成形車刀在數控車床（chuáng）加工中的應用
2021-9-10 來源：寧波市（shì）北侖職業高級 寧波第二技師學院 作（zuò）者：樂（lè）崇年 陳元峰
摘要: 在車削加工較大（dà）批量（liàng）的中（zhōng）小尺寸複（fù）合成形表麵時，采用（yòng）成形車刀具有加工質量穩定、加工效率高等特點（diǎn），因此成形車刀被廣泛應（yīng）用於各（gè）類車床及自動化生產線。以（yǐ）閥蓋數控車床加工為例，介紹了成形車刀中刀頭和刀柄的設計與製作，以及應用成形車刀後的工藝實現（xiàn）過程。
關鍵詞: 數控車（chē）床 成形車刀 加工（gōng） 應用
1、應用背景
閥蓋（gài）零件簡（jiǎn）圖（tú）如圖 1 所示。零件材質為 ZQSn6 －6 － 3 錫青（qīng）銅。在實際生（shēng）產中（zhōng），為節省材料及保證加（jiā）工效率和質量，該閥蓋零件（jiàn）采用鑄造方式完成毛坯製作，並（bìng）采用數控（kòng）車床車削完成加工。
圖 1 閥蓋零件（jiàn）簡圖
由圖 1 可見，該閥蓋零件的加工難點主要集中（zhōng）在零（líng）件右端，包括: ① 38 mm 外圓右側環形端麵處的三（sān）角形凸起輪廓，凸起高度（dù）為 0．7 mm，尖角角度為 70°±10'，尖角處回轉直徑為36 mm; ② 28 + 0．05 mm 內孔左側環形端麵處的三（sān）角形凸起輪廓，凸起高度為 0． 5mm，尖角角度為 65° ± 10'，尖角處回轉直徑為 24 mm。閥蓋使（shǐ）用中，上述（shù）兩處三角形凸起（qǐ）輪廓與閥體的（de）對應麵相互接觸，形成機械密封，以防止泄（xiè）漏。
閥蓋零件右端還包括（kuò）外圓、內孔、端麵、內外倒角等（děng）加工要素，且部分輪（lún）廓尺寸較小，若采（cǎi）用單刃車刀分段加工（gōng）的方法（fǎ），會給車刀準備及數控車床加工程序編製等帶來較（jiào）大困（kùn）難，且加工質量和效率也難以保證（zhèng）。在形狀複雜的小型零件批（pī）量生產中，自動車（chē）床、半自動車床和數控車床被廣泛應用。為了充分發（fā）揮車床的效能，使用（yòng）成形車刀是關鍵 。筆者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 刀頭
成形車刀是車削回轉體（tǐ）複合成形表麵的專（zhuān）用刀具，其刃形應根據工件的軸剖麵廓形進行設計。成形車（chē）刀的刃（rèn）形以後麵（miàn）法剖麵內的形狀來表示。由於成形車刀一般有前角、後（hòu）角，因此法剖（pōu）麵廓形與零件的軸剖麵廓（kuò）形不相同。設計成（chéng）形（xíng）車刀時，需要根據（jù）零件軸向廓形和所選定的前角、後（hòu）角值求得刀具上相應的法向廓形 。
本例中（zhōng），由於閥蓋零件的材質為易切（qiē）削（xuē）材料，根據經驗可以（yǐ）采用前角為 0°，後角一（yī）定角度的成形車刀（dāo）進行加工。當（dāng）成形車刀前（qián）角（jiǎo）為 0°，後角大於 0°時，成形車刀前刀麵的廓形和零件廓形完全相符，後刀麵的法麵廓（kuò）形不同於零件廓形［4］。由於零件右端（duān）的（de）兩處三角形凸起輪廓（kuò）均位於環形端麵（miàn）處，因此宜采用自右（yòu）向（xiàng）左的軸向進刀方式成形。此外，成形車刀設計中應避免因刃形過於複雜而導致加工困難、成本高。刀刃工作長度過長時，可能受機（jī）床功率、排屑困難（nán）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（gài）零件右端（duān）的內輪廓，其餘部分刀刃用於加工閥蓋零件的外輪廓。設計完成的刀（dāo）頭刃形尺寸如圖 2 所示。刀頭刃形加工部位如圖 3 所示，1 ～ 8 號段用（yòng）於加工零件內輪廓，8 ～ 14 號段用（yòng）於加工零件外輪廓，尾部用作刀柄夾持定位。
圖 2 刀頭刃形尺寸
圖 3 刀頭刃形加（jiā）工部位
為保證成形車刀的使用性能和壽命，刀頭采用厚度為（wéi） 4 mm 的 YW 牌號硬質合金製作，並按（àn）刀頭後麵與加（jiā）工表麵間不產生幹涉的原則（zé），合（hé）理確定各刃形處的後角。刀頭（tóu）三維模型如圖 4 所示。
圖 4 刀頭三維模型
成形車刀（dāo）刀頭可以采用刀具磨床或（huò）線切割機床完成加工。采用線切割機床加工（gōng）的成形車刀精度高，成本低，效率高，相比用刀具磨床加工的成形車刀，具有省工序、省（shěng）時、節（jiē）約費（fèi）用、合格率高的特點，因此具有（yǒu）推廣價值。用慢走（zǒu）絲線切割（gē）加工硬質合金成形車刀，不僅生產效率高，而且加工出的（de）硬質合金成形車刀質量好，使用壽命長，可穩定、可靠（kào）地在生產實踐中應用（yòng）。為保證質（zhì）量，應采用防電解電源及小脈衝寬（kuān）度（dù）加工策略，並縮短脈衝電流的持（chí）續作用時間，控製表麵變質層在 1 μm 以內，改善刀頭表麵質量，減小內應力，避免裂紋產生。
2．2 刀柄
成形（xíng）車刀刀柄用於裝夾刀頭，主（zhǔ）要結構如圖（tú） 5 所示，材料為 45 號鋼。
圖 5 刀柄結構
刀柄（bǐng）的外輪廓可由鋸削、銑削等工藝完成，刀（dāo）柄的 
凹槽輪廓可采用（yòng）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 。
凹槽輪廓可采用（yòng）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（gōng）藝實現
3． 1 成形車刀安裝
如圖 6 所（suǒ）示，對製作完成的刀（dāo）頭與刀柄進行組裝（zhuāng），並采用緊定螺釘壓緊，然後將刀柄安裝至數控車床的（de）刀架上。
圖 6 成形車（chē）刀組裝
3． 2 零件裝夾
由（yóu）於加工零件批量（liàng）較大，一次（cì）加工（gōng）數量達數萬個，因此采用圖 7 所示彈性（xìng）夾頭進行氣動（dòng）裝夾。
圖 7 彈（dàn）性夾頭
3． 3 數控車（chē）床加（jiā）工
應用成形車刀，閥蓋零件成形加工如圖 8 所示。
圖 8 閥（fá）蓋零件（jiàn）成（chéng）形加工
由於采用了成形車刀加工，零件的（de）輪廓形狀及尺寸（cùn）精度主要由成形車刀的刀刃形狀保證，因此數控車床加工程序大為簡化。以刀頭處的外刀尖點（diǎn） A 作為對刀點，加工程序如下:
4 、結束語
應用成形車刀分步加工閥（fá）蓋零件內、外（wài）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（yào）取決於刀具的製作精度，並易於保證同一（yī）批零件表麵形狀、尺寸的一致（zhì）性和互換性。成形車刀具有質量穩定（dìng）、生產率高等（děng）優勢，應用成形車刀，有助於簡化機床（chuáng）和夾具的結構，降低生產成本。
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