成形車刀的廓形設計與結構分析

李德軍

[摘要] 車工一把刀，說的是車刀的幾何參數對切削加工的重要性。生產中常用的車刀有軸、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構與輪廓設計，以幫助我們更好地解決一些實際問題并在生產實際中得到應用。

[關鍵詞] ?形車刀 ?結構 ?輪廓設計

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構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，其刀體結構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，成形車刀做軸向進給運動。

二、成形車刀廓形設計的必要性

成形車刀的廓形設計就是根據零件的廓形來確定成形車刀所需要的相應的廓形。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定在與后刀面垂直的剖面內表示的。

當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的廓形寬度應相等，因此要對成形車刀進行修正。

三、成形車刀廓形設計的工作準備

成形車刀廓形設計前應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折點，并以各轉折點為廓形計算點，求出各轉折點處的平均值;再根據情況，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計分析

成形車刀廓形設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折點在廓形上的交點，即為前角面上相應刀刃點;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計首先根據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：先畫出關系圖，并在圖中標出相應的輔助尺寸;再利用使用設計規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的廓形深度）;根據計算所得廓形深度和取零件上相對應的寬度，畫出廓形設計圖。

成形車刀廓形深度和寬度的設計基準應為基準點。廓形尺寸的標注基準應取零件直徑的精度最高處，如果兩者不重合，應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、倒角和預切實斷等加工。因此應使成形車刀切削刃兩側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為零件廓形寬度和附加刀刃的寬度之和，其最大寬度應根據加工零件、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，則應采用分段加工的方法完成。

參考文獻：

1.李鄉香，《看圖學車刀刃磨》，化學工業出版社，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。