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成形車刀在（zài）數控車床加工中的應（yīng）用（yòng）

2021-9-10 來源：寧波（bō）市北侖職業高級寧波第二技師學院作者（zhě）：樂崇年陳元峰

摘要: 在車削加工較（jiào）大批量的中小尺寸複合成形表麵時（shí），采用成形車刀具有加工質量（liàng）穩定、加工效率高等特點，因此成形車刀被廣泛應用於各類車床及自動化生產線。以閥蓋（gài）數控車床加工為例，介紹了成形車刀（dāo）中刀頭（tóu）和刀柄的設計與製作，以及應用成形車刀後的工藝實現過程。

關鍵詞: 數控車床成形車刀加工應用

1、應用背景（jǐng）

閥蓋零件簡圖如圖 1 所（suǒ）示。零件材質為 ZQSn6 －6 － 3 錫青銅。在實際生產中，為節省（shěng）材料及保證加工效率和（hé）質量，該閥蓋零件采用鑄造（zào）方式完成毛（máo）坯製作，並采用數（shù）控（kòng）車床車（chē）削完成加工。

圖 1 閥蓋零件（jiàn）簡圖

由圖 1 可見，該閥蓋零件的（de）加工（gōng）難點（diǎn）主要集中在（zài）零件右端，包括（kuò）: ① 38 mm 外（wài）圓右側環形端麵處的三角形凸起輪廓，凸起高度為 0．7 mm，尖角角度（dù）為 70°±10'，尖角處回轉（zhuǎn）直徑為36 mm; ② 28 + 0．05 mm 內孔左側環形端麵處的三角形凸（tū）起輪廓，凸起高度為 0． 5mm，尖（jiān）角角度為 65° ± 10'，尖角處回轉直徑為 24 mm。閥蓋使用中，上述（shù）兩處三角形凸起輪廓與閥體的（de）對應麵相互接觸，形成機械密（mì）封，以防止泄漏。

閥蓋零件右端還（hái）包括外圓、內孔、端麵、內外倒角等加工（gōng）要素，且部分輪廓尺寸較小，若采用（yòng）單刃車刀分段加工的方（fāng）法，會給車刀準（zhǔn）備及數控車床加工程序編（biān）製等帶來較大困難，且加工質量和（hé）效率也難以保（bǎo）證。在形狀複（fù）雜的小型（xíng）零件（jiàn）批量生產中，自動車床、半自動車床和數控車床被廣泛應用。為了（le）充分發揮（huī）車床的效（xiào）能，使用成（chéng）形（xíng）車刀是關鍵。筆（bǐ）者（zhě）介紹成形車刀在數控車床加工中的應用。

2 、成形車刀設計與製作

2． 1 刀（dāo）頭

成形車刀是車削回轉（zhuǎn）體複合成形表麵的（de）專用刀具，其刃形應根據工件的軸剖（pōu）麵廓形進行設計。成形車刀的刃形以後麵法剖麵內（nèi）的形狀來表（biǎo）示。由於（yú）成形車刀一（yī）般有前角、後角（jiǎo），因此法剖麵廓形與零件的軸剖麵（miàn）廓形不相同。設計成形車刀時，需（xū）要根據零（líng）件軸向廓形和所選定的前角、後角值求得刀具上相應的法向廓形。

本（běn）例中，由於閥蓋零件的材（cái）質為易切削（xuē）材料，根據（jù）經驗可以采用前角為 0°，後角一定角度的成形車刀進行加工。當成形（xíng）車刀前角為（wéi） 0°，後角大於 0°時，成形車刀前刀麵的廓形和零件（jiàn）廓形（xíng）完全相符，後刀麵的（de）法麵廓形不同（tóng）於零（líng）件廓形［4］。由於零件（jiàn）右端的兩處三角形凸起輪廓均位於環形端麵處（chù），因此宜采用自（zì）右向左的軸向進刀方（fāng）式（shì）成形（xíng）。此外，成形車刀設計中（zhōng）應避免因刃形過於（yú）複雜而導致加工困難、成（chéng）本高。刀刃工（gōng）作長度過長時，可能受機床功率、排屑困（kùn）難等影響而引起振動現象。

基於以上考慮，確定采用閥蓋零件內、外（wài）輪廓分別加工的刃形設計思路，刀頭處的部分刀刃用於加工閥蓋零件右端的內輪廓，其餘部分刀刃用於加工閥蓋零件的外（wài）輪廓。設計完成的刀頭刃形尺寸如圖 2 所示。刀頭刃形加工部（bù）位如（rú）圖 3 所示，1 ～ 8 號段用於加工零件（jiàn）內輪廓，8 ～ 14 號（hào）段用於加工零件外輪廓，尾部用作刀柄（bǐng）夾持（chí）定位。

圖 2 刀頭刃形尺寸

圖（tú） 3 刀頭刃形加工部位

為（wéi）保證（zhèng）成形車刀的使用性能和壽命（mìng），刀頭采（cǎi）用厚度為 4 mm 的 YW 牌號硬質合金製作，並按刀頭後麵與加工表（biǎo）麵間不產生幹涉的原則，合理確定各刃形處的（de）後角。刀頭三（sān）維模型如圖 4 所示。

圖 4 刀頭三維模型

成形車刀刀頭可以采用刀具磨床或線切割機床完成加工。采用線切割（gē）機床加（jiā）工的成形車刀精度高，成本低，效率（lǜ）高（gāo），相比用刀具磨床加工的成形車刀，具有省工序（xù）、省時、節約費（fèi）用、合格（gé）率高的特點，因此具有推廣價值（zhí）。用慢走絲線切割加工硬質合金成形車刀（dāo），不僅生產（chǎn）效率高，而且加（jiā）工出的（de）硬質合（hé）金成形車刀質量好，使用壽（shòu）命長，可穩定、可靠地在生產實踐中應用（yòng）。為保證質量，應采用防電解電源及小脈衝寬度加工（gōng）策略，並縮短脈衝電流的持續作用時間（jiān），控製表麵變質層在 1 μm 以內，改善刀頭表麵質量，減（jiǎn）小內應力，避免裂紋產生（shēng）。

2．2 刀柄（bǐng）

成形車刀刀柄用（yòng）於裝夾刀頭（tóu），主要結構如（rú）圖 5 所示，材料為 45 號（hào）鋼。

圖 5 刀柄（bǐng）結構

刀柄的外輪廓可由鋸削、銑削等工藝完（wán）成，刀（dāo）柄的

凹槽輪（lún）廓可采用線切割加工完成，刀柄的 M6螺紋孔可采用鑽孔、攻絲的工藝完成。

3、工藝實現

3． 1 成形（xíng）車刀安裝

如圖 6 所示，對製作完成的刀頭與刀柄進行組裝，並采用緊定螺釘壓緊，然後（hòu）將刀（dāo）柄安裝至（zhì）數控車床的刀架上。

圖 6 成形車刀組裝

3． 2 零件裝夾

由於加工零件批量（liàng）較大，一次加（jiā）工數量達數萬個，因（yīn）此采用圖 7 所示彈（dàn）性夾頭進行氣動裝夾。

圖 7 彈性（xìng）夾頭

3． 3 數控車床加工

應用成（chéng）形車刀，閥蓋零件成形加工如圖 8 所示（shì）。

圖 8 閥蓋零件成形加工

由於采用了成形車刀加工，零件的輪廓形狀及尺寸精度主要由成形車（chē）刀的刀刃形狀保證，因此數控車床加工程序大為簡化。以刀頭處的外刀尖（jiān）點（diǎn） A 作為對刀點，加工程序如下:

4 、結束（shù）語

應用成形車刀分步加工閥蓋零（líng）件內、外輪廓，解了閥蓋零件右端的加工難點，並保證了加工質量和效率。采用成形車刀加工閥蓋零件成形麵，加工精度主要取決於（yú）刀具的製作精度，並易於保證同一批零件表麵形狀、尺寸的（de）一致性和互換性。成形（xíng）車刀具（jù）有質量（liàng）穩定、生（shēng）產率高等優（yōu）勢，應用成形車刀，有助於簡（jiǎn）化（huà）機床和夾具的結構，降低（dī）生產成本。

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