第六章 成形车刀

1、 成形车刀主要适用于尺寸较小、加工表面形状较复杂、且生产批量较多的圆柱形零件的加工。 本章的主要内容是：成形车刀前角、后角的形成、切削刃上各点前角及后角的表示及变化规律。重点介绍了根据被加工零件表面的形状、尺寸、刀具的前角和后角，采用作图法或计算法来确定成形车刀刀刃的形状(截形)。 本章简要介绍了成形车刀截形及刀体结构的三维设计方法，并附设计过程框图及刀具设计图。 第一节 成形表面及其加工方法概述 第二节 成型车刀的特点和类型 第三节 成型车刀的前角和后角 第四节 成型车刀廓形设计 第五节 成型车刀的三维CAD设计简介第一节第一节 成形表面及其加工方法概述成形表面及其加工方法概述有些机器零件的

2、表面，不是简单的圆柱面、圆锥面、平有些机器零件的表面，不是简单的圆柱面、圆锥面、平面及其组合，而是形状复杂的表面，这些复杂表面称为面及其组合，而是形状复杂的表面，这些复杂表面称为成形表面。成形表面。按照成形表面的几何特征一般分为以下三种类型：按照成形表面的几何特征一般分为以下三种类型：(1)(1)回转成形面回转成形面 由一条母线由一条母线( (曲线曲线) )绕一固定轴线旋转而绕一固定轴线旋转而成。如滚动轴承内、外圈的圆弧滚道和手柄等。成。如滚动轴承内、外圈的圆弧滚道和手柄等。 ( (图图8- 8- 1(a)1(a) (2) (2)直线成形面直线成形面 由一条直母线沿一条曲线平行移动而成。它可分

3、为：由一条直母线沿一条曲线平行移动而成。它可分为：外成形面，如凸轮外成形面，如凸轮( (图图8-1(b)8-1(b)和冷冲模的凸模等；和冷冲模的凸模等；内内成形面，如叶片泵定子内曲面和冷冲模的凹模型孔等。成形面，如叶片泵定子内曲面和冷冲模的凹模型孔等。(3)(3)立体成形面立体成形面 即零件各个剖面具有不同的轮廓形状，如汽轮机扭曲即零件各个剖面具有不同的轮廓形状，如汽轮机扭曲变截面叶片和某些锻模变截面叶片和某些锻模( (图图81(c)81(c)、压铸模、塑压、压铸模、塑压模的型腔。模的型腔。成形表面常用的加工方法有车、铣、刨、拉和磨削成形表面常用的加工方法有车、铣、刨、拉和磨削( (表表81)

4、81)。成形表面的加工方法很多，按成形原理分述成形表面的加工方法很多，按成形原理分述如下。如下。 一、用成形刀具加工一、用成形刀具加工 刀具的切削刃按工件表面轮廓形状制造，加工时，刀刀具的切削刃按工件表面轮廓形状制造，加工时，刀具相对工件作简单的直线进给运动。具相对工件作简单的直线进给运动。1 1车削成形面车削成形面 用成形车刀可加工内、外回转成形面。常用的成形车用成形车刀可加工内、外回转成形面。常用的成形车刀有棱体成形车刀刀有棱体成形车刀( (图图82(a)82(a)和圆体成形车刀和圆体成形车刀( (图图882(b)2(b)。前者只能加工外成形面，而后者可以加工内、外回。前者只能加工外成形面

5、，而后者可以加工内、外回转成形面，故应用较为广泛。转成形面，故应用较为广泛。2 2铣削成形面铣削成形面 用成形铣刀铣削成形面，一般在卧式铣床上进行用成形铣刀铣削成形面，一般在卧式铣床上进行( (图图83)83)，常用来加工直线成形面。一般成形铣刀的前角常用来加工直线成形面。一般成形铣刀的前角。=0=0 ，重，重磨时只刃磨前刀面以保证刃形不变。磨时只刃磨前刀面以保证刃形不变。3 3刨削成形面刨削成形面 成形刨刀的结构与成形车刀相似，一般只用于加工形成形刨刀的结构与成形车刀相似，一般只用于加工形状简单的直线成形面。状简单的直线成形面。4 4拉削成形面拉削成形面 拉削可加工多种内、外直线成形面。加工

6、质量好、生产拉削可加工多种内、外直线成形面。加工质量好、生产率高，但拉削成形面的拉刀复杂，成本高，故宜用于成批率高，但拉削成形面的拉刀复杂，成本高，故宜用于成批大量生产。大量生产。5 5铰削内球面铰削内球面 用球形铰刀可以铰削小直径的球窝用球形铰刀可以铰削小直径的球窝( (图图84)84)，以及处于深，以及处于深孔的球窝孔的球窝( (图图85)85)。铰削前先用钻头在工件上钻出盲孔，再。铰削前先用钻头在工件上钻出盲孔，再用成形车刀粗车成形，然后进行粗铰、精铰。球铰刀一般有用成形车刀粗车成形，然后进行粗铰、精铰。球铰刀一般有4 46 6个齿，粗铰刀刀齿上开有分屑槽，精铰刀上没有。精铰个齿，粗铰刀

7、刀齿上开有分屑槽，精铰刀上没有。精铰钢件的表面粗糙度钢件的表面粗糙度RaRa为为1.61.6 m m，加工青铜件时，加工青铜件时，RaRa可达可达0.40.40.8 0.8 m m。6 6磨削成形面磨削成形面 利用修整好的成形砂轮，在外圆磨床上可以磨削回转成形利用修整好的成形砂轮，在外圆磨床上可以磨削回转成形面面( (图图86)86)，在平面磨床上可以磨削外直线成形面，在平面磨床上可以磨削外直线成形面( (图图87)87)特点：特点：用成形刀具加工成形面，加工的精度主要取决于刀具的精用成形刀具加工成形面，加工的精度主要取决于刀具的精度，并易于保证同一批工件表面形状、尺寸的一致性和互度，并易于保

8、证同一批工件表面形状、尺寸的一致性和互换性。成形刀具是宽刃刀具，同时参加切削的刀刃较长，换性。成形刀具是宽刃刀具，同时参加切削的刀刃较长，一次切削行程就可切出工件的成形面一次切削行程就可切出工件的成形面, ,因而有较高的生产率因而有较高的生产率. .此外成形刀具可重磨的次数多此外成形刀具可重磨的次数多, ,故刀具的寿命长故刀具的寿命长. .但是但是, ,成形成形刀具的设计、制造和刃磨都较复杂，故刀具的成本也较高。刀具的设计、制造和刃磨都较复杂，故刀具的成本也较高。适用范围：适用范围：用成形刀具加工成形面，适用于成形面精度要求较高，用成形刀具加工成形面，适用于成形面精度要求较高，尺寸较小，零件批

9、量较大的场合。尺寸较小，零件批量较大的场合。( (一一) )用靠模装置加工成形面用靠模装置加工成形面 1 1机械靠模装置机械靠模装置 图图8-88-8为利用靠模车削成为利用靠模车削成形面的装置。将车床中拖板上形面的装置。将车床中拖板上的丝杠拆去，把拉杆固定在中的丝杠拆去，把拉杆固定在中拖板上，其另一端与滚柱连接，拖板上，其另一端与滚柱连接，当大拖板作纵向移动时，滚柱当大拖板作纵向移动时，滚柱沿着靠模的曲线槽移动，使车沿着靠模的曲线槽移动，使车刀作相应的移动，车出手柄上刀作相应的移动，车出手柄上的成形面。的成形面。二、用简单的刀具加工二、用简单的刀具加工特点与使用范围特点与使用范围：用机械靠模装

10、置加工成形面，生产率较高，加工精度主用机械靠模装置加工成形面，生产率较高，加工精度主要取决于靠模精度。靠模形状复杂，制造困难，费用高。要取决于靠模精度。靠模形状复杂，制造困难，费用高。靠模与滚轮之间直接承受切削力，磨损较严重。因此，靠模与滚轮之间直接承受切削力，磨损较严重。因此，必须提高靠模的硬度、耐磨性以延长其寿命，这也给靠必须提高靠模的硬度、耐磨性以延长其寿命，这也给靠模制造增加了困难。这种方法适于在成批生产中应用。模制造增加了困难。这种方法适于在成批生产中应用。2 2随动系统靠模装置随动系统靠模装置 随动系统靠模装置是以发送器的触头随动系统靠模装置是以发送器的触头( (靠模销靠模销) )

11、接接受靠模外形轮廓曲线的变化为信号，通过放大装置将受靠模外形轮廓曲线的变化为信号，通过放大装置将信号放大后送入驱动装置，再由驱动装置控制刀具作信号放大后送入驱动装置，再由驱动装置控制刀具作相应的仿形运动。仿形装置按发送器作用原理不同，相应的仿形运动。仿形装置按发送器作用原理不同，有很多种类，下面介绍一种应用较多的仿形装置有很多种类，下面介绍一种应用较多的仿形装置电感式仿形装置。电感式仿形装置。电感式仿形装置电感式仿形装置 由图由图8989示出，在靠模仪示出，在靠模仪4 4内有电感发内有电感发生器，加工时靠模销生器，加工时靠模销9 9沿水平沿水平或垂直方向运动并始终和靠或垂直方向运动并始终和靠模

12、模8 8的表面保持接触，随着靠的表面保持接触，随着靠模表面曲线的变化，靠模销模表面曲线的变化，靠模销产生轴向移动，使发生器中产生轴向移动，使发生器中的电感发生变化，从而发出的电感发生变化，从而发出信号，经放大后控制进给电信号，经放大后控制进给电机机3 3，驱使指状铣刀跟踪靠模，驱使指状铣刀跟踪靠模销作相应的位移而进行成形销作相应的位移而进行成形面的加工。面的加工。特点：特点：可加工形状复杂的直线及立体成形面；且靠模与靠模销可加工形状复杂的直线及立体成形面；且靠模与靠模销之间的接触压力小（约之间的接触压力小（约5 58MPa8MPa），靠模可用石膏、木材），靠模可用石膏、木材或铝合金等软材料制造

13、，加工方便，精度高且成本低。或铝合金等软材料制造，加工方便，精度高且成本低。缺点：机床复杂，设备费用高。缺点：机床复杂，设备费用高。（二）二） 按运动轨迹法加工成形面按运动轨迹法加工成形面内、外球面加工中，常采用运动轨迹法内、外球面加工中，常采用运动轨迹法常用的方法有铣削、车削和磨削。如图常用的方法有铣削、车削和磨削。如图8-108-10用车削法车削用车削法车削外球面和内球面，现在数控机床及编程技术的发展，这些外球面和内球面，现在数控机床及编程技术的发展，这些轨迹成形面的成形加工已非常简单易行了。轨迹成形面的成形加工已非常简单易行了。刀具实现准确的刀具实现准确的圆轨迹进给运动。圆轨迹进给运动。

14、精度、生产率较精度、生产率较高。高。适用于大批量生适用于大批量生产产通过蜗轮传通过蜗轮传动，保证刀动，保证刀尖围绕固定尖围绕固定圆心实现准圆心实现准确的进给运确的进给运动动 特点： 成形车刀是用在各种车床上加工内、外回转体成形成形车刀是用在各种车床上加工内、外回转体成形表面的专用刀具，表面的专用刀具，其刃形是根据零件的廓形设计的其刃形是根据零件的廓形设计的。它具有如下特。它具有如下特点：点： 1、生产效率高、生产效率高 利用成形车刀进行加工，一次进给便可完成零利用成形车刀进行加工，一次进给便可完成零件各表面的加工，因此具有很高的生产率。故在零件的成批大量生件各表面的加工，因此具有很高的生产率。

15、故在零件的成批大量生产中，得到广泛的使用。产中，得到广泛的使用。 2、加工质量稳定、加工质量稳定 使用成形车刀进行切削加工，由于零件的成使用成形车刀进行切削加工，由于零件的成形表面主要取决于刀具切削刃的形状和制造精度，所以它可以保证形表面主要取决于刀具切削刃的形状和制造精度，所以它可以保证被加工工件表面形状和尺寸精度的一致性和互换性。一般加工后零被加工工件表面形状和尺寸精度的一致性和互换性。一般加工后零件的精度等级可达件的精度等级可达IT8IT7表面粗糙度值可达表面粗糙度值可达2.510Ra。 3、刀具使用寿命长、刀具使用寿命长 成形车刀用钝后，一般重磨前面，可重磨成形车刀用钝后，一般重磨前面

16、，可重磨次数多，尤其圆体成形车刀。次数多，尤其圆体成形车刀。 4、刀具制造比较困难，成本高，故单件、小批生产不宜使用成、刀具制造比较困难，成本高，故单件、小批生产不宜使用成形车刀。形车刀。 按进给方向分类有： 径向 切向 成形车刀 斜向 按其结构分类有： 平体 棱体 成形车刀 圆体 径向进给成形车刀几种形式图-径向进给成形车刀）平体成形车刀 ）棱体成形车刀 ）圆体成形车刀1、平体成形车刀、平体成形车刀 它除了切削刃有一定的形状要求外，结构上和普通车刀相近。它除了切削刃有一定的形状要求外，结构上和普通车刀相近。因其允许的重磨次数不多。一般仅用于加工螺纹或铲制成形铣刀、因其允许的重磨次数不多。一般

17、仅用于加工螺纹或铲制成形铣刀、滚刀的齿背。滚刀的齿背。2、棱体成形车刀、棱体成形车刀 其外形是棱柱体。可重磨次数比平体成形车刀多，刚性也好，其外形是棱柱体。可重磨次数比平体成形车刀多，刚性也好，但只能用来加工外成形表面。但只能用来加工外成形表面。3、圆体成形车刀、圆体成形车刀 其外形是回转体，切削刃在圆周表面上分布，与以上两种成形车其外形是回转体，切削刃在圆周表面上分布，与以上两种成形车刀相比，制造方便，允许重磨次数多。既可用来加工外成形表面，刀相比，制造方便，允许重磨次数多。既可用来加工外成形表面，又可用来加工内成形表面，使用比较普遍，但加工精度与刚性低于又可用来加工内成形表面，使用比较普遍

18、，但加工精度与刚性低于棱体成形车刀。棱体成形车刀。 图-切向进给成形车刀 图-斜向进给成形车刀 二、二、 成形车刀的装夹成形车刀的装夹 棱体成形车刀棱体成形车刀是以燕尾作为定位基准，安装在燕尾槽内。刀是以燕尾作为定位基准，安装在燕尾槽内。刀具燕尾的后平面具燕尾的后平面K-K是固定基准，安装时将刀体竖立井倾斜是固定基准，安装时将刀体竖立井倾斜f角通过调整刀夹下端的螺钉，将切削刃上计算基准点角通过调整刀夹下端的螺钉，将切削刃上计算基准点1与工件中心等高，然后用螺栓夹紧。下端螺钉除了能承担部与工件中心等高，然后用螺栓夹紧。下端螺钉除了能承担部分切削力外，还能增强刀具的性。分切削力外，还能增强刀具的性

19、。 圆体成形车刀的装夹圆体成形车刀的装夹 圆体成形车刀圆体成形车刀 是以圆柱孔作为定位基准面，套装在刀夹的螺杆上。是以圆柱孔作为定位基准面，套装在刀夹的螺杆上。圆体成形车刀用销子与齿盘连接，齿盘与扇形板利用端面齿啮合，圆体成形车刀用销子与齿盘连接，齿盘与扇形板利用端面齿啮合，扇形板与蜗杆啮合，然后利用螺帽将成形车刀连同芯轴及其它零件扇形板与蜗杆啮合，然后利用螺帽将成形车刀连同芯轴及其它零件拧紧在刀夹上。当调整圆体成形车刀基准点位置的高度时，松开螺拧紧在刀夹上。当调整圆体成形车刀基准点位置的高度时，松开螺帽，转动齿盘，使之相对扇形板上的齿纹错位，达到粗调；转动安帽，转动齿盘，使之相对扇形板上的齿

20、纹错位，达到粗调；转动安装在刀夹孔内的蜗杆使扇形板、齿盘以及圆体成形车刀一起转动，装在刀夹孔内的蜗杆使扇形板、齿盘以及圆体成形车刀一起转动，达到精调。利用刀夹两侧调节螺钉调整成形车刀轴线。达到精调。利用刀夹两侧调节螺钉调整成形车刀轴线。 图-成形车刀的前角和后角）棱体刀 ）圆体刀成形车刀的前角和后角成形车刀的前角和后角与其他刀具直接磨出前角、后角不同，成形车刀预先磨出一与其他刀具直接磨出前角、后角不同，成形车刀预先磨出一定角度，定角度，然后依靠刀具相对工件的安装位置而形成的。然后依靠刀具相对工件的安装位置而形成的。例如，对于棱体成形车刀，制造和重磨时只控制前、后角之例如，对于棱体成形车刀，制造

21、和重磨时只控制前、后角之和，装夹时装在倾斜一和，装夹时装在倾斜一f f的角度的刀杆上，从而形成前角的角度的刀杆上，从而形成前角f f和后角和后角f f ，如图，如图812812所示。所示。对于圆体成形车刀，如图对于圆体成形车刀，如图814814所示，制造时使车刀中心到前所示，制造时使车刀中心到前刀面的垂直距离为：刀面的垂直距离为：h h0 0=R=R1 1sinsin（f f+ + f f），安装时，使刀尖），安装时，使刀尖位于工件中心高度位置，刀具中心比工件中心高位于工件中心高度位置，刀具中心比工件中心高H= RH= R1 1sinsinf f成形车刀的前、后角规定在工件的端截面内测量，并以

22、成形车刀的前、后角规定在工件的端截面内测量，并以刀刃上最外点为其标准值。在工件端截面中的前角为刀刃上最外点为其标准值。在工件端截面中的前角为f f ，后角为后角为f f ，如图，如图814814所示。所示。h h0 0=R=R1 1sinsin（f f+f f）H= RH= R1 1sinsinf f由于有了前角，切削刃上不位于工件中心高度上的其他由于有了前角，切削刃上不位于工件中心高度上的其他各点，都低于切削刃最外点，各点，都低于切削刃最外点，例如图例如图8-148-14中中2 2点低于点低于1 1点。由图可知，离切削刃最外点点。由图可知，离切削刃最外点愈远，其前角愈小，后角愈大。且圆体比棱

23、体成形车刀愈远，其前角愈小，后角愈大。且圆体比棱体成形车刀变化要大。变化要大。 成形车刀的前角可根据工件材料选择成形车刀的前角可根据工件材料选择( (参考有关手册参考有关手册) )；后角可按下列数值选取：后角可按下列数值选取： 平体成形车刀平体成形车刀 25253030 棱体成形车刀棱体成形车刀 12121717 圆体成形车刀圆体成形车刀 10101515图-任意点处主剖面上后角。图-ox=0时的改善措施图-0、0时刀具廓形与工件廓形的关系）棱体刀 ）圆体刀 成形车刀的截形设计，就是由零件的廓形来确定刀具的截形。成形车刀的截形设计，就是由零件的廓形来确定刀具的截形。 零件的廓形，是指零件轴剖面

24、内的形状与尺寸，包括深度、宽度和圆弧零件的廓形，是指零件轴剖面内的形状与尺寸，包括深度、宽度和圆弧等。等。 为了测量与制造的方便，成形车刀的截形一般规定在刀具后面的法剖面为了测量与制造的方便，成形车刀的截形一般规定在刀具后面的法剖面内表示。主要包括截形深度、宽度和圆弧等。内表示。主要包括截形深度、宽度和圆弧等。 成形车刀截形设计的方法有成形车刀截形设计的方法有作图法、计算法和查表法作图法、计算法和查表法三种。三种。 作图法作图法 简单、清晰和直观，但精度偏低。另外，作图法的精度主要取简单、清晰和直观，但精度偏低。另外，作图法的精度主要取决于作图时的放大比例与作图的准确程度。决于作图时的放大比例

25、与作图的准确程度。 计算法计算法 能达到很高的精度也比较迅速。能达到很高的精度也比较迅速。 查表法查表法 简单、较迅速，但精度不及计算法，很少使用。简单、较迅速，但精度不及计算法，很少使用。 目前，成形车刀设计目前，成形车刀设计常用常用计算法计算，作图法校验。计算法计算，作图法校验。成形车刀的截形计算成形车刀的截形计算制造成形车刀时，是以制造成形车刀时，是以N N一一N N剖面上的廓形作为加工和检验剖面上的廓形作为加工和检验用的，如图用的，如图814814所示。对于棱体成形车刀，应知道垂直所示。对于棱体成形车刀，应知道垂直于主后刀面的法剖面的廓形尺寸；对于圆体成形车刀，应于主后刀面的法剖面的廓

26、形尺寸；对于圆体成形车刀，应知道它的轴向剖面的廓形尺寸。知道它的轴向剖面的廓形尺寸。从图从图814814可以看出，只有当前角和后角都等于零时刀可以看出，只有当前角和后角都等于零时刀具的具的N-NN-N剖面上的廓形尺寸才和工件的轴向廓形完全相同。剖面上的廓形尺寸才和工件的轴向廓形完全相同。此时，成形车刀的截形无需计算，它等于工件廓形尺寸。此时，成形车刀的截形无需计算，它等于工件廓形尺寸。但是，前、后角都等于零度但是，前、后角都等于零度( (特别是后角为零度特别是后角为零度) )的成形车的成形车刀是无法进行工作的。只要后角大于零度，成形车刀的截刀是无法进行工作的。只要后角大于零度，成形车刀的截形就

27、必须进行计算。形就必须进行计算。从图从图814814中可明显看出，刀具在中可明显看出，刀具在N N一一N N剖面上的廓形深度剖面上的廓形深度P P和工件轴向剖面上的廓形深度和工件轴向剖面上的廓形深度P Pw w是不相等的，即是不相等的，即 PPPPw w P Pw w=r=r2 2-r-r1 1 成形车刀截形的设计计算方法有计算法、作图法和查成形车刀截形的设计计算方法有计算法、作图法和查表计算法。表计算法。图-作图法设计成形车刀廓形）棱形成形车刀 ）圆形成形车刀 如图如图815和图和图6-9所示的外表面加工用的所示的外表面加工用的圆体成形车刀的计算原理如下。圆体成形车刀的计算原理如下。 计算时

28、，应已知工件的各个半径及轴向计算时，应已知工件的各个半径及轴向尺寸，刀具的前角尺寸，刀具的前角f和后角和后角f ，刀具的最大刀具的最大半径半径R1，也应事先选定。，也应事先选定。 计算的要求是求出刀具上各组成点的半径计算的要求是求出刀具上各组成点的半径(即图中的即图中的R2，R3)。图-计算法设计成形车刀廓形）棱形成形车刀 ）圆形成形车刀如图如图815815，通过，通过1 1点作前刀面的延长线，刀具中心点作前刀面的延长线，刀具中心OcOc，与，与该延长线的垂线距离为该延长线的垂线距离为hchc。由图可知。由图可知 hc=R1sin(hc=R1sin(f f + + f f ) ) B1=R1c

29、os( B1=R1cos(f f + + f f ) )在工件一方，通过在工件一方，通过1 1点作前刀面的延长线，工件中心点作前刀面的延长线，工件中心0 01 1与该延长线的垂线的距离为与该延长线的垂线的距离为h h。由图可知。由图可知 h=rh=r1 1sin sin f f ， A A1 1=r=r1 1cos cos f f 另外另外，0 01 1点与点与22的连线与刀具前刀面形成的连线与刀具前刀面形成f2f2 ，0 01 1点与点与33点的连线与前刀面形成点的连线与前刀面形成f3f3 ，依次类推。这样，依次类推。这样sin sin f2f2 =h/r =h/r2 2； A A2 2=r=r2 2cos cos f2f2 ； C C2 2=A=A2 2一一A A1 1；sin sin f3f3=h/r=h/r3 3； A A3 3=r=r3 3cos cos f3f3 ； C C3 3=A=A3 3一一A A1 1；因此，根据图因此，根据图815815中的关系，刀刃组成点各个半径中的关系，刀刃组