第五章专用刀具设计(1)介绍.ppt

本章授课内容第一节成形车刀设计第二节拉刀设计第三节孔加工复合刀具,第五章专用刀具设计,第一节成形车刀设计,学习要求：1.了解成形车刀的特点2.掌握成形车刀的类型及安装3.掌握成形车刀的前角、后角4.掌握成形车刀的截形设计,任务表述：如图所示工件，采用什么加工方法加工？,一、概述1.成形车刀及其特点成形车刀(又称样板车刀)是专用刀具，根据工件的廓形进行专门设计切削刃的车刀。,特点：1.效率高，能一次切出成形表面2.加工质量稳定，加工精度可达IT10-IT8，表面粗糙度Ra6.3-3.23.刃磨方便、寿命长、可重磨次数多4.操作简单、对工人要求不高,2.成形车刀的类型(1)平体成形车刀除切削刃有一定形状要求外，刀体结构和普通车刀相同。,(2)棱体成形车刀刀体为棱柱体，沿前刀面可重磨次数比平体成形车刀多，刀体刚性高；但制造成本较高，且只能加工外成形表面。,(3)圆体成形车刀刀体是一个磨出排屑缺口和前刀面并带安装孔的回转体。允许的重磨次数最多，制造也比棱体刀容易，且可加工内、外成形表面；但加工精度不如棱体成形车刀高。,3.成形车刀的装夹：成形车刀是通过专用刀夹安装在机床刀架上。,（1）棱体成形车刀的装夹,（2）圆体成形车刀装夹,二、成形车刀的前角和后角成形车刀前角和后角是通过刀具的正确制造和正确安装形成的。,制造时将前刀面和后刀面的夹角磨成90-(f+f)角。安装时，将刀体倾斜f角，形成所需的前角和后角。,1.棱体成形车刀的前角和后角,2.圆体成形车刀前角和后角,制造时将前刀面作成距其中心为h距离。安装时将刀具中心O2比工件中心装高H距离，形成所需的前角和后角。,三、成形车刀的截形设计成形车刀的截形设计是根据工件的(轴剖面)轮廓形状和已确定的刀具相关参数求解成形车刀的截形。成形回转体工件的廓形是规定在通过其轴线的平面内测量的，成形车刀的截形是规定在与后刀面垂直的剖面N-N内测量的。对于圆体形车刀，N-N剖面也就是刀体的轴剖面。,1.截形设计的必要性只有当f=0，f=0时，成形车刀的截形与工件的廓形才能完全相同。当成形车刀的前角f0、后角f0时成形车刀的截形与工件廓形不相等。具体说，刀具截形深度P小于相应的工件廓形深度ap；而刀具截形宽度与工件廓形宽度相等。,2.截形修正计算方法(1)确定工件成形表面的组成点和基点为减少计算工作量，一般只选择工件廓形上的转折点及其他特殊点(作为廓形组成点)进行计算。以工件廓形半径最小点作为计算基准点（基点）1，然后依次对各组成点编号，并在工件廓形图上标出各组成点的轴向尺寸和径向尺寸。,(2)求解刀具截形组成点的方法成形车刀截形设计实际上就是根据工件廓形各组成点求出刀具截形的相应组成点。求解刀具截形组成点的常用方法有：作图法、公式计算法和查表法三种。,1）棱体成形车刀截形设计图解法步骤：.按给定工件尺寸画出工件的主、俯视图，并对组成点编号1、2、3、.在主视图上从基点1作刀具前刀面和后刀面两条线，分别与水平线及垂直线成f，f角.前刀面与工件上各组成点所在圆的交点2/，3/，4/.过这些点作平行与后刀面的直线，则它们和基点处后刀面的垂直距离P2、P3、P4即为所要求的棱体成形车刀各组成点的截形深度。,根据刀具截形宽度和工件廓形宽度相等，即可画出成形车刀截形。,2）圆体成形车刀截形设计作图法步骤,按给定工件尺寸画出工件的主、俯视图，并对组成点编号1、2、3、.在主视图上从基点1，向下作与水平线成f的前刀面线，向上作与水平线成f的上倾线以基点1为圆心，以R为半径作圆弧，与上倾线的交点即为圆体车刀的圆心O2工件上r2、r3、r4各圆与前刀面的交点2/，3/，4/与圆心O2的距离，即为所求刀具截形上各点的半径。,3）计算法,(3)双曲线误差用成形车刀加工圆锥表面时会产生双曲线误差。得到的并非圆锥表面，而是内凹的、回转双曲表面。,用圆体成形车刀加工圆锥表面产生双曲线误差会更大。减小双曲线误差的措施：1）减小成形车刀的前角值。2）加工圆锥表面的成形车刀尽量选用棱体刀。,四、成形车刀设计要点,（一）确定刀体结构尺寸1.棱体成形车刀：刀体总宽L0、刀体高度H、刀体厚度B、燕尾尺寸M,(1)刀体总宽度L0,L0=LC（切削刃总宽度+附加刀刃宽度）LC为刀刃的总宽度,（2）刀体高度H,与机床横刀架距离主轴中心高度有关。推荐H=55-100mm。,（3）刀体厚度B,应保证刀体有足够的强度、易于装入刀夹、排屑方便、切削顺利。,(4)燕尾测量尺寸M燕尾测量尺寸M应与切削刃总宽度Lc和测量滚柱直径相适应,可查表（5-1）确定。,2.棱体成形车刀：刀体总宽L0、刀体外径d0、内孔直径d和加固部分尺寸（自学）,五、成形车刀设计实例,设计步骤：1.选择刀具材料普通高速钢W18Cr4v2.选择刀具的前角和后角3.画出刀具截形4.计算切削刃总宽度Lc5.确定刀体结构6.求圆体成形车刀截形上各组成点的半径7.校验最小后角8.车刀廓形宽度9.画出刀具工作图,小结,1.成形车刀的类型2.成形车刀的安装3.成形车刀的前角和后角4.成形车刀的截形设计,第二节拉刀设计,拉刀一般有许多刀齿，由于拉刀的后一个(或一组)刀齿高于前一个刀齿，因而能在一次拉削行程中，将工件余量金属材料一层一层地切除掉。拉削加工与其它加工方法相比，具有以下特点：效率高；加工精度与表面质量高；加工范围广；使用寿命长；拉床构简单。,一、概述（一）拉刀的分类和用途按加工表面分：内拉刀和外拉刀；按受力性质分：拉刀和推刀。,（二）拉刀的结构圆孔拉刀由工作部分和非工作部分构成。1.工作部分（1）切削齿承担全部余量材料的切除工作，由粗切齿、过渡齿和精切齿组成。（2）校准齿不承担切削工作，仅起修光、校准作用。2.非工作部分（1）头部；（2）颈部(打标记的位置)；（3）过渡锥部；（4）前导部；（5）后导部；（6）尾部。,3.拉刀切削部分要素,（1）几何角度前角；后角；主偏角；副偏角。（2）结构参数齿升量；齿距；容屑槽深度；齿厚；齿背角；刃带宽度。,（三）拉削方式拉刀从工件上把拉削余量材料切下来的顺序，称为拉削方式。拉削方式可分为分层式、分块式（轮切式）及组合式（综合式）三类：1.分层式拉削又分为成形式和渐成式两种。,2.分块式拉削工件上的每层金属是由一组尺寸基本相同的刀齿切去，每个刀齿仅切去一层金属的一部分。3.组合式拉削它结合了成形式拉刀与分块式拉刀的优点，即粗切齿按分块式结构设计，精切齿则采用成形式结构。,二、圆孔拉刀设计拉刀设计内容：工作部分和非工作部分的结构参数设计；拉刀强度和拉床拉力校验；绘制拉刀工作图等。(一)工作部分设计1.确定拉削方式：组合式2.确定拉削余量A原则：在保证去除前道工序的加工误差和表面破坏层的前提下，尽量选用小的拉削余量，以缩短拉刀长度。采用经验公式法和查表法。预制孔为钻孔或扩孔:预制孔为镗孔或铰孔：3.确定拉刀材料W6Mo5Cr4V2高速钢整体制造；也常采用高性能高速钢W2Mo9Cr4VCo8，W6Mo5Cr4V2Al制造，硬质合金环形齿套装在9SiCr或40Cr的刀体上。,4.刀齿几何参数选择前角：根据工件材料、强度选取。后角：切削厚度小，应取较大后角，后角大，锋利，但刃磨次数降低。为了延长拉刀的使用寿命，拉刀后角一般选较小值，校准齿比切削齿的还小。刃带宽度：制造拉刀控制刀齿直径，保证前刀面重磨时刀齿直径不变。,5.确定齿升量fz齿升量越大，所需的刀齿数越少，拉刀长度缩短，拉刀制造成本降低，生产效率也可提高。但齿升量过大，拉刀会因强度不够而拉断，并且拉削表面质量也不易保证。1)粗切齿：齿升量较大，切除80余量材料。2)精切齿：齿升量较小，保证加工精度和表面质量，但由于存在刃口钝圆半径，不能小于5m。齿升量确定原则：在保证加工质量、容屑空间和拉力强度的前提下，尽量选取较大值。,6.确定齿距齿距大小直接影响容屑空间和拉刀长度及同时工作齿数。齿距大，同时工作齿数减小，工作平稳性降低，增加拉刀长度，降低生产率；反之，拉削力增加，可能导致拉刀强度不足。为保证拉削平稳和拉刀强度，确定齿距应保证拉刀同时工作齿数在38范围内。过渡齿齿距与粗切齿相同，精切齿齿距小于粗切齿齿距，一般为粗切齿齿距的0.7倍，校准齿齿距与精切齿齿距相同。7.确定容屑槽形状和尺寸封闭式切削，切屑全部容纳在容屑槽中，因此拉刀容屑槽必须保证容纳切屑，并尽量使切屑紧密卷曲。为保证容屑空间和拉刀强度，在齿距一定条件下，可以选用浅槽、基本槽或深槽。容屑系数K1。,常用容屑槽形状：直线齿背容屑槽：容屑空间小，形状简单，制造容易曲线齿背容屑槽：容屑空间大，易切屑卷曲，深槽或P较小用齿形容屑槽：容屑空间大，拉削长度大的工件,8.设计分屑槽分屑槽作用：宽切屑切割成窄切屑，便于切屑卷曲、容纳和清除。位置和形状：拉刀前后刀齿上的分屑槽交错磨出，有圆弧形和角度形两种形状。设计分屑槽注意问题：1）分屑槽的深度必须大于齿升量。2）分屑槽两侧刃上须具有足够大的后角。3）分屑槽数保证切屑宽度不太大，切屑易卷曲。为便于测量直径，常取偶数。4）拉刀最后一个精切齿不作分屑槽，拉削铸铁等脆性材料可不作分屑槽。,9.确定拉刀齿数和直径拉刀齿数：根据已确定的拉削余量，粗切齿齿升量，按公式估算。目的是为了估算拉刀长度。拉刀切削齿的确定齿数要通过对刀齿直径排表来确定。各刀齿直径：第一个粗切齿直径等于预制孔的最小直径。其余粗切齿直径为前一刀齿直径加上两倍齿升量。过渡齿齿升量逐步减少。最后一个精切齿直径与校准齿直径相同。校准齿无齿升量，各齿直径均相同。（二）拉刀其它部分设计1.头部已标准化。2.颈部与过渡锥部应保证拉刀第一个刀齿尚未进入工件之前，拉刀头部能被拉床的夹头夹住。,3前导部、后导部和尾部前导部直径的基本尺寸应等于拉削前预制孔的最小直径。长度一般等于工件拉削孔长度。后导部直径的基本尺寸等于拉削后孔的最小直径。长度可取为工件长度的1/22/3，但不得小于20mm。尾部长度一般取为拉削后孔径的0.50.7倍，直径等于护送托架衬套孔径。4.拉刀总长度拉刀总长度受到拉床允许的最大行程、拉刀刚度、拉刀生产工艺水平、热处理设备等因素的限制，一般不超过表5-16所规定的数值。否则，需修改设计或改为两把以上的成套拉刀。,第三节孔加工复合刀具,一、概述由两把或两把以上单个孔加工刀具结合在一个刀体形成的专用刀具。组合机床和自动线应用，需专门设计。1、孔加工复合刀具的特点生产效率高；加工精度高；加工成本低；加工范围广。,需专门设计、制造、刃磨麻烦。,2、孔加工复合刀具分类a、按工艺类型分（1）同类工艺复合刀具（2）不同类工艺复合刀具,b、按结构分（1）整体式（2）装配式C、按单个刀的数目分（1）两阶复合刀具（2）三阶复合刀具,扁钻是用于孔加工最早的钻头，前角小、排屑困难、导向性差、可重磨次数少；但结构简单、制造方便、成本低廉、轴向尺寸小、刚性好。钻-镗复合刀具中的钻头部分常采用扁钻。资料显示：当钻孔直径38mm时，用扁钻比用麻花钻经济。,二、孔加工复合刀具设计要点1.合理选择刀具材料1）同时加工多个表面的复合刀具，承受较大转矩，选用强度较高的材料。2）根据等寿命原则选用材料，直径大，切削时间长选用耐热性、耐磨性好的材料。3）结构复杂的复合刀具，为获得较高的刀具使用寿命，应选用耐磨性较好的刀具材料。4）复合刀具的切削部分与刀体部分可分别选用不同的材料。2.合理选择结构形式(1)从保证刀具足够的强度和刚度来选择结构形式对于强度和刚度较差的刀具，一般采用整体式结构。(2)从保证工件加工精度及表面质量来选择结构形式应尽量采用整体式结构，以保证加工质量。(3)从保证合理的使用寿命来选择结构形式采用镶焊结构或装配式结构，便于根据各单个刀具的工作条件，分别采用不同的刀具材料。(4)从保证刃磨方便来选择结构形式凡要刃磨端面的复合刀具，一般应尽量采用装配式结构。,3.容屑和排屑问题（1）加大容屑空间在刀齿强度允许条件下，尽量增大容屑槽深度或适当减少刀齿数。（2）排屑应畅通应尽量使每把单个刀具所切下的切屑，从各自的排屑槽中排出或使前、后刀齿的排屑槽圆滑连通，控制流向，使切屑互不干扰，顺利排出。增大排屑槽的螺旋角也有利于排屑，一般细碎的切屑占用的容屑空间较小，也易排出。所以在较宽的切削刃上开出分屑槽，有利于排屑。4.保证良好导向孔加工复合刀具的导向装置一般可分为固定式及旋转式两大类。（1）固定式导向装置刀具（或刀杆）在导向套内既相对转动，又相对移动。固定式导向装置可以有两种不同的使用方式：1、刀具本身在导向套内工作；2、刀杆作为导向部分。,（2）旋转式导向装置旋转式导向装置将旋转副和直线移动(导向)副分别设置，按旋转副和直线副的相对位置分为内滚式和外滚式导向两种；滚动轴承安装在刀杆上的旋转导向装置为内滚式导向，中间导向套只作直线移动；滚动轴承内圈安装在中间导向套上，中间导向套不随主轴一起移动的旋转导向为外滚式导向装置。,5、正确确定刀具总长度与刀具的工作行程，被加工孔长度及相关尺寸、刀具备磨量、导向装置等有关。同类工艺孔加工复合刀具：用于加工多层壁上的同轴孔，工作行程长度由其中较大的一个壁厚确定。要考虑待前一把刀具切入工件一定深度，后一把刀具才开始切入。不同类工艺孔加工复合刀具：一般用于顺序加工同一孔。应避免前（粗加工）、后（精加工）刀具同时切削。,实例,车床主轴箱拆装实验,1、实验要求根据车床主轴箱传动系统结构画出传动系统图。,2、实验时间、地点第11周周四上午8:00-10:00063班第11周周五