 面 截 形 修 正 计 算v 一 、 成 形 车 刀 的 后 面 截 形 修 正 计 算 （ 刀 具 廓 形 设 计 ） 的 必 要 性 ：v 1、 零 件 的 截 形 (廓 形 )： 通 过 回 转 体 轴 心 线 平 面 的 内 截 形 ， 它 是 设 计 成 形 车 刀 的 根 据 。v 2、 成 形 车 刀 后 刀 面 的 截 形 (廓 形 )： 切 削 刃 在 垂 直 于 后 刀 面 的 平 面 上 的 截 面 形 状 。v 由 于 成 形 车 刀 的 f 0,f 0； 或 f 0， f 0 因 此 刀 具 的 廓 形 不 同 于 零 件 的 廓 形 而 发生 了 畸 变 。 （ 当 f 0时 ， 刀 具 的 前 刀 面 不 通 过 零 件 的 轴 心 线 。 ） v 若 刀 具 的 f 0 ， f 0； 则 成 形 车 刀 的 廓 形 将 与 零 件 的 廓 形 轴 向 尺 寸 一 致 ， 那 将 不 需设 计 刀 具 ， 而 这 种 刀 具 是 不 能 应 用 的 。v 为 了 制 造 和 测 量 的 方 便 ， 成 形 车 刀 的 廓 形 是 以 其 后 刀 面 的 法 剖 面 NN内 的 形 状 （ 后 刀面 截 形 ） 来 表 示 的 。 能 正 常 切 削 的 成 形 车 刀 必 须 有 前 、 后 角 ， 因 此 其 法 剖 面 廓 形 就 与工 件 的 轴 向 廓 形 不 相 同 。v 设 计 成 形 车 刀 时 ， 必 须 根 据 通 过 工 件 轴 心 线 截 形 和 所 选 定 的 前 、 后 角 值 求 得 刀 具 上 相应 的 法 向 廓 形 。 二 、 径 向 成 形 车 刀 后 刀 面 截 形 修 正 的 基 本 原 理 和 方 法 ：（ 1） 检 查 工 件 成 形 表 面 各 组 成 点 的 纵 、 横 坐 标 尺 寸 是 否齐 全 ， 缺 少 的 尺 寸 应 补 全 ； 同 时 还 应 考 虑 其 公 差 。 如 ：工 件 上 某 段 直 径 为 20-0.07-0.21考 虑 上 、 下 偏 差 后 ， 则 平 均直 径 应 为 19.86m m 。（ 2） 对 工 件 成 形 表 面 上 的 各 组 成 点 编 号 ， 并 标 注 其 纵 、横 坐 标 尺 寸 。 将 工 件 廓 形 中 半 径 最 小 的 点 （ 基 点 ） 标 为 1，其 它 各 点 的 纵 、 横 坐 标 点 都 相 对 于 这 点 来 标 注 。（ 3） 根 据 工 件 材 料 的 性 质 和 成 形 车 刀 的 类 型 ， 选 定 所 需要 的 前 角 f和 后 角 f数 值 。（ 4） 圆 体 成 形 车 刀 须 先 确 定 它 的 外 圆 直 径 D。 （ 按 刀 具设 计 手 册 ） v 如 图 ， 求 刀 刃 上 任 意 点 X的 深 度PX：v 在 X1O1中 ， 由 正 弦 定 理 得 ：CX=r1sin(ffX)/sin fX v由r1/sin fX=rx/ sin f， 所以v Cx=rx sin(ffX)/sin f v 图中有Px=Cx cos(f+f)v Px=cos(f+f) / sin f rx sin( ffX) v令 K= cos(f+f) / sin fv f，f取定后，K为定值。可算出相应于rx的各点处的Px值。 2、 径 向 圆 体 成 形 车 刀 修 正 计 算v 如 图 ， 主 要 是 求 刀 具 上 各 组 成 点 的 半 径 ， 如 求 刀 刃 上 任 意 点 X的半 径 RX ：v hc=Rcsin(f+f )v B1=RcCOS(f+f )v 可 求 得 Cx,v 则 Bx=B1 Cx v 故 RX=（ hc2+Bx2)1/2v 图 中 ， 对 工 件 上 23段 的 圆 弧 表 面 ，一 般 可 在 此 段 中 取 若 干 点 ， 将 圆 弧 表面 分 割 成 若 干 短 的 锥 面 ， 然 后 求 得 刀具 上 相 应 部 分 的 廓 形 ， 这 是 由 若 干 折线 逼 近 的 ， 所 加 工 出 来 的 23段 表 面是 不 光 滑 的 。 v 当 工 件 上 的 圆 弧 表 面 要 求 不 高 时 ，为 了 简 化 刀 具 的 设 计 、 制 造 及 得 到光 滑 的 圆 弧 表 面 ， 刀 具 上 的 这 部 分刀 刃 也 可 用 近 似 圆 弧 代 替 （ 精 确 的曲 线 应 该 是 其 它 圆 锥 曲 线 ） 。v 如 图 ， 工 件 回 转 表 面 的 轴 向 截 形是 圆 弧 123， 其 半 径 为 r， 圆 心 在 Or点 ， 廓 形 深 度 为 ap。v 先 按 廓 形 设 计 方 法 求 得 刀 具 廓 形 深度 Prc;然 后 过 1， 2、 3三 点 作 一 圆弧 ， 代 替 刀 具 上 的 廓 形 曲 线 。 这 个圆 弧 的 半 径 rc及 其 中 心 位 置 ar， 可 从图 中 求 得 ： r 2 (r ap)21/2= rc2 (rc prc)21/2 rc=(2rap+Prc2 ap2)/2Prc ar=rc+(ap Prc) r v De=2Rc2(apmax+e+m+rc)v 式 中 apmax工 件 最 大 廓 形深 度 ，v m刀 体 上 需 保 持 的 最小 壁 厚 ， 一 般 不 应 小 于(0.5 1)rc，v e考 虑 容 屑 需 留 出 的 距离 ， 可 取 3 8mmv rc刀 具 的 内 孔 半 径 ， 应 保证 刀 杆 有 足 够 的 强 度 、 刚 度 ，可 按 标 准 中 规 定 的 系 列 选 取 。 1、 当 用 成 形 车 刀 加 工 圆 锥 表面 时 ， 经 常 出 现 工 件 表 面 的母 线 不 是 直 线 ， 而 是 如 图 中的 内 凹 双 曲 线 ， 这 种 加 工 误差 称 为 “ 双 曲 线 误 差 ” ， 其主 要 原 因 见 后 面 课 件 “ 棱 成形 车 刀 的 误 差 ” 和 “ 圆 体 成形 车 刀 的 误 差 ” 。2、 成 形 车 刀 加 工 时 ，因 刀 具 设 计 ， 制 造 的 简 化 ，使 所 得 圆 锥 表 面 的 母 线 不 是直 线 ， 而 是 向 内 凹 的 双 曲 线 ,称 双 曲 线 误 差 。3、 圆 体 成 形 车 刀 的 内 凹 的 双曲 线 误 差 大 于 棱 成 形 车 刀 的内 凹 的 双 曲 线 误 差 。 v 棱 体 成 形 车 刀 如 图 ， 因 刀 具 前 刀面 M-M不 通 过 工 件 轴 线 ， 刀 刃 不 在工 件 的 轴 向 剖 面 内 。 平 面 M-M与 圆锥 面 的 交 线 ， 工 件 的 截 形 是 一 条外 凸 的 双 曲 线 CM。 要 切 出 正 确的 工 件 形 状 ， 刀 刃 的 形 状 就 应 做得 与 这 条 曲 线 完 全 吻 合 的 曲 线 ，即 ： 刀 具 后 刀 面 在 法 向 剖 面 N-N内的 廓 形 也 应 是 向 内 凹 的 曲 线 CN ；这 样 就 为 刀 具 的 设 计 和 制 造 带 来了 复 杂 。 为 了 简 便 设 计 与 制 造 ，故 通 常 将 后 刀 面 制 成 平 面 C N ,刀刃 以 直 线 1” 2” 代 替 ， 切 出 的 工件 ， 使 工 件 产 生 过 切 现 象 ， 其 表面 就 不 是 圆 锥 面 ， 而 是 双 曲 回 转面 。 这 样 ， 就 出 现 了 内 凹 双 曲 线误 差 ， 剖 面 M M内 的 误 差 为 l 。这 个 l就 是 直 线 刀 具 的 过 切 量 。 1、 如 图 ， 刀 具 前 刀 面 M-M也 不 通过 工 件 轴 线 ， 它 与 锥 面 的 交 线 是曲 线 1 2(CM)。 要 切 出 正 确 的工 件 表 面 、 刀 刃 也 应 按 这 条 曲 线的 形 状 制 造 。 但 为 简 便 计 ， 将 刀刃 做 成 直 线 ， 则 工 件 表 面 产 生 误差 l； 另 外 因 刀 具 前 刀 面 并 未 包含 在 刀 体 轴 向 平 面 内 ， 则 刀 具 法剖 面 N N内 的 廓 形 就 须 是 向 工件 内 凹 的 曲 线 C N， 形 成 CN 的 误差 2 。2、 因 此 ， 又 使 工 件 多 产 生 一 个 误差 2。 其 总 误 差 为 ： 2 l 可 见 ， 用 圆 体 成 形 车 刀 加 工 时 ， 其 在 剖 面 M M内 的 误 差为 l +2， 较 用 棱 体 成 形 车 刀加 工 时 的 误 差 大 。3、 双 曲 线 误 差 值 随 锥 角 、 锥 体部 分 长 度 、 前 角 增 大 而 增 加 ，对 圆 体 成 形 车 刀 ， 误 差 还 与 后角 ， 刀 具 外 圆 半 径 有 关 。4、 对 锥 体 长 20mm， 锥 角 45 O，f =10O ，f=10O的 情 况 进 行 计算 表 明 ：v 棱 体 刀 误 差 为 0.05mm，v 圆 体 刀 为 0.38mm。 分 析 可 知 ， 要 使 工 件 获 得 正 确 的 形 状 ，则 成 形 车 刀 的 直 线 切 削 刃 应 与 工 件 圆锥 面 的 母 线 重 合 ， 即 切 削 刃 应 在 工 件的 轴 线 平 面 上 。n 采 用 前 角 为 0O的 成 形 车 刀 ： 棱 体 刀 ，此 时 不 存 在 双 曲 线 误 差 。 但 对 于 圆 体刀 ， 刀 刃 不 在 刀 具 轴 线 平 面 上 ， 刀 具本 身 的 双 曲 线 误 差 仍 然 存 在 。 n 采 用 带 有 前 刀 面 侧 向 倾 角 的 成 形 车 刀 ：将 成 形 车 刀 的 前 刀 面 沿 工 件 轴 线 方 向倾 斜 角 ， 使 前 刀 面 低 于 工 件 中 心 的刀 刃 提 高 到 工 件 中 心 高 度 的 位 置 上 ，与 工 件 圆 锥 母 线 重 合 。 1、 成 形 车 刀 的 截 形 求 出 后 ， 应 根 据 工 件 的 加 工 精 度 来 确定 其 公 差 。 当 工 件 截 形 公 差 为 0.15 0.5mm。 刀 具 的截 形 公 差 可 取 为 0.02 0.05mm； 当 工 件 廓 形 精 度 要 求高 时 ， 刀 具 截 形 深 度 公 差 可 取 为 0.01mm。 刀 具 上 的 截 形宽 度 公 差 可 取 为 工 件 的 1/5 1/8。 刀 具 上 的 角 度 公 差 可 取 1 。2、 成 形 车 刀 前 刀 面 和 后 刀 面 的 表 面 粗 糙 度 Ra0.160.63 m； 侧 面 的 表 面 粗 糙 度 为 Ra0.63 1.25 m； 其 余 的可 取 Ra1.25 2.5 m v 制 造 成 形 车 刀 时 ， 用 样 板 来检 验 刀 具 廓 形 的 精 确 度 。 成形 车 刀 的 廓 形 尺 寸 一 般 不 注在 刀 具 图 上 ， 而 是 详 细 地 注在 样 板 图 上 。v 成 形 车 刀 的 样 板 是 成 对 制 造的 。 一 块 为 工 作 样 板 ， 用 来检 验 成 形 车 刀 的 廓 形 ， 另 一块 为 检 验 样 板 ， 用 来 检 验 工作 样 板 的 精 度 。 v 样 板 用 低 碳 钢 15或 20号 钢 制造 ， 表 面 渗 碳 淬 火 后 硬 度 应达 HRC56 62。 v 样 板 的 廓 形 应 与 包 括 附 加 刀 刃 的刀 具 廓 形 一 致 ， 各 组 成 点 的 坐 标尺 寸 应 以 刀 具 廓 形 上 的 点 1为 基准 来 标 注 ， 以 减 少 累 积 误 差 。v 在 廓 形 凹 陷 的 各 转 折 点 处 ， 应 钻有 小 圆 孔 ， 以 便 两 板 上 的 廓 形 互相 吻 合 得 好 和 避 免 热 处 理 时 产 生裂 纹 。v 为 测 量 时 手 持 的 方 便 ， B1、 B2值不 应 小 于 30mm， 厚 度 b1=1.52mm， 边 角 上 应 钻 有 小 孔 ， 以便 穿 挂 和 热 处 理 ， 常 取 d o=3-5mm。 l 0=4 6mm,r=2 3mm。 图 示 为 成 形 车 刀 加 工 棒 料 时 的 情 况 。 总 宽 度LC=lj +a+b+c+d lj 工 件 或 成 形 表 面 宽 度 ， a为 避 免 出 现 尖 刃 而 附 加 的 刀 刃 宽 度 ，一 般 为 25mm b考 虑 工 件 端 面 的 精 加 工 和 倒 角 数 值 ，可 取 1 3mm。 c为 保 证 后 续 切 断 工 序 顺 利 进 行 而 设 的预 切 槽 刀 刃 宽 度 ， 取 3 8mm. d为 保 证 该 处 刀 刃 延 长 到 工 件 毛 坯 表面 外 而 设 ， 取 0.5 2mm. Kr保 证 该 段 刀 刃 在 主 剖 面 内 有 一 定 的 后角 ， 常 取 15 O 20O， 或 等 于 工 件 端 面 的 倒角 值 。 v 1-3， 4-5段 ,附 加 刀 刃 的 偏 角 K， 可取 为 工 件 端 面 倒 角 所 要 求 的 角 度 ，6-7段 一 般 取 15O-20O.v 为 避 免 刀 刃 太 宽 而 导 致 径 向 力 过 大产 生 振 动 ， 影 响 加 工 质 量 。 刀 具 总宽 度 与 工 件 最 小 直 径 dmin之 比 ： 一般 粗 车 为 2-3倍 ， 半 精 车 为 1.5-2.5倍 ，精 车 为 1.5-2倍 。v 若 比 值 超 出 上 列 数 值 范 围 较 多 ， 可将 成 形 表 面 分 为 几 把 成 形 车 刀 逐 段加 工 。 v 计 算 与 工 件 上 对 应 的 刀 具 上 的 径 向 尺 寸（ 各 半 径 的 尺 寸 ） 和 轴 向 尺 寸 。1. rjx=半 径 的 基 本 尺 寸 半 径 公 差 rj1= rj2=（ 18 0.1） /2=8.975 rj3 =rj4 =13-0.28/4=12.930 Rj5= rj1 0.5=8.475 Rj6= rj7= rj0= rj1 (0.5+1.0)=7.745 Rj8= rj9= rj3 0.5/tg20O11.5562. LJx=基 本 长 度 公 差 /2 L J2=（ 4 0.5)+0.25/2=3.63(mm) LJ3 =(14 0.5) 0.7/2=13.15 LJ4=(19 0.5) 0.84/2=18.08 v 3 选 择 前 角 ， 后 角 (从 金 属 切 削刀 具 设 计 简 明 手 册 P28附 表 查得 )f =15O、 f =12Ov 4 画 出 包 括 附 加 刀 刃 在 内 的 刀具 廓 形 计 算 图 ， 如 图 所 示 。 取 Kr=20O， a=3mm,b=15mm，c=6mm， d=0.5mmo 标 出 工 件 廓 形 各 组 成 点 1-10。 为 便 于 对 刀 ， 通 过 6-7段 切 削 刃 ，画 O-O线 作 为 基 准 ， 计 算 出 各 点处 的 计 算 半 径 r jx， 以 1点 为 基 准 ，计 算 出 计 算 长 度 LJx。 (可 避 免 尺寸 偏 差 ) 5 计 算 切 削 刃 总 宽 度 Lc， 并校 验 Lc/dmin值v Lc= lj +a+b+c+d= 18.08+3+1.5+6+0.5=29.08(mm)。v 取 Lc=29mmv Dmin=2 rj0=2 7.475=14.95mmv Lc/dmin=29/14.95=1.942.5， 允许 。6.确 定 结 构 尺 寸 由 P172附 表 查 得 v Lc=29mm， H=75mm、 B=25mm，F=20mm， E=7.2mm，v d =5mm， f=5mm， M=27.87mmo v 7 计 算 N-N剖 面 内 刀 具 廓 形 上 各 点 至 6， 7点 ， 即 零 点 所 在 后 刀面 的 垂 直 距 离 Px， 然 后 选 公 差 要 求 最 严 格 的 1-2段 廓 形 为 基 准 ，计 算 刀 具 廓 形 上 各 点 到 该 基 准 线 的 垂 直 距 离 Px ， 即 为 所 求 的 刀具 廓 形 深 度 。v 8.根 据 P176附 表 确 定 各 点 的 公 差 ， 其 值 列 于 表 201中 。v 9 校 验 Kr最 小 处 的 后 角 : 4-8段 切 削 刃 与 进 给 方 向 的 夹 角 最 小 ，应 检 验 其 法 向 后 角 。 因 f =90O-( f- f )， 而 f=90O( f+ f）=90O-(15O+12O)=63O 所 以 f = 90O-(63O-9.637O)=17.363O v f =tg-1(tgl7.363O sin20O） =6.10O 。 而 般 要 求 是v 不 小 于 2O 3O ， 合 格 。 v 10 车 刀 廓 形 宽 度 Lx即 为 工 件 相 应 廓 形 的 计 算 长 度 LjX。 ， 公 差按 附 表 205确 定 ， 表 中 未 列 出 者 约 取 0 02mm。Lj=Lj2=3.63土 0.04(mm) L3=Lj3=13.15 0.10( )L4=Lj4=18.08 0.10(mm)， L8=Lj8=0.5 0 2(mm)。v 11 画 出 刀 具 图 、 样 板 工 作 图 ， 如 图 所 示 。 技 术 条 件参 见 P176附 表 确 定 。