第五章专用刀具设计.ppt

1、机械制造装备设计,第 五 章 专用刀具设计,第一节 成形车刀设计 一、成形车刀的特点： 成形车刀是一种在卧式车床、自动车床上加工回转体成形表面的专用刀具，其刃形是根据零件的廓形设计的。它具有如下特点： (1)生产率高 成形车刀一次切出成形表面，有很高的生产率。故在零件的成批大量生产中，得到广泛的使用。 (2)加工质量稳定 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IT10IT8，表面粗糙度值可达Ra633.2m。 (3)刀具寿命长 重磨次数多，总的使用寿命长。 (4)

2、刀具制造较为复杂，成本高。切削刃工作长度过长时，易产生振动。故单件、小批生产不宜使用成形车刀。,二、成形车刀的类型 1.按进给方向的不同分为 （1）径向进给成形车刀：切削刃沿工件半径方向同时切入，切削行程短，生产率高。 （2）切向进给成形车刀：切削刃沿工件加工表面切向切入。切削刃逐渐切入和切离工件的，切削力小，工作平稳。切削行程长，生产率较低。 （3）斜向进给成形车刀：进给方向与工件轴线不垂直。,径向成形车刀,切向进给和斜向进给形成车刀,2.按外形与结构不同分为 （1）平体成形车刀：除切削刃为成形刀刃外，结构和普通车刀相同，用于加工简单的成形表面，如铲齿、车螺纹和车圆弧等。 （2）棱体成形车刀

3、：外形是棱柱体，刀具刚性也好，重磨次数多，使用寿命长。但只能用来加工外成形表面。 （3）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棱体成形车刀。,平体 棱体 圆体,成形车刀的前角和后角 成形车刀切削刃形状较复杂，考虑测量和重磨方便，前角和后角都不在正交平面内测量，规定在刀具的假定工作平面(垂直于工件轴线的断面)内测量，并以切削刃上最外缘与工件中心等高点(图中的 1 点，该点称为成形车刀的基点)处的假定工作前角和假定工作后角作为标注值。,一、前角和后角的

4、形成 （一）棱体成形车刀 将棱体成形车刀前面重磨成f+f的斜面。 安装时，将成形车刀的基准点与工件中心等高，并使后面与垂直方向倾斜一个f，这样便可得到要求的名义前、后角。,距工件中心越远， 前角越小、后角越大。,（二）圆体成形车刀 (1)将圆体成形车刀前面刃磨成比刀具中心o0低一个h距离。 (2)安装时，将切削刃最外一点与工件中心o等高，将o0高于工件中心o一个距离H，即可得到要求的名义前角、后角。 式中R圆形成形 车刀轮廓的最大半径（mm）,成形车刀的前角f和后角f数值不仅影响刀具的切削性能，还影响加工零件的廓形精度，所以在制造、重磨合安装时，不允许任意变动。圆体成形车刀重磨前面时，必须保持

5、h不变。 圆体成形车刀：f =1012； 棱体成形车刀:f =12 15.,二、切削刃上任一点处主剖面内的后角 成形车刀后面与加工表面之间的摩擦程度随切削刃上各点主后角o大小而异。为使刀具能顺利切削，需分析切削刃形状对o的影响。 成形车刀切削刃上各点主后角o与侧后角f的换算方法和普通车刀相同。,式中 是切削刃上任意点x的主切削刃平面与假定工作平面夹角。当fx愈小， ox也愈小。如某段切削刃与工件轴线垂直，则Krx=0， ox= 0，使该处后面紧贴加工后面无法切削，所以利用公式校验主后角o，保证最小主后角ox 2 3。,如果ox= 0，使该处后面紧贴加工后面而无法切削，则需采取措施： 1）在不影

6、响零件的使用性能前提下，改变零件的廓形，使Krx 0，保证ox 2 3 。 2）在Krx= 0的切削刃段的后面磨出凹槽，只保留0.3mm 0.5mm的一段狭窄棱面，减小摩擦面积。,a) 改变轮廓 b) 磨出凹槽 c) 作出侧隙角 d) 斜装成形车刀 e) 螺旋面成形车刀,a) 改变轮廓 b) 磨出凹槽 c) 作出侧隙角 d) 斜装成形车刀 e) 螺旋面成形车刀,3）将 Krx =O的刃段磨出副偏角rx=23,可使摩擦大为减少。同样不改变工件的廓形，普遍采用。 4）采用斜向进给成形车刀，以形成Krx 7，使ox 2 3。 5）采用螺旋体成形车刀，将圆体成形车刀各段切削刃的后面制成螺旋面，使Krx

7、= 0处的后面与加工表面形成一定间隙，使ox 2 3。 结构复杂，制造麻烦，较少采用。,成形车刀的廓形设计 一、廓形设计概念 成形车刀的廓形设计，就要由零件的廓形来确定刀具的廓形。零件的廓形，是指零件在轴向平面内的形状与尺寸，包括深度、宽度和圆弧等。成形车刀的廓形是指切削刃在垂直于后面的平面上投影形成的形状。在这个平面内成形车刀的廓形容易制造和测量。 因成形车刀的f0、f0，使棱体与圆体成形车刀廓形深度P工件廓形深度T ，因此，刀具的廓形不重合于零件的廓形而产生了畸变。一般刀具的廓形宽度与零件廓形宽度相同。因此，成形车刀廓形设计的主要内容是根据零件的廓形深度T和成形车刀的前角f 、后角f修正计

8、算成形车刀的廓形深度P和与它相关的尺寸。,二、成形车刀廓形设计 成形车刀廓形设计的方法有：作图法、计算法和查表法三种。 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决于作图时的放大比例与作图的准确程度。 计算法：能达到很高的精度也比较迅速。 查表法：简单、较迅速，但精度不及计算法，很少使用。 目前，成形车刀设计常用计算法计算，作图法校验。,（一）作图法：已知零件廓性、刀具的前角f和后角f、圆体成形车刀的廓形的最大半径R=D/2，找出切削刃在垂直于后面的平面上投影廓形。,（二）计算法： 1）棱体成形车刀,2）圆形成形车刀,三、成形车刀的附加切削刃 成形车刀两侧超出零件廓形宽度的

9、部分。其一侧用于倒角或修光端面；另一侧用于切断预加工。此外，有了两侧附加切削刃，可增大切削刃两侧尖角处强度。成形车刀的总宽度是零件廓形宽度与两侧附加刀刃宽度之和。总宽不应过宽，否则引起振动，一般超越量为0.5mm。 附加切削刃的偏角Kr和Kr1一般为15 20，如工件端面有倒角，Kr1等于倒角的角度。 附加切削刃的切断预加工深度ap 不大于零件的最大廓形深度apmax .,四、成形车刀其他部分设计简述 1.双曲线误差,加工圆锥表面时产生的双曲线误差,a) 用棱形车刀加工 b)用圆形车刀加工,2.成形车刀的装夹及结构尺寸 成形车刀的装夹正确与否，不仅影响刀具的切削性能，还影响加工工件的形状精度。

10、需在专用刀夹上。,成形车刀的夹装,a) 棱形成形车刀 b)圆形车刀,圆形刀刀夹结构,3.成形车刀廓形尺寸公差 成形车刀廓形尺寸公差一般为对应零件廓形尺寸公差的1/21/3。但不小于+0.01mm 和-0.01mm. 4.成形车刀样板 成形车刀廓形一般用样板来控制和检验。,棱形成形车刀设计图,成形车刀样板设计图,棱体成形车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K-K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分切削力外，还能增强刀具的性。,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。圆体成形车刀用销子与齿盘