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1、2014.8.20,6 专用刀具设计,1,第6章 专用刀具设计,需要根据工件的廓形进行专门设计和制造。主要用在卧式车床、转塔车床、自动车床上加工内、外回转成形表面。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，加工精度一般能达到ITl0-IT8，表面粗糙度Ra6.33.2m。优点: 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。不足：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。,6.1 成形车刀设计,2014.8.20,6 专用刀具设计,2,6.1 成形车刀设计,需要根据工件的廓形进行专门设计和制造。主要用在卧式车床、
2、转塔车床、自动车床上加工内、外回转成形表面。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，加工精度一般能达到ITl0-IT8，表面粗糙度Ra6.33.2m。优点: 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。不足：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。,2014.8.20,6 专用刀具设计,3,6.1.1车刀的类型与装夹,1、成形车刀的类型,平体成形车刀,一般用于单件、小批生产，加工简单成形表面。, 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。它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。,2014.8.20,6 专用刀具设计,4,6.1.1车刀的类型与装夹,2、成形车刀的装夹,通过专用刀夹安装在机床刀架上的。,棱体成形车刀安装： 以燕尾的底面作为定位基准面安装在刀夹的燕尾槽内，并用螺钉及弹性槽将刀体夹紧。 成形车刀下端的螺钉用于调节刀尖位置的高低，同时可增加刀具工作时的刚性。,2014.8.20,6 专用刀具设计,5,6.1.1车刀的类型与装夹,以内孔为定位基准面套装在刀夹10的带螺栓的心轴1上，并通过销子2与端
4、面齿环4相连，以防止刀具工作时受力而转动，将齿环4与圆体刀一起相对扇形板5转动若干齿，则可粗调刀尖的高度。扇形板同时与蜗杆9啮合，转动蜗杆能微调刀尖的高低。,圆体刀的安装,扇形板上的销子8用来限制扇形板转动的范围。在心轴1的表面上还开了一条小的长槽，利用螺钉6可避免旋紧螺母7时与心轴1一起转动，但允许心轴1轴向转动。,机床的刀架相联接。,机床的刀架相联接。,2014.8.20,6 专用刀具设计,6,6.1.2 成形车刀的前角和后角,成形车刀的前角和后角是通过刀具的正确制造和安装形成的。,1、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-（f+f）角。,安装时，只要将刀体倾
5、斜f角，即能形成所需的前角和后角。,2、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。,2014.8.20,6 专用刀具设计,7,6.1.2 成形车刀的前角和后角,安装时，再将刀具中心O2比工件中心装高H距离，形成所需的前角和后角。 h和H之值可由下列公式计算：,在制造时和磨钝重磨时也应使h值不变。通常在刀具端面上刻一个以02为中心，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。,2014.8.20,6 专用刀具设计,8,6.1.2 成形车刀的前角和后角,当f0时，切削刃上只有基点1与工件中心等高，而刃上其他各点都低于工件中心。,因此，切削刃上各点的切削平面和基面位
6、置不同，因而刃上各点的前角和后角也都不相同，离基点愈远(径向)的点的前角愈小，后角愈大。,在自动车床上使用圆体成形车刀，其前、后角通常根据机床刀架的尺寸及刀具的安装尺寸H和重磨尺寸A而定。为了便于制造与测量，H和h的尺寸一般圆整成0.5mm倍数。,2014.8.20,6 专用刀具设计,9,6.1. 3 成形车刀的截形设计,已确定的刀具相关参数求解成形车刀的截形。,成形车刀的截形是规定在与后刀面垂直的剖面NN内测量的。对于圆体成形车刀，NN剖面也就是刀体的轴剖面。,1、截形设计的必要性,成形车刀磨钝后需要重磨，一般只磨前刀面。要保证重磨后切削刃的形状不发生变化，需要保证在不同位置的法平面内，成形
7、车刀的后刀面截形完全一致。,工件的廓形是规定在通过其轴线的平面内测量的；,工件的(轴剖面)轮廓形状,2014.8.20,6 专用刀具设计,10,6.1. 3 成形车刀的截形设计,由图可知，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。但后角f=0的刀具是无法进行切削的。,2014.8.20,6 专用刀具设计,11,6.1. 3 成形车刀的截形设计,当f0,f0时，成形车刀的截形与工件廓形不相等。,刀具截形深度P相应的工件廓形深度ap；刀具截形宽度=工件廓形宽度相等。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。,2014.8.20,6 专用
8、刀具设计,12,6.1. 3 成形车刀的截形设计,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他特殊点进行计算。,直线段廓形，可取两端点作为组成点；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。在标注尺寸时，须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。,(30-0.2/2)mm=29.9mm。,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。,2014.8.20,6 专用刀具设计,13,6.1. 3 成形
9、车刀的截形设计,（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相应组成点。,作图法：比较简单、直观，作图误差大，精确度低；公式计算法：精确度高，计算工作量大；查表法：根据计算结果预先列成表格，设计时只要根据已知条件查表或通过简单运算即可得到设计结果，设计精度也比较高，且简便、迅速。所以，在实际生产中常用计算法和查表法进行设计，用作图法辅以校验。,2014.8.20,6 专用刀具设计,14,6.1. 3 成形车刀的截形设计,用作图法求棱体成形车刀的截形。,如图所示，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
10、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f角和f角。,2014.8.20,6 专用刀具设计,15,6.1. 3 成形车刀的截形设计,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)就是所要求的棱体刀成形车刀各组成点的截形深度。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。,2014.8.20,6 专用刀具设计,16,6.1. 3 成形车刀的截形设计,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f角的前刀面线、向上作一
11、与水平线倾斜角成f角的上斜线，然后以基点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。,2014.8.20,6 专用刀具设计,17,6.1. 3 成形车刀的截形设计,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。,2014.8.20,6 专用刀具设计,18,6.1. 3 成形车刀的截形设计,计算法 用此法修正计算刀具的截形，应首先作出计算图，如图所示。,然后按下述步骤、公式求出刀具各组成点的截形深度。求刀具前刀面上各组成点的尺
12、寸Cx,2014.8.20,6 专用刀具设计,19,6.1. 3 成形车刀的截形设计,刀具前刀面上各组成点的尺寸Cx,2014.8.20,6 专用刀具设计,20,6.1. 3 成形车刀的截形设计,2014.8.20,6 专用刀具设计,21,6.1. 3 成形车刀的截形设计,将x分别用2、3、4代人上式，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,2014.8.20,6 专用刀具设计,22,6.1. 3 成形车刀的截形设计,圆体成形车刀,2014.8.20,6 专用刀具设计,23,6.1. 3 成形车刀的截形设计,2014.8.20,6 专
13、用刀具设计,24,6.1. 3 成形车刀的截形设计,2014.8.20,6 专用刀具设计,25,6.1. 3 成形车刀的截形设计,(3)双曲线误差 加工圆锥表面时会产生双曲线误差,2014.8.20,6 专用刀具设计,26,6.1. 3 成形车刀的截形设计,(3)双曲线误差,2014.8.20,6 专用刀具设计,27,6.1. 3 成形车刀的截形设计,(3)双曲线误差,2014.8.20,6 专用刀具设计,28,6.1. 3 成形车刀的截形设计,2014.8.20,6 专用刀具设计,29,6.1.4 成形车刀设计要点,1、确定刀体结构尺寸,（1）棱体成形车刀,棱体成形车刀的装夹部分多采用燕尾结
14、构，这种结构装夹稳固可靠，能承受较大切削力。,燕尾结构的主要尺寸有：刀体总宽度L0、刀体高度H、刀体厚度B以及燕尾尺寸M等。,2014.8.20,6 专用刀具设计,30,6.1.4 成形车刀设计要点,1)刀体总宽度L0,L0=LC,Lc成形车刀切削刃总宽度(mm)；l 工件廓形宽度(mm)；a、b、c、d成形车刀的附加刀刃；,2014.8.20,6 专用刀具设计,31,6.1.4 成形车刀设计要点,a为避免切削刃转角处过尖而设的附加刀刃宽度(mm)，常取为0.53mm(910段)；b为考虑工件端面的精加工和倒角而设的附加刀刃宽度(mm)，其数值应大于端面精加工余量和倒角宽度。,c为保证后续切断
15、工序顺利进行而设的预切槽刀刃宽度mm)，c值常取为38mm(56711段)；d为保证成形车刀刀刃处到工件毛坯表面之外而设的附加刀刃宽度(mm)，常取d=0.52mm(1112段)。,2014.8.20,6 专用刀具设计,32,6.1.4 成形车刀设计要点,实际生产中，有时也可取图示的附加刀刃形式，a、c、b数值视具体情况而定(其中a3mm)。在确定切削刃总宽度Lc时，还应考虑机床功率及工艺系统刚度。,2014.8.20,6 专用刀具设计,33,6.1.4 成形车刀设计要点,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。一般应限制切削刃总宽度Lc与工件最小值径dmin的比值，
16、使Lcdmin不超过下列数值即可：粗加工23，半精加工1825，精加工152。工件直径较小时取小值，反之取大值。,2014.8.20,6 专用刀具设计,34,6.1.4 成形车刀设计要点,当Lcdmin大于许用值或Lc80mm(为经验值)时，可采取下列措施：将工件廓形分段，改用两把或数把成形车刀切削加工。改用切向进给成形车刀。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。,2014.8.20,6 专用刀具设计,35,6.1.4 成形车刀设计要点,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
17、磨次数。一般推荐H=55100mm。,3) 刀体厚度B,刀体厚度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。刀体厚度应满足：BE十Amax十(0.250.5)L0,Amax-工件最大廓形深度（mm）,2014.8.20,6 专用刀具设计,36,6.1.4 成形车刀设计要点,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(表51)。此外，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。棱体成形车刀的结构尺寸见(表51)。,2014.8.20,6 专用刀具设计,37,6.1.4 成形车刀设计要点,
18、2014.8.20,6 专用刀具设计,38,6.1.4 成形车刀设计要点,（2）圆体成形车刀,主要结构尺寸有：刀体总宽度Lo、刀体外径d0、内孔直径d夹固部分尺寸等。,1）刀体总宽度 L0=Lc十lyLc切削刃总宽度(mm)；ly除切削刃外其它部分宽度(mm)。,2014.8.20,6 专用刀具设计,39,6.1.4 成形车刀设计要点,2）刀体外径和内孔直径,确定外径时，要考虑工件的最大廓形深度、排屑、刀体强度及刚度等，取值大小要受机床横刀架中心高及刀夹空间的限制。,一般可按下式计算，再取相近标准值，即,D02(Amax+e+m)+d,D0 -具廓形最大直径(mm)； Amax-工件最大廓形深
19、度(mm)； e保证足够的容屑空间所需要的距离(1Bm)。可根据切削厚度及切屑的卷曲程度选取，一般取为312mm。加工脆性材料时取小值，反之取大值； m-刀体壁厚(mm)。根据刀体强度要求选取，一般约为58mm； d内孔直径(mm)。其值应保证心轴和刀体有足够的强度和刚度，可依切削用量及切削力大小取为(025045)Do，计算后再取相近标准值10mm(12mm)、16mm(19mm)、20mm、22mm、27mm等(带括号者为非优选系列尺寸)。,2014.8.20,6 专用刀具设计,40,6.1.4 成形车刀设计要点,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。,20
20、14.8.20,6 专用刀具设计,41,6.1.4 成形车刀设计要点,沉头孔用于容纳螺栓头部。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。为简化制造，也可制做可换端面齿环，用销子与圆刀体相连。端面齿纹和端面销孔结构尺寸参见表52和表53。,2014.8.20,6 专用刀具设计,42,6.1.4 成形车刀设计要点,2014.8.20,6 专用刀具设计,43,6.1.4 成形车刀设计要点,2014.8.20,6 专用刀具设计,44,6.1.4 成形车刀设计要点,2014.8.20,6 专用刀具设计,45,6.1.4 成形车刀设计要点,2、选择前
21、角rf和后角af,成形车刀的前角和后角是指在假定工作平面内测量的、切削刃上基点的前角和后角。成形车刀的前角rf和后角af可参考表(54)进行选取。但需要校验切削刃上Kr角最小点的后角a0，一般不得小于23，否则必须采取措施加以解决。,2014.8.20,6 专用刀具设计,46,6.1.4 成形车刀设计要点,2014.8.20,6 专用刀具设计,47,6.1.4 成形车刀设计要点,3、截形设计4、成形车刀的样板设计,2014.8.20,6 专用刀具设计,48,6.1.4 成形车刀设计要点,2014.8.20,6 专用刀具设计,49,6.1.5 成形车刀的技术要求,2014.8.20,6 专用刀具
22、设计,50,6.1.5 成形车刀的技术要求,2014.8.20,6 专用刀具设计,51,6.1.5 成形车刀的技术要求,2014.8.20,6 专用刀具设计,52,6.1.6 成形车刀设计举例,2014.8.20,6 专用刀具设计,53,6.1.6 成形车刀设计举例,2014.8.20,6 专用刀具设计,54,6.1.6 成形车刀设计举例,2014.8.20,6 专用刀具设计,55,6.1.6 成形车刀设计举例,2014.8.20,6 专用刀具设计,56,6.1.6 成形车刀设计举例,2014.8.20,6 专用刀具设计,57,6.1.6 成形车刀设计举例,2014.8.20,6 专用刀具设计
23、,58,6.1.6 成形车刀设计举例,2014.8.20,6 专用刀具设计,59,6.1.6 成形车刀设计举例,2014.8.20,6 专用刀具设计,60,6.1.6 成形车刀设计举例,2014.8.20,6 专用刀具设计,61,6.1.6 成形车刀设计举例,2014.8.20,6 专用刀具设计,62,6.1.6 成形车刀设计举例,2014.8.20,6 专用刀具设计,63,6.1.6 成形车刀设计举例,2014.8.20,6 专用刀具设计,64,6.1.6 成形车刀设计举例,2014.8.20,6 专用刀具设计,65,6.1.6 成形车刀设计举例,2014.8.20,6 专用刀具设计,66,6.1.6 成形车刀设计举例,2014.8.20,6 专用刀具设计,67,6.1.6 成形车刀设计举例,2014.8.20,6 专用刀具设计,68,6.1.6 成形车刀设计举例,2014.8.20,6 专用刀具设计,69,6.1.6 成形车刀设计举例,2014.8.20,6 专用刀具设计,70,6.1.6 成形车刀设计举例,2014.8.20,6 专用刀具设计,71,6.1.6 成形车刀设计举例,2014.8.20,6 专用刀具设计,72,6.1.6 成形车刀设计举例,2014.8.20,6 专用刀具设计,73,6.1.6 成形车刀设计举例,
