1、第二章 成形车刀的种类和用途,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IT910，粗糙度达Ra2.510m。 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。 平体：结构同普通车刀，重磨次数不多，如螺纹车刀、铲齿车刀。 棱体：外形为棱柱形，重磨次数多、刚性好。加工外成形表面。 圆体：外形是回转体，制造方便
2、、重磨次数多，可加工内外成形表面，应用普遍，加工精度、刚性。,种类,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。,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。 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),概述： 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
3、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,制造刀具时需先按名义前、后角之和在磨出 角。 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 。 任意点x
4、处前、后角fX ，fX 有fX f , ,fX ffX+ fX = f + f = r1sinf =rx sinfx =hsinfX=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,制造刀具时需先按名义前、后角之和在磨出角。 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. 求得H=R1sin f fX + fX = +X，可见： fX + fX f +f hc=R1sin(f +f ) 以Oc为心，以hc为半径画一圆，称磨刀圆。车制刀具时，应
5、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,一、成形车刀的后面截形修正计算（刀具廓形设计）的必要性： 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。 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。 由于成形车刀的f0,f0；或f0，f0 因此刀具的廓形不同于零件的廓形而发生了畸变。（当f0时，刀具的前刀面不通过零件的轴心线。） 若刀具的f0 ，f0；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
6、种刀具是不能应用的。 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。 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19.86mm。 （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
7、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）,如图，求刀刃上任意点X的深度PX： 在 X1O1中， 由正弦定理得：CX=r1sin(ffX)/sin fX 由r1/sin fX=rx/ sin f， 所以Cx=rxsin(ffX)/sin f 图中有Px=Cxcos(f+f) Px=cos(f+f) /sin f rxsin( ffX) 令 K= cos(f+f) / sin f f，f取定后，K为定值。可算出相应于rx的各点处的Px值
8、。,2、径向圆体成形车刀修正计算,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 ：hc=Rcsin(f+f )B1=RcCOS(f+f ) 可求得Cx, 则Bx=B1Cx 故 RX=（hc2+Bx2)1/2 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。,用近似圆弧代替曲线,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）。如图，工件回转表面的轴向截形是圆
9、弧123，其半径为r，圆心在Or点，廓形深度为ap。 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：r2(rap)21/2= rc2(rcprc)21/2rc=(2rap+Prc2ap2)/2Prcar=rc+(apPrc)r,径向圆体成形车刀外径确定,De=2Rc2(apmax+e+m+rc) 式中apmax工件最大廓形深度，m刀体上需保持的最小壁厚，一般不应小于(0.51)rc， e考虑容屑需留出的距离，可取3 8mm 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
10、。,2-4 成形车刀加工圆锥面时的误差,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、成形车刀加工圆锥表面时，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。,棱成形车刀的误差（1）,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
11、，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CN,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MM内的误差为l 。这个l就是直线刀具的过切量。,圆体成形车刀的误差（2）,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12(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
12、在刀体轴向平面内，则刀具法剖面NN内的廓形就须是向工件内凹的曲线CN，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,圆体成形车刀的误差,可见，用圆体成形车刀加工时，其在剖面MM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45O，f =10O ，f=10O的情况进行计算表明： 棱体刀误差为0.05mm， 圆体刀为0.38mm。,二、避免或减少误差的措施,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
13、的母线重合，即切削刃应在工件的轴线平面上。 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。 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。,一、成形车的截形公差,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0.150.5mm。刀具的截形公差可取为0.020.05mm；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1/51/8。刀具上的角
14、度公差可取1。2、成形车刀前刀面和后刀面的表面粗糙度Ra0.160.63m；侧面的表面粗糙度为Ra0.631.25m；其余的可取Ra1.252.5m,二、成形车刀的样 板,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。 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。 样板用低碳钢15或20号钢制造，表面渗碳淬火后硬度应达HRC5662。,二、成形车刀的样板,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。 在
15、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。 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do=3-5mm。l 0=46mm,r=23mm。,2-6成形车刀的附加刀刃及宽度 (新增）,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25mmb考虑工件端面的精加工和倒角数值，可取13mm。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38mm.d为保证该处刀刃延长到工件毛坯表面外而设，取0.5
16、2mm.Kr保证该段刀刃在主剖面内有一定的后角，常取15O20O，或等于工件端面的倒角值。,2-6成形车刀的附加刀刃及宽度 (新增）,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. 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。 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。,2-7成形车刀设计举例 参考金属切削刀具简明手册,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
17、尺寸半径公差rj1= rj2=（180.1）/2=8.975rj3 =rj4 =13-0.28/4=12.930Rj5= rj10.5=8.475Rj6= rj7= rj0= rj1(0.5+1.0)=7.745Rj8= rj9= rj30.5/tg20O11.556 2. LJx=基本长度公差/2LJ2=（40.5)+0.25/2=3.63(mm) LJ3 =(140.5)0.7/2=13.15LJ4=(190.5)0.84/2=18.08,2-7成形车刀设计举例 参考金属切削刀具简明手册（新增）,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 =12O 4画
18、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rjx，以1点为基准，计算出计算长度LJx。(可避免尺寸偏差),2-7成形车刀设计举例 参考金属切削刀具简明手册,5计算切削刃总宽度Lc，并校验Lc/dmin值 Lc= lj +a+b+c+d= 18.08+3+1.5+6+0.5=29.08(mm)。 取Lc=29mm Dmin=2 rj0=27.475=14.95mm Lc/dmin=29/14.95=1.942.5，允许。
19、 6.确定结构尺寸由P172附表查得 Lc=29mm，H=75mm、B=25mm，F=20mm，E=7.2mm， d=5mm，f=5mm，M=27.87mmo,2-8成形车刀设计举例,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。 8.根据P176附表确定各点的公差，其值列于表201中。 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 f=tg-1(tgl7.363Osin20O）=6.10O 。而般要求是 不小于2O3O ，合格。,2-8成形车刀设计举例,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002mm。 Lj=Lj2=3.63土0.04(mm) L3=Lj3=13.150.10() L4=Lj4=18.080.10(mm)， L8=Lj8=0.502(mm)。 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。,2-8成形车刀设计举例图,
