成形車刀在數控車床（chuáng）加（jiā）工中的應用
2021-9-10 來源：寧波市北侖職業高級 寧波第二技師學（xué）院 作者：樂崇（chóng）年 陳元峰
摘要: 在車削（xuē）加工較（jiào）大批量的中（zhōng）小尺寸複合成形表麵時，采用成形車（chē）刀具有加工質量穩定、加工效率高等特點，因此成形車刀被（bèi）廣泛應（yīng）用於（yú）各類車床及自動化生（shēng）產（chǎn）線（xiàn）。以閥蓋數控車床加（jiā）工為例，介紹了成形車刀中（zhōng）刀頭和刀柄的設計與製作，以及應用成形車刀後的工（gōng）藝實現過程。
關鍵（jiàn）詞: 數控車床 成形車刀 加工 應（yīng）用
1、應用背景
閥（fá）蓋零（líng）件簡圖如圖 1 所示（shì）。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質量，該閥（fá）蓋零件采（cǎi）用鑄造方式完成毛坯製作，並（bìng）采用數控車床車削完成加工。
圖 1 閥蓋零件簡圖
由圖 1 可見，該閥蓋（gài）零件（jiàn）的加工難點（diǎn）主要集中在零件右端，包括: ① 38 mm 外圓右側環形端麵（miàn）處的三角形凸起輪廓，凸起高度為 0．7 mm，尖角（jiǎo）角度為 70°±10'，尖角處回轉直徑為36 mm; ② 28 + 0．05 mm 內（nèi）孔左側環形端麵處的三角形凸起輪廓，凸起高度為 0． 5mm，尖角角度為 65° ± 10'，尖角處回轉直徑為 24 mm。閥蓋使用中，上述兩處三角形凸起輪廓與閥體（tǐ）的對應麵相互接觸，形（xíng）成機械密封，以防止泄漏。
閥蓋零件右端還包（bāo）括外圓、內孔、端麵、內外倒角等加工要素，且（qiě）部分輪廓尺寸（cùn）較小，若采用單刃車刀（dāo）分段加工的（de）方法，會給車刀準備及數（shù）控車床加工程序編製等帶來（lái）較大困難，且加工質量和效率也難以（yǐ）保（bǎo）證。在形狀複雜的小型零件（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。為了充分發揮（huī）車（chē）床的效能，使用成（chéng）形車刀是（shì）關鍵 。筆者介紹成形（xíng）車（chē）刀在數控車（chē）床加工中（zhōng）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複合成形（xíng）表麵（miàn）的專用刀具，其刃（rèn）形應根據工件（jiàn）的（de）軸剖麵（miàn）廓形進行設計。成形車刀的刃形以後麵法剖麵內的形狀來表示。由於成形車刀一般有前角、後角，因此法剖（pōu）麵（miàn）廓形與零件的軸（zhóu）剖麵（miàn）廓形不相同。設計成形車刀（dāo）時，需要根據（jù）零件軸（zhóu）向廓形和所（suǒ）選（xuǎn）定的前角（jiǎo）、後角值求得刀具上相應的（de）法向廓形 。
本例中，由於閥（fá）蓋零件的材質為（wéi）易切削材料，根據（jù）經驗（yàn）可以采用前角為 0°，後角一定角度的成（chéng）形車刀進行加工。當成形車刀（dāo）前角為 0°，後角大於 0°時，成形（xíng）車刀（dāo）前刀麵的廓（kuò）形和零件廓（kuò）形完全相符，後刀麵的法麵廓形不同於零件廓形［4］。由於零件右端的兩處三角形凸起（qǐ）輪廓均位於環形端麵處，因此宜采用自右向左的軸向進刀方式成形。此外，成形車刀（dāo）設（shè）計中應避免（miǎn）因刃形過於複雜而導致加工困難（nán）、成本高。刀刃（rèn）工作長度（dù）過長時，可能受機床功率、排屑困（kùn）難等影響而引起（qǐ）振動現（xiàn）象 。
基於以（yǐ）上考慮，確定采用（yòng）閥蓋零件內（nèi）、外輪廓分別加工的（de）刃形設計思路，刀頭（tóu）處的部分刀刃用於加工閥蓋零（líng）件右端的內輪廓，其餘部分刀刃（rèn）用於加工閥蓋（gài）零件的外（wài）輪廓。設計完成的刀（dāo）頭刃形尺寸如圖 2 所（suǒ）示。刀頭刃形（xíng）加工（gōng）部位如圖 3 所示（shì），1 ～ 8 號段用於加工零件內（nèi）輪（lún）廓，8 ～ 14 號段用於加工零件外（wài）輪廓，尾（wěi）部用作刀柄夾持定位。
圖 2 刀頭（tóu）刃形尺寸
圖（tú） 3 刀頭刃形加工部位
為保證成形車刀的使用性能和壽命，刀頭采用厚度為 4 mm 的 YW 牌號硬質合金製作，並按刀頭後麵與加工表麵間不產生幹涉的原則（zé），合理確定各刃形處的後（hòu）角。刀（dāo）頭三維模型如圖 4 所（suǒ）示。
圖 4 刀頭三維模（mó）型
成形車刀刀頭可以采用刀（dāo）具磨床或線切割機床完成加工。采用線切（qiē）割機床（chuáng）加工（gōng）的成形車刀精度高，成本低，效率高，相比用刀具磨床（chuáng）加工的成形（xíng）車刀，具有省工序、省時、節（jiē）約費用、合格率高的特點，因此具有推廣價值。用（yòng）慢走絲線（xiàn）切割加工硬（yìng）質合金成形車刀，不（bú）僅生產效率高，而且加工出的硬質合（hé）金成形車刀質（zhì）量好，使用壽命長，可穩定、可靠地在生產實踐中應用。為保證質（zhì）量，應采用防電解電源及小脈衝寬度加工策略，並縮短脈衝電流的持續作用時間，控製表（biǎo）麵變質層在 1 μm 以內（nèi），改善刀頭表麵質量，減小（xiǎo）內應力，避（bì）免裂紋產生。
2．2 刀柄
成形車刀刀柄用於裝夾刀頭（tóu），主要結構如圖（tú） 5 所示，材料為 45 號（hào）鋼。
圖 5 刀柄結構
刀柄的外（wài）輪（lún）廓可由鋸削、銑削等工藝完成，刀柄的 
凹槽輪廓可采用線切割加工完成（chéng），刀柄的 M6螺紋孔可采用鑽孔、攻絲的工藝完成 。
凹槽輪廓可采用線切割加工完成（chéng），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（bìng）采用緊定螺釘壓緊，然後將（jiāng）刀（dāo）柄安裝至（zhì）數控車床的刀架上。
圖 6 成（chéng）形車刀組裝
3． 2 零件裝夾
由於加工零件批量較大，一次加工數量達數萬個，因此采用圖 7 所示彈性夾頭進行氣動（dòng）裝夾。
圖 7 彈性夾頭
3． 3 數控車床加工
應（yīng）用成形（xíng）車刀，閥蓋零件成形（xíng）加工如（rú）圖（tú） 8 所示。
圖（tú） 8 閥蓋零件成形加工
由於采用了成形車刀加（jiā）工，零件的輪（lún）廓形狀及尺寸精度主要由成形車刀的刀刃形狀保證，因此數（shù）控（kòng）車（chē）床加工程序大為簡化。以刀（dāo）頭處的（de）外（wài）刀（dāo）尖點 A 作為對刀點，加工程序如下:
4 、結束語
應用成形車刀（dāo）分（fèn）步（bù）加工閥蓋（gài）零（líng）件內（nèi）、外輪廓，解了閥蓋零件（jiàn）右端的（de）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（dù）主要取（qǔ）決於刀具（jù）的製作精度，並易於保證同一（yī）批零件（jiàn）表麵形狀、尺寸的一致性和互換性。成形車刀具有質量穩定（dìng）、生產率高等優（yōu）勢，應用成形車刀，有助於簡化機床和夾具的結構，降低生產成（chéng）本。
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