成形車刀的廓形設(shè)計與結(jié)構(gòu)分析

李德軍

[摘要] 車工一把刀，說的是車刀的幾何參數(shù)對切削加工的重要性。生產(chǎn)中常用的車刀有軸、套類工件用車刀，螺紋車刀，成形車刀等，本文介紹了成形車刀的基本結(jié)構(gòu)與輪廓設(shè)計，以幫助我們更好地解決一些實際問題并在生產(chǎn)實際中得到應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞] ?形車刀 ?結(jié)構(gòu) ?輪廓設(shè)計

一、成形車刀的種類和用途

成形車刀按進給方式可分為徑向成形車刀、切向成形車刀和軸向成形車刀三種。

徑向成形車刀按刀體形狀和結(jié)構(gòu)不同也分普通成形車刀、棱體成形車刀和圓體成形車刀。 普通成形車刀也稱平體成形車刀，其刀體結(jié)構(gòu)和普通車刀較為相似，只是切削刃有一定形狀的要求，是將切削刃磨成和成形面表面輪廓素線相同的曲線形狀。它制造簡單，允許重磨的次數(shù)少，常用來加工簡單的成形表面。棱體成形車刀由刀頭和彈性刀柄兩部分組成。刀頭的切削刃按工件的形狀在工具磨床上磨出，刀頭后部的燕尾塊裝夾在彈性刀柄的燕尾槽中，并用緊固螺栓緊固。棱體成形刀磨損后，只需刃磨前刀面，并將刀頭稍向上升即可繼續(xù)使用。該車刀可以一直用到刀頭無法夾持為止，其加工精度高，使用壽命長，但制造復(fù)雜，主要用于車削較大直徑的成形面。圓體成形車刀做成圓輪形，在圓輪上開有缺口，從而形成前刀面和主切削刃，它允許重磨的次數(shù)較多，較易制造，常用于車削直徑較小的成形面。

切向成形車刀切削刃是沿工件已加工表面的切線方向切入的，由于切削刃具有偏角，因此切削時只有一部分切削刃在工作，其切削力較小，但因切削行程長，生產(chǎn)效率低。主要用于輪廓形深不大的、細長的和剛度差的工作。

軸向成形車刀軸向成形車刀用以加工端面成形表面，工件回轉(zhuǎn)，成形車刀做軸向進給運動。

二、成形車刀廓形設(shè)計的必要性

成形車刀的廓形設(shè)計就是根據(jù)零件的廓形來確定成形車刀所需要的相應(yīng)的廓形。零件的廓形是指通過零件軸線剖面的形狀的尺寸。其中包括寬度、深度、圓弧和曲線等;成形車刀的廓形是規(guī)定在與后刀面垂直的剖面內(nèi)表示的。

當(dāng)成形車刀的前角等于零度，其后角大于時，成形車刀的前角刀面與零件的軸線剖面重合，其兩剖面中的廓形相同，但并與要求的成形車刀廓形相同，車刀的廓形小于零件的廓形深度;當(dāng)前后角均大于零度時，此時車刀前刀面不再和零件的軸向剖面重合，因而車刀在前刀面上的廓形也和零件的軸向廓形不一致，這時，車刀的廓形將更小于零件的廓形深度。

成形車刀有了前角和后角后，棱體成形車刀垂直于后刀面的剖面、圓體成形車刀的軸向剖面與零件的軸向剖面重合，造成了兩者廓形深度的差異。由于車刀和廓形寬度與零件上相應(yīng)的廓形寬度應(yīng)相等，因此要對成形車刀進行修正。

三、成形車刀廓形設(shè)計的工作準備

成形車刀廓形設(shè)計前應(yīng)準做到要先分析被加工零件的廓形與加工要求;然后再選取零件形狀與各尺寸變化的轉(zhuǎn)折點，并以各轉(zhuǎn)折點為廓形計算點，求出各轉(zhuǎn)折點處的平均值;再根據(jù)情況，確定成形車刀的類型;最后選取合理的前角和后角和確定圓形成形車刀的外徑。

四、各成形車刀廓形的設(shè)計分析

成形車刀廓形設(shè)計的方法有圖解法和計算法兩種。

1.圖解法

對于棱體成形刀，其作圖設(shè)計的方法與步驟為：按放大比例，用平均尺寸畫出零件的主、府視圖;再在府視圖中找出廓形的轉(zhuǎn)折點;然后作最小直徑處的點在主視圖中的投影點（計算基準點）;再自投影點作前角的前刀面投影線和后角的后刀面投影線;再作前刀面投影線與各轉(zhuǎn)折點在廓形上的交點，即為前角面上相應(yīng)刀刃點;再作各刀刃點的后刀面投影線和垂直后刀面剖面內(nèi)廓形的投影圖;最后在廓形圖中量出計算基準點至各刀刃點和后刀面間垂直距離，即為所求棱體成形車刀的廓形深度。

圓體成形刀的作圖設(shè)計首先根據(jù)后角與圓體成形車刀半徑值確定圓體成形車刀中心位置;圓心至各刀刃間的距離為半徑作同心圓;外圓半徑與各同心圓半徑之差即為所求圓體成形車刀的廓形深度。

2.計算法

計算法求成形車刀廓形時的方法和步驟為：先畫出關(guān)系圖，并在圖中標出相應(yīng)的輔助尺寸;再利用使用設(shè)計規(guī)格表所列計算公式和順序計算出廓形深度（或計算出圓體成形車刀各刀刃點所在的半徑，各半徑之差即為相應(yīng)的廓形深度）;根據(jù)計算所得廓形深度和取零件上相對應(yīng)的寬度，畫出廓形設(shè)計圖。

成形車刀廓形深度和寬度的設(shè)計基準應(yīng)為基準點。廓形尺寸的標注基準應(yīng)取零件直徑的精度最高處，如果兩者不重合，應(yīng)將計算尺寸換成標注尺寸。

五、成形車刀附加刀刃對廓形的影響

成形車刀切削刃的寬度主要由零件的廓形決定，并要考慮到端面的修光、倒角和預(yù)切實斷等加工。因此應(yīng)使成形車刀切削刃兩側(cè)超出零件的廓形寬度，該超出的部分就稱為附加刀刃。

成形車刀切削刃的總寬度應(yīng)為零件廓形寬度和附加刀刃的寬度之和，其最大寬度應(yīng)根據(jù)加工零件、車床及刀柄的剛性來決定。通常情況下，為避免切削加工時產(chǎn)生振動，成形車刀切削刃總寬度不得超過零件所需加工表面最小直徑的3倍，如果零件所需加工表面過寬，則應(yīng)采用分段加工的方法完成。

參考文獻：

1.李鄉(xiāng)香，《看圖學(xué)車刀刃磨》，化學(xué)工業(yè)出版社，2010。

2.王為鍵，《金屬切削原理與刀具》.北京：中國勞動社會保障出版社 ?2008。