第一节、成形车刀设计 第二节、拉刀设计第三节、孔加工复合刀具习题与思考题,第5章 专用刀具设计,第一节 成形车刀设计,成形车刀（样板车刀）是一种专用刀具 ,主要用在普通车床、六角车床、自动车床上加工内、外回转成形表面 用成形车刀加工时，一次进给就能完成回转成形表面的加工，加工表面的形状、尺寸精度主要取决于刀具的设计和制造精度成形车刀具有生产率高、加工表面形状、尺寸一致性高、互换性好以及刀具的重磨次数多，使用寿命长和操作简便等优点但是，成形车刀的设计和制造比较麻烦，成本高 ，多在成批、大量生产中使用一）、车刀的类型与装夹1、成形车刀的类型图5-1常用三种沿工件径向进给的正装成形车刀 图5－1 a ：平体成形车刀 ，切削刃有一定形状要求，刀体结构和普通车刀相同 ，一般用于单件、小批生产，加工简单成形表面 图5－1 b：棱体成形车刀 ，刀体为棱柱体，只能加工外成形表面图5－1 c：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 ，可加工内、外成形表面 一、概 述,图5-2 成形车刀的装夹,2、成形车刀的装夹通常成形车刀是通过专用刀夹安装在机床刀架上例图5－2：棱体成形车刀和圆体成形车刀的常用装夹方法图a：棱体成形车刀是以燕尾 的底面与其平行的面作为定位基准面安装在刀夹的燕尾槽内 图b：圆体成形车刀3以内孔为定位基准面套装在刀夹10的带螺栓的心轴1上,,（二）成形车刀的前角和后角成形车刀前角和后角规定在垂直于工件轴线的假定工作平面内测量，以切削刃上最外缘点的前角和后角作为标注值，分别用符号γf和αf表示，见图5－3 。
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 图5－3 a) ：棱体成形车刀的前角和后角制造时，将前刀面和后刀面的夹角磨成90°－（ γ f＋ α f） 角安装时，只要将刀体倾斜α f角，即能形成所需的前角和后角图5－3 b） ：圆体成形车刀前角和后角制造时，将它的前刀面作成距其中心为h距离： h＝Rsin（ γ f＋ α f） 安装时，再将刀具中心O2比工件中心装高H距离，同时使切削刃上最外点与工件轴线等高 ：H＝Rsin α f 在磨钝重磨时也应使h值不变 , h为半径的磨刀检验圆，重磨时应保证前刀面与这个圆相切,图5-3 成形车刀前角和后角的形成,f,f,,（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廓形和已确定的刀具相关参数求解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内测量的1、截形设计的必要性成形车刀磨钝后需要重磨，需要保证在不同位置的法平面内，成形车刀的后刀面截形完全一致图5－4 a ：,当αf＝0°，γf＝0°时成形车刀的截形与工件的廓形才能完全相同，但后角αf＝0°的刀具是无法进行切削的 图5－4 b： 前角γf≥0°、后角αf＞0°时 ，成形车刀的截形与工件廓形不相等。
既刀具截形深度P小于相应的工件廓形深度ap 为了使成形车刀能切出准确的工件形状，设计成形车刀时，必须对刀具的截形进行修正计算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 一般只选择工件廓形上的转折点及其它特殊点进行计算工件直线段廓形，可取两端点作为组成点；工件曲线段廓形，选两端点和曲线部分中间点作为组成点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 成形车刀的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等三种注 意 有公差要求的径向尺寸 应取其平均尺寸作为计算尺 寸，当工件上的径向尺寸未注公差时，允许该尺寸直接作为计算尺寸,1） 作图法,作图法比较简单、直观，但作图误差大，精确度低,图5－5a：用作图法求棱体成形车刀的截形 先按放大比例，按计算尺寸画出工件的主、俯视图，选定组成点2,3,4在主视图上，从基点1作刀具前刀面和后刀面二条直线，分别与水平线及垂直线交成γf角和αf角。
前刀面与工件上r2、r3（r4）各圆的交点为2‘、3’（4‘），过这些点引平行于后刀面的直线，则它们和基点处后刀面的垂直距离P2、P3（P4）根据刀具截形宽度与工件廓形宽度相等，即可画出成形车刀截形图5－5 b)：用作图法求圆体成形车刀的截形,在工件主视图上，先通过（与工件中心等高度的）基点1，向下作一与水平线倾斜成γf角的前刀面线、向上作一与水平线倾斜角成αf角的上斜线 以基点1为圆心、以R为半径作弧与上斜线相交，即为圆体刀的圆心O2 工件上r2、r3（r4）各圆和前刀面线的交点为2'、3'（4'），2'、3'（4'）各点与刀具圆心O2点的距离，即为所求刀具截形上各组成点的半径R2、R3（R4）由此即可作出刀具轴向剖面内的截形1''、2''、3''、4''2)计算法,应首先画作出计算图，如图5－6所示 求刀具前刀面上各组成点的尺寸Cx，x分别用2、3、4代入上式，即可求出前刀面上各组成点的相应尺寸C2、C3、C4求刀具各组成点的截形深度 棱形成形车刀 ： 圆体成形车刀 ：,,,,,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 图5－7 a) ：棱体成形车刀加工圆锥表面时产生的误差,由于前角γf＞0，使切削圆锥面部分的切削刃12‘不在工件的轴向剖面内，平面MM与理想圆锥表面的交线为外凸的双曲线形状132’ ，实际上为了简化成形车刀的设计与制造，通常将刀具截形设计成直线 ，因此得到的是凹的、回转双曲表面，产生的这种加工误差，通常称为双曲线误差,图5－7 b)：圆体成形车刀加工圆锥表面,包括刀具的前角γf＞0所产生的双曲误差 刀具前刀面与刀具轴线存在h距离，因此，前刀面与刀具锥体部分的交线所形成的切削刃142‘为外凸的双曲线 所以用圆体成形车刀加工圆锥表面产生的双曲线误差会更大，一般可达0.4mm甚至更大 。
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一）确定刀体结构尺寸1、棱体成形车刀,图5-8所示：棱体成形车刀结构，装夹部分采用燕尾结构，燕尾结构的主要尺寸有：刀体总宽度Lo、刀体高度H、刀体厚度B以及燕尾尺寸M等 二、成形车刀设计的要点,图5-9 成形车刀的附加刀刃,图5－9 a)所示1）刀体总宽度Lo ：Lo＝Lc Lc——成形车刀切削刃总宽度；l——工件廓形宽度；a、b、c、d——成形车刀的附加刀刃；因为径向成形车刀切削刃同时参加切削，径向切削分力很大，易引起振动应限制 比值 ，粗加工2~3，半精加工1.8~2.5，精加工1.5~2当Lc/dmin大于许用值或Lc＞80mm（为经验值）时，可采取下列措施：① 将工件廓形分段，改用两把或数把成形车刀切削加工；② 改用切向进给成形车刀；③ 如已确定用径向进给，可在工件非切削部分增设辅助支承——滚轮托架，以增加工艺系统刚度2）刀体高度H 刀体高度H与机床横刀架距主轴中心高度有关应在机床刀架空间允许的条件下，尽量取大些，以增加刀具的重磨次数一般推荐H＝55~100mm如采用对焊结构，高速钢部分长度不小于40mm（或H/2）。
3）刀体厚度B B应保证刀体有足够强度、易于装入刀夹、排屑方便、切削顺利 B≥E＋Amax＋（0.25~0.5）Lo （Amax为工件最大廓形深度） （4）燕尾测量尺寸M 燕尾测量尺寸M值应与切削刃总宽度Lc和测量滚柱直径相适应为了方便调整棱体成形车刀的高度，增加成形车刀切削时的刚度，在刀体底部做有螺孔以旋入螺钉，螺孔常取M6表5－1：棱体成形车刀的结构尺寸,2、圆体成形车刀如图5－10所示，圆体成形车刀的主要结构尺寸有：刀体总宽度Lo、刀体外径do、内孔直径d及夹固部分尺寸等1）刀体总宽度： Lo＝Lc＋lyLC——切削刃总宽度；ly——除切削刃外其它部分宽度2）刀体外径和内孔直径 ： do≥2（Amax+e+m）＋ddo——刀具廓形最大半径；Amax——工件最大廓形深度；e——保证足够的容屑空间所需要的距离 （一般取为3~12mm加工脆性材料时取小值，反之取大值；）m——刀体壁厚根据刀体强度要求选取，一般约为5~8mm；d——内孔直径 ，依切削用量及切削力大小取为（0.25~0.45）Do，计算后再取相近标准值；,3）刀体夹固部分尺寸 圆体成形车刀常采用内孔与端面定位，螺栓夹固结构 ，刀体端面的凸台齿纹一方面是为防止切削时，刀具与刀夹体间发生相对转动；另一方面还可用它粗调刀具高度 。
端面齿纹和端面销孔结构尺寸参见表5－2和表5－3图（5－11）,图5-11 圆体成形车刀的夹固部分,（二）、选择前角γf和后角αf,在假定工作平面内测量的、切削刃上基点的前角和后角 可参考表（5－4）进行选取 ,需要校验切削刃上角最小点的后角α0，一般不得小于2°~3°，否则必须采取措施加以解决,表5-4 成形车刀的前角和后角,（三）截形设计（参考一） （四）成形车刀的样板设计 一般精度的刀具截形常用样板检测精度，成形车刀样板一般需要成对的设计、制造：分为“工作样板”和“校对样板”工作样板：用于制造成形车刀时检验刀具截形校对样板：用于检验“工作样板”的精度和使用磨损程度样板的工作面形状和尺寸与成形车刀截形吻合，尺寸的标注基准和成形车刀上截形尺寸的标注基准一致样板各部分基本尺寸等于刀具截形上对应的基本尺寸，各尺寸公差通常取成形车刀截形尺寸公差的1/2～1/3，并且按对称分布当成形车刀截形尺寸公差较小，样板上对应尺寸公差 亦相等（如± 0.01 mm ），但该成形车刀的最后尺寸应通过千分尺、投影仪等量具量仪检验样板的角度公差是成形车刀截形角度公差的10%，但不小于3‘样板工作面的粗糙度值Ra0.32~0.08m。
材料：T10A或经表面渗碳处理的15～20钢，热处理硬度为HRC40~61，厚度一般取1.5~2.5mm五）成形车刀的技术要求,1、刀具材料 切削部分：一般选用高速钢，热处理HRC 63－65刀体部分：用45号结构钢或40Cr，热处理HRC38－452、表面粗糙度前、后刀面的表面粗糙度Ra值为0.2m基准表面粗糙度Ra值为1~3.2m其余表面的粗糙度Ra值为1.6~3.2m3、尺寸公差廓形（截形）公差，参考课本表5－5选取圆形成形车刀的外径do：按h11－h13选取；内径d：按H6－H8选取棱形成形车刀的刀体高度H的偏差取±2mm4、形状位置公差圆形成形车刀① 前刀面对刀具轴线的平度误差，在100mm长度上，不超过0.15mm；② 切削刃对刀具内孔轴线径向圆跳动为0.02~0.03mm；,棱形成形车刀 两侧面对燕尾槽基准面的垂直度误差，在100mm长度上不超过0.02~0.03 m m 刀具截形对燕尾槽基准面的平行度误差，在100mm长度上不超过0.02~0.03 mm 三、成形车刀的设计举例根据工件廓形计算成形车刀的截形 设计实例原始条件：工件如图5—12所示，工件材料易切 钢Y15，圆棒料Ø32mm，大批量生产，用成形车刀加工出全部外表面并切出预切槽，用C 1336单 轴转塔自动车床。
要求：设计圆体形成形车刀和棱体成形车刀具体步骤参考教材,。