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1、1第 九 讲成形刀具和拉刀2第一节 成形表面及其加工方法成形刀具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 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：(1)回转成形面 由一条母线(曲线)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。 (图8- 1(a)34(2)直线成形面 由一条直母线沿一条曲线平行移动而成。它可分为：外成 形面，如凸轮(图8-1(b)和冷冲模的凸模等；内成形面，如 叶片泵定子内曲面和冷冲模的凹模型孔等。(3)立体成形面 即零件各个剖面具有不同的轮廓形状，如汽轮机扭曲变截面 叶片和某些锻模(图8
2、1(c)、压铸模、塑压模的型腔。成形表面常用的加工方法有车、铣、刨、拉和磨削(表81)。56成形表面的加工方法很多，按成形原理分述如下。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 具相对工件作简单的直线进给运动。1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 刀有棱体成形车刀(图82(a)和圆体成形车刀(图8 2(b)。前者只能加工外成形面，而后者可以加工内、外回 转成形面，故应用较为广泛。782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(图83)， 常用来加工直线成形面。一般成形铣刀的前角。=0 ，重磨 时只刃磨前刀面以保证刃形不变。93刨削成形面
3、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。4拉削成形面拉削可加工多种内、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 大量生产。5铰削内球面用球形铰刀可以铰削小直径的球窝(图84)，以及处于深 孔的球窝(图85)。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 46个齿，粗铰刀刀齿上开有分屑槽，精铰刀上没有。精铰 钢件的表面粗糙度Ra为1.6 m，加工青铜件时，Ra可达0.4 0.8 m。10116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 面(图86)，在平面磨床上可以
4、磨削外直线成形面(图87)12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 精度，并易于保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，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.此外成形刀具可重磨的次数多,故刀具的寿命长.但是, 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。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， 尺寸较小，零件批量较大的场合。13(一)用靠模装置加工成 形面1机械靠模装置图8-8为利用靠模车 削成形面的装置。将车 床中拖板上的丝杠拆去 ，把拉杆固定在中拖板 上，其另一端与滚柱连
5、 接，当大拖板作纵向移 动时，滚柱沿着靠模的 曲线槽移动，使车刀作 相应的移动，车出手柄 上的成形面。二、用简单的刀具加工14特点与使用范围：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 。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 靠模制造增加了困难。这种方法适于在成批生产中应用 。 2随动系统靠模装置随动系统靠模装置是以发送器的触头(靠模销)接 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 相应的仿形运动。仿形装置按发送器作用原理不同
6、， 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。15电感式仿形装置 由图89示 出，在靠模仪4内有电感发生 器，加工时靠模销9沿水平或 垂直方向运动并始终和靠模8 的表面保持接触，随着靠模表 面曲线的变化，靠模销产生轴 向移动，使发生器中的电感发 生变化，从而发出信号，经放 大后控制进给电机3，驱使指 状铣刀跟踪靠模销作相应的位 移而进行成形面的加工。16特点：可加工形状复杂的直线及立体成形面；且靠模与靠模销之 间的接触压力小（约58MPa），靠模可用石膏、木材或 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。（二） 按运动轨迹法加工成形面内、外球面
7、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8-10用车削法车削 外球面和内球面17刀具实现准确的 圆轨迹进给运动 。 精度、生产率较 高。 适用于大批量生 产通过蜗轮传 动，保证刀 尖围绕固定 圆心实现准 确的进给运 动18刀刃形状决定于工件形状的车刀，称为成形车刀 。第二节 成形车刀但它的廓形尺寸与工件的并不完全一致，需要进 行设计计算。成形车刀制成后，其后刀面为成形 表面，每次重磨时只磨前刀面。成形车刀是一种专用刀具，它多用于车床、六角 车床、自动和半自动车床上加工内外回转体成形 表面。一、 成形车刀的类型和装夹成形车刀按其结构和形状可分为下面三种 ：19(1)平体成形车刀
8、：除刀刃具有复杂的形状外，外形和 普通车刀相似，如图8-11只能用于加工外成形表面，且重磨次数少。它的装夹方 法和普通车刀一样。(2)棱体成形车刀：它的外形为棱柱体，其重磨次数比 平体成形车刀多，刀具的刚性比平体的好。使用时靠燕尾体与刀杆的燕尾槽联结。并用螺钉夹紧， 如图812所示。刀杆的燕尾槽制有一倾斜角，即图8 12中的f 。刀体下端的螺钉可用来调整刀尖的高度 并可承受部分切削力，增加刀具的刚性。2021(3)圆体成形车刀：它的外形是回转体，其重磨次数比棱体 的多且可加工内成形表面。图813所示为加工外成形表 面时的装夹方法之一。如图所示，工作时，将刀尖调整到工件中心高度上，用内 孔定位装
9、夹。为防止因切削力使刀具转动，刀具一端制有 端面齿，和刀夹上的端面齿相啮合，由图可见，当工件顺 时针旋转时(主运动)，刀具的中心应高于工件中心以便 形成后角以上成形车刀工作时，工件旋转是主运动，刀具做径向进 给运动。22h0=R1sin（ f+f）H= R1sinf2324二、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 定角度，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 和，装夹时装在倾斜一f的角度的刀杆上，从而形成前角f 和后角f ，如图812所示。对于圆体成形车刀，如图814所示，制造时使车刀中心到前 刀面的垂
10、直距离为：h0=R1sin（f+ f），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H= R1sinf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f ，后角为f ，如图814所示。25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，例如图8-14中2点低于1点。由图可知，离切削刃最外点 愈远，其前角愈小，后角愈大。且圆体比棱体成形车刀 变化要大。 成形车刀的前角可根据工件材料选择(参考有关手册) ；后角可按下列数值选取：平体成形车刀 2530棱体成形车刀 1217圆体成形车刀 101526三、成形车刀
11、的截形计算制造成形车刀时，是以N一N剖面上的廓形作为加工和检验 用的，如图814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 知道它的轴向剖面的廓形尺寸。从图814可以看出，只有当前角和后角都等于零时刀 具的N-N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 。但是，前、后角都等于零度(特别是后角为零度)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 截形就必须进行计算。27从图814中可明显看出，刀具在N一N剖面上的廓形深度P 和工件轴向剖面上的廓形深度Pw是不相等的，即P0时， fa。若
12、铣刀重磨次数愈多，则角愈大， f也愈大，因此以阿基米德螺旋作为齿背曲线的铣刀，重 磨后后角增大。但变化值很小，如d0=80mm、 z=10、K=5mm 的铣刀，新刀，在刀齿磨到最后时（磨掉1/2齿距）， fa=1159 相差仅44，变化值可忽略不计。44（2）铣刀切削刃上愈靠近轴线的点，Rx愈小， fx愈 大,如d0=80mm的凹半圆铣刀，新刀时切削刃上半径最小 的点的后角为fx =1424 。因此成形铣刀名义后角 规定在新刀齿顶处，并取较小数值fa =10 12。由上述分析可知，只要铣刀要求的K值相同，均可用 同一凸轮铲制，这就大大减少了所需凸轮的数量。目 前，广泛采用K=0.512mm的凸
13、轮，尺寸间隔,对于小 尺寸铣刀为0.25mm，中等尺寸铣刀为0.5mm，大尺寸 铣刀为12mm。一般铲齿车床都带一套凸轮，设计成 形铣刀时，求出铲齿量K的数值以后，即可选用合适 的凸轮，不需另外设计与制造。45第二 拉刀第一节 拉削特点及拉刀类型一、拉削特点拉刀是一种多齿刀具，拉 削时由于拉刀的后一个(或 一组)刀齿高出前一个(或 一组)刀齿，从而能够一层 层地从工件上切下金属(图 820)，以获得较高精度 和较好的表面质量。46拉削加工与其他切削加工方法相比较，具有以下特点：(1)生产率高 由于拉刀是多齿刀具，同时参加工作的刀齿多(如图8 20所示为三个)，切削刃总长度大，一次行程能够完 成
14、粗半精精加工，因此生产率很高，尤其是加 工形状特殊的内、外表面工件时，效果尤为显著。(2)拉后工件精度与表面质量高 由于拉削速度比较低(目前一般不超过0.30ms)，拉 削平稳，切削厚度薄(一般精切齿的切削厚度为 0005 0.015mm)，因此可加工出精度为IT7，表面粗 糙度不大于Ra08的工件，若拉刀尾部装有浮动挤压 环,则可达Ra0.4 0.2.47(3)拉刀耐用度高 由于拉削速度小，切削温度低，刀具磨损慢，因此拉刀的 耐用度较高.(4)拉削加工应用范围广 拉刀可以加工出各种形状的通孔及没有障碍的外表面有 些其他切削加工方法难于完成的加工表面，可以采用拉 削加工完成.(5)拉床结构简单
15、拉削一般只有主运动，进给运动靠拉刀切削部分的齿升 量来完成,因此拉床结构简单，操作也方便。4849二 拉刀的类型及其应用1）按加工表面的不同，可分为：内拉刀和外拉刀 图8-22加工工件的内表面加工工件的外表面2）按拉刀构造不同，可分为：整体式和组合式 图8-24中小型尺寸的高速钢 拉刀大尺寸和硬质合金 拉刀50513）按受力方式，可分为：拉刀和推刀在拉伸状态下工作在受压状态下工作用于加工 余量较小 的内表面 或修整热 处理后的 变形量524）链式连续拉削：普通拉削时，工件不运动 ，拉刀作主运动。为了提高 生产率和实现自动化生产 ，出现了链式连续拉削方 式。如图826所示。图中 拉刀固定不动，被
16、加工工 件装在连续运动的链式传 送带的随行夹具上作主运 动，从而实现连续拉削方 式。这种拉削方式已在汽 车制造业中得到应用。53为了提高拉削的生产率，近年来高速拉削已逐渐采用 。高速拉削所用机床应有足够的刚度和运动精度，应 有较大的速度范围(v=150mmin)。试验表明，高 速拉削不仅提高了拉削生产率，同时也改善了工件的 表面质量，提高了刀具耐用度。采用硬质合金机夹拉 刀进行高速拉削，已在汽车工业加工缸体中得到应用 ，拉削速度为2535mmin。第二节 拉刀的结构拉刀的类型不同，其结构上虽各有特点，但他们的组 成部分仍有共同之处。下面以圆孔拉刀为例介绍其组 成部分。如图8-28所示。54圆孔拉刀由头部、 颈部、过渡锥部、 前导部、切削部、 校准部、后导部及 尾部组成，其
