棱体成形车刀的设计
基于给定形状零件加工的成形车刀设计及加工精度分析
摘要现代科学技术的不断发展，对机械加工工艺和加工设备的需求正在增加。
设备数量大幅度增加，加工企业成本也随之大幅度增长。
这次的设计是车床专用刀具的成型表面。
其刃形是根据不同工件廊形设计进行计算的。
本文主要完成以下任务：选定一个成型零件的加工技术图纸，画出零件图，分析零件加工的工序和技术要求，明确主要形状，按照成型法加工；根据成形车刀设计方法和步骤，设计零件加工所要求的刀刃形状轮廓，进行相关设计计算，画出成形车刀刀刃设计图。
进行成形刀加工误差和零件加工精度分析，给出提高加工精度的措施。
关键词：成形表面；成形车刀；加工精度；误差分析第1章绪论1.1 选题的背景和意义总的来说，切削是使用比较广泛的的现代制造工艺技术。
近些年来，高速切削、硬切削、干切削等新的工艺技术快速的发展，已经逐渐成为中国现代加工的主要方向，因此对于刀具材料选用、结构系统设计等有了更高的要求。
近20年来，超细晶粒硬质合金和超硬刀具材料使用的比例大幅提高。
涂层刀具、金属结构陶瓷刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)、聚晶金刚石(PCD)超硬刀具这些高速切削刀具有了很大的发展，它们的应用也越来越广泛，可以有效预见自己未来随着硬切削、干切削等工艺的增加，这些影响刀具在切削技术加工中占有比例会进一步得到提高。
刀具是切削加工中必不可少的重要工具，不管是普通机床，还是先进的数控机床(NC)、加工中心(MC)和柔性制造系统(FMC)，它们都必须靠刀具才能完成切削加工。
刀具的高速发展对提高生产率和加工质量具有着重要影响。
决定刀具切削性能的三个因素分别是材料、结构和几何形状。
起着关键性作用的是刀具的材料。
国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出：“刀具材料的大幅度改进，允许的切削速度每隔l0年几乎提高一倍”。
刀具材料已经从20世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐热温度已由500～600℃提高到1200℃以上，允许切削速度已超过1000m／min，在不到100年时间内使切削加工生产率提高了100多倍。
成型车刀的设计与计算
对于圆体成形车刀，制造时使车刀中心到前刀面的垂直
距离为h0。安装时使刀尖即基准点1位于工件中心高度位置， 并使刀具中心比工件中心高出，这样刀具就能获得所需的
前角和后角。对于径向和轴向进给成形车刀，其名义前、
后角也就是刀具上基准点处进给方向的前、后角，即可用 和来表示。但对于斜装成形车刀则是两个不同的概念，刀 具的名义前、后角是成形车刀1点处的标注角度，它是成形 车刀设计、制造、刃磨和测量时所参考使用的角度，不一
定就是进给剖面1点处的和角度，因此不可混为一谈。
三、成形车刀廓形的精确设计
1.成形车刀造型原理 2.斜装成形车刀廓形精确设计
1. 2. 3. 4. 斜装成形车刀刀刃方程求解 斜装棱体成形车刀廓形精确设计 斜装圆体成形车刀廓形精确设计 实例计算 轴向成形车刀刀刃方程求解 轴向棱体成形车刀廓形精确设计 轴向圆体成形车刀廓形精确设计
两种方法：
1、中滑板+小滑板
2、床鞍+中滑板 方法1小滑板不能连
续进给，劳动强度大； 多用方法2来完成成形 面的下图表示用靠模加工 手柄的成形面2。此时刀架的横向滑板 已经与丝杠脱开，其前端的拉杆3上装 有滚柱5。当大拖板纵向走刀时，滚柱 5即在靠模4的曲线槽内移动，从而使 车刀刀尖也随着作曲线移动，同时用 小刀架控制切深，即可车出手柄的成 形面。这种方法加工成形面，操作简 单，生产率较高，因此多用于成批生 产。当靠模4的槽为直槽时，将靠模4 扳转一定角度，即可用于车削锥度。 这种方法操作简单，生产率较高，但 需制造专用靠模，故只用于大批量生 产中车削长度较大、形状较为简单的 成形面。
成形车刀廓形的精确设计，不仅与刀具的进给方
向有关，而且与其安装形式有关。正装成形车刀包括径
棱形成形车刀设计与加工工艺编制
摘要成形车刀是加工回转体成形表面的专用刀具，其刃形是根据工件廓形设计的，可用在各类车床上加工内外回转体的成形表面，用成形车刀加工零件时可一次加工形成零件表面，操作简便，生产率高，加工后能达到公差等级IT8—IT10，粗糙度为10—5um，并能保证较高的互换性。
但成形车刀制造较复杂，成本较高，刀刃工作长度较宽，故易引起震动。
成形车刀主要用在加工批量较大的中，小尺寸带成形表面的零件。
为了培养学生综合运用所学知识的能力提倡创新精神，通过对棱形车刀的分析和设计，使学生从车刀的选材，廓形和结构尺寸的精密计算，及线切割加工程序的生成，最终初步掌握了工程设计工作的流程和方法。
通过这次设计我们对自己所学的知识又加深了了解和进一步的巩固。
也锻炼了我们把知识点系统，综合的能力，以及对重点知识的筛选能力。
这样的理论联系实际的机会，加强了我们自主创新的能力，使我受益非浅啊！诚然，在设计过程中也暴露了我对一些知识点认识理解的模糊现象，在这次独立完成设计过程中难免有不足之处，希望各位老师同学给予指导帮助！谢谢！关键词：成形车刀廓形样板图刀夹第二章设计题目一．设计目的1.巩固和充实所学知识，使之系统化，并且有实用性。
2.使学生初步掌握工程设计的流程和方法，并在质量方面得到锻炼；在使用专业软件方面得到了巩固。
3.培养学生的正确的设计思路，树立严谨认真，实事求是和刻苦钻研的学习作风。
二．设计内容棱形成形车刀的设计与加工工艺编制三．设计要求1．设计成形车刀刀具2．编制成形车刀刀具加工工艺规程卡片3．编写数控线切割加工程序。
四．论文要求1．毕业论文格式按学院的模版要求完成，字数不少于6000字。
2．阶段性检查安排在第四周和第七周。
3．设计计算说明书。
4．工艺规程卡片一套。
5．刀具工作图一张，样板图一张。
6．编制数控加工程序。
第三章成形车刀刀具材料的选择1）选择刀具材料：参考附录表1，选用普通高速钢W18Cr4V制造。
第四章成形车刀的前角和后角成形车刀的前角γf和后角αf可参考表1-4选取,但必须效验刀具廓形上κr 角最小处切削刃上的后角αo ,一般不得小于2°-3 °,否则必须采取措施加以解决.表2-4成形车刀的前角和后角注：1.本表仅适用于高速钢成形车刀。
棱形成形车刀设计
棱形成形车刀设计姓名：XXX学号：XXX班级：XXX导师：XXX前言成形车刀是加工回转体成形表面的专用工具，它的切削刃形状是根据工件的轮廓设计的。
用成形车刀加工，只要一次切削行程就能切出成形表面，操作简单，生产效率高，成形表面的精度与工人操作水平无关，主要取决于刀具切削刃的制造精度。
它可以保证被加工工件表面形状和尺寸精度的一致性和互换性，加工精度可达IT9—IT10，表面粗糙度Ra6.3—Ra3.2。
成形车刀的可重磨次数多，使用寿命长，但是刀具的设计和制造较复杂，成本高，故主要用在小型零件的大批量生产中。
由于成形车刀的刀刃形状复杂，用硬质合金作为刀具材料时制造比较困难，因此多用高速钢作为刀具的材料。
棱形成型车刀是成型车刀三种中的一种，棱柱体的刀头和刀杆分开制作，大大增加了沿前刀面的重磨次数，刀体刚性好，但比圆体成形车刀制造工艺复杂，刃磨次数少，且只能加工外成形表面。
棱体成形车刀的后刀面是成形棱形柱面，前刀面是平面。
后刀面与燕尾面K-K平行，而前刀面与K-K呈倾角90°-（rf+af ）。
在制造棱体成形车刀时，将前刀面与后刀面的夹角磨成 90°-（rf+af ）。
切削时，将后刀面安装出af 角，这样就形成了前角rf 和后角af 。
棱体成形车刀是以燕尾作为定位基准，配装在刀夹的燕尾槽内。
刀具燕尾的后平面是夹固基准。
安装时，刀体竖立并倾斜角，刀夹下端的螺钉可将计算基准点的位置调整与工件中心等高后用螺栓夹紧，同时下端螺钉可以承受部分切削力，以增强刀具的刚性。
棱体成形车刀的刃磨比较简单，只要在工具磨床上使用一简单的双向万能刃磨夹具，将刀具后刀面与砂轮表面的垂线装成（rf+af）的角度即可刃磨。
目录设计任务书 (4)设计方案 (5)一、机床的选择 (5)二、选择刀具材料 (5)三、选择刀具前角和后角 (5)四、棱形成型车刀的廓形设计 (6)五、用计算法求切削刃各点的廓形深度 (7)六、确定刀具各段切削刃的廓形宽度 (8)七、确定棱形成型车刀的结构尺寸 (8)八、刀具部分尺寸公差及形位公差 (8)九、绘制刀具和样板工作图 (9)十、UG效果图 (10)参考文献 (11)设计任务书已知条件：1．要加工的工件零件图如下所示。
棱体成形车刀的三维参数化设计
技术， 文献 ［1］ 中采用 AUTOCAD 的交互设计功能进 行计算机作图， 文献 ［ 2］ 采用 AUTOLISP 语言实现计 算， 提高了设计效率和作图精度， 但仍然采取以直线 或圆弧近似地设计廓形， 存在着较大的廓形误差。 文献 ［3］ 利用 AUTOCAD 三维交并差造型功能来设 计刀具廓形， 无刀具结构尺寸特征， 仅能完成对刀具 廓形的三维造型。目前这几种计算机设计法主要采 取交互设计， 无法实现参数化， 因此每一把新刀具都 必须重新交互设计。 参数化设计技术以约束造型为核心， 以尺寸驱 整参数更多， 修形精度更高。编制的调整参数计算 程序能对任意一把滚刀进行计算， 通过调整修形仪 修整砂轮对滚刀进行刃磨， 解决了国产滚刀磨床刃 磨大螺旋角滚刀时砂轮修形的难题。该修形仪可用 在多种滚刀磨床上， 对现有国产机床进行改造也不 失为一种简单易行、 经济可靠的方法。
26 动为特征， 允许设计者首先进行草图设计， 勾画出设 计轮廓， 然后输入精确尺寸值来完成最终的设计。 与无约束设计相比， 参数化设计更符合实际工程设 计习惯， 尤其在系列化设计中的优点更加突出， 同一 系列产品的第二次设计可直接通过修改第一次设计 来实现。 由于成形车刀的设计过程统一， 结构特征相似， 计算方法一致， 我们可把不同的成形车刀看作同一 系列产品， 采取参数化设计技术来实现。本文以 UG 软件为平台， 以棱体成形车刀为例进行研究。
图#
回转体几何模型
图!
成形柱面几何模型
将上述回转体及成形柱面与工件及刀具的几何 模型结合起来， 假定工件回转面 ! 与前刀面 A! 的 截面线 S 2 与成形刀具柱面 !l 与前刀面截面线 SS 2 完全相同时， 得出结果为： 工件廓形 S l 绕工件轴心 线 O-O 旋转可以获得工件回转面!； 前刀面 A! 截 取工件回转面 !， 其截交线为刀刃廓形 SS 2 ； 刀刃廓 形 SS 2 沿后刀面 A" 方向拉伸的曲面为刀具成形柱 面 !l ； 刀具成形柱面 !l 在后刀面的法剖面 N-N 内 的截面曲线就是所求的刀具廓形 SS l 。 刀具成形柱面及工件在进给平面的投影关系见 刀具成形柱面以及各个截 图 3。图中工件回转面、 面可以用三维建模方法方便实现， 工件廓形、 刀刃廓
车刀设计 棱体成形车刀的设计
一、刀具课程设计目的刀具课程设计是机械制造专业学生在学习“金属切削原理与刀具”课程及其他有关课程之后进行的一个重要教学环节，其目的是巩固加深理论教学内容，培养学生综合运用所学理论，解决实际刀具设计问题的能力。
通过刀具课程设计，学生应达到：1、掌握设计、计算刀具的能力；2、学会绘制刀具工作图，标注必要的技术条件；3、学会运用各种设计资料、手册及国家标准等。
二、刀具城程设计内容设计内容为一下几种刀具：1、棱体成形车刀设计；如下图图一材料为易切钢，σb=0.49Gpa,毛坯及工作各部分尺寸见下表，成形表面粗糙度为Ra3.2µm。
要求设计棱体成形刀。
三、设计步骤设计棱体成形刀1、选择刀具类型棱体成形刀。
2、选择刀具的材料参考《金属切削刀具设计简明手册》附表5，选用普通高速钢W18Cr4V制造。
整体制造。
3、确定刀具合理的几何角度。
选择前角r f与后角αf由表2-4，取r f=20º,αf=12º4、确定刀具的结构参数，包括刀体尺寸、刀齿齿数、刀齿及容屑槽的形状和尺寸、刀具装夹部分的尺寸等（1）、刀体总宽度L0如图一所示L0=L c式中L c———成形车刀切削刃总宽度，L c =L5+a+b+c+dL5———工件廓形宽度A、b、c、d———成形车刀的附加刀刃；A ———为避免切削刃转角处过尖而设的附加刀刃宽度，常取0.5～3mmB———为考虑工件端面的精加工和倒角而设的附加刀刃宽度，其数值应大于端面精加工余量和倒角宽度。
为使该段刀刃在主剖面内有一定后角，常做成偏角Kr=15º到45º,b值取为1～3mm；如工件有倒角，Kr值应等于倒角角度值，b值比倒角宽度大1～1.5mm；C———为保证后续切断工序顺利进行而设的预切槽刀刃宽度，c值常取为3到8mm；D———为保证成行车刀刀刃延长到工件毛坯表面之外的附加刀刃宽度，常取 d=0.5～2mm。
5、设计计算刀具的廓形标出工件廓形上各组成点1-11，确定0-0线为基准，计算出1-22点处的计算半径r jx;再以1点为基准算出计算长度l jxl jx=基本长度±公差/2l j2=6mml j3=12mml j4=15mml j5=19mml j6=25mm5、确定刀具结构尺寸L c= 35mm H= 75mm F= 25mm B= 25mm E = 9.2mm d，=8mm f = 8mm M = 37.620-0.13mm6、用计算法求出N-N剖面内刀具廓形上各点至8.9点所在后刀面的垂直距离Px.之后选择1.2段廓形为基准线，计算出刀具廓形上各点到该基准线的垂直距离ΔPx，即为所求的刀具廓形深度。
金属切屑刀具设计——圆体成形车刀、棱体成形车刀、圆拉刀的设计
湖南工学院金属切屑刀具课程设计说明书题目圆体成形车刀、棱体成形车刀和圆拉刀的设计专业级班姓名学号指导老师职称圆体成形车刀设计设计说明及计算备注设计课题：工件如下图所示，材料为ζb=0.65GPa碳钢棒料，成形表面粗糙度为Ra3.2um，在C1336型单轴自动车床上加工。
要求设计圆体成形车刀。
设计步骤如下：1) 选择刀具材料查高速钢牌号及用途表，选用普通高速钢W18Cr4V制造。
2) 选择前角γf及后角αf根据材料的力学性能，查成形车刀的前角和后角表得：γf=10°，αf=12°。
3）画出刀具廓形（包括附加刃）计算图如下取k r=20°，a=2mm，b=1.5mm，c=5mm，d=1mm。
标出工作廓形各组成点1-12。
以0-0线（通过9-10段切削刃）为基准（以便于对刀），计算出1-12各点处的计算半径r jx（为避免尺寸偏差值对计算准确性的影响，故常采用计算尺寸、计算半径、计算长度和计算角度来计算）：a、b、c、d ------ 成形车刀的附加刀刃；a ------ 为避免切削刃转角处过尖而设的附加刀刃宽度，常取为0.5—3mm；b ------ 为考虑工件端面的精加工和倒角而设的附加刀刃宽度，其数值应大于端面精加工余量和倒角宽度。
为使该段刀刃在主剖面内有一定后角，常做成偏角k r=15°--45°，b值取为1—3mm；如工件有倒角，k r值应等于倒角角度值，b值比倒角宽度大1—1.5mm；c ------ 为保证后续切断工序顺利进行而设的预切槽刀刃宽度，c值常取3—8mm；d ------ 为保证成形车刀刃延长到工件毛坯表面之外而设的附加刀刃宽度，常取d=0.5—2mm。
高速钢牌号及用途表出自金属切削刀具设计简明手册第113页附表5。
注：在本课程设计中本书后面简称刀具设计手册。
成形车刀前角和后角表见刀具设计手册第28页表2-4。
r jx=基本半径±(半径公差/2) r j1=22.64/2mm=11.32mmr j2=28/2mm=14mmr j4=25/2mm=12.5mm再以1点为基准点，计算出计算长度l jxl j2=10mml j3=20mml j4=27mml j5=35mm4) 计算切削刃总宽度Lc ，并校验Lc/d min 之值 Lc=lj5+a+b+c+d=35+2+1.5+5+1=44.5mm d min =2×rj1=2×11.32=22.64mm 则5.29655.164.225.44min <==mmmmd L c ，允许。
成形车刀以及矩形花键拉刀设计说明书..
成形车刀以及矩形花键拉刀设计说明书（一）成形车刀的设计1.1前言成形车刀又称为样板刀,它是加工回转体成形表面的专用刀具,它的切削刃形状是根据工件廓形设计的.成型车刀主要用于大量生产,在半自动或自动车床上加工内,外回转体的成型表面.成型车刀的种类很多,按照刀具本身的结构和形状分为:平体成形车刀,棱体成形车刀和圆体成形车刀三种.它的优点和缺点:稳定的加工质量,生产率较高,刀具的可重磨次数多,使用期限长,但是它的设计,计算和制造比较麻烦,制造成本高.目前多在纺织机械厂,汽车厂,拖拉机厂,轴承厂等工厂中使用.被加工零件如图1.所示，工件材料为：灰铸铁HT250；硬度HBS120 ；强度σb = 240Mpa。
矩形花键拉刀工件材料为：灰铸铁HT250；硬度HBS120 ；强度σb = 240Mpa；工件长度L=20mm。
1.2成形车刀的设计(1)原始数据：被加工零件如图(1)所示。
图（1）(2)设计要求：按照要求完成一把成型车刀，并且能够用该刀具加工出图示的工件。
(3)工件材料为：灰铸铁HT250；硬度HBS120 ；强度σb =240MPa。
(4)选择前角及后角由表（2-4）《金属切削刀具设计简明手册》得：fγ=10°，f λ=13°。
(5刀具廓形及附加刀刃计算根据设计要求取r κ=20°。
a=3mm ，b=1.5mm ，c=5mm ，d=0.5mm如图（2）所示：以0—0线（过9—10段切削刃）为基准，计算出1—12各点处的计算半径r 。
（注：为了避免尺寸偏差值对计算准确性的影响，故常采用计算尺寸---计算长度和计算角度来计算）图（ 2 ）jx r =基本半径±2半径公差j1r =j2r =9mm;mm mm r j 475.12)41.0225(4=-==j3r ;mm r j 5.01512)43240(227±=--==j5 r； mm r j 95.19)41.020(6=±=；mmr j 29.845cos 11=︒⨯-=j8r ；mmr r j j 94.745cos 5.1110=︒⨯-==j9r ；mm tg r r j j 202.17201612=︒-== j11r ；以上各个半径就是标注点的相对0—0线的半径长度，jx r 半径是进行刀具切削的各个点的设计绘制的。
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课程设计说明书专业级班
题目：棱体成形刀的设计
姓名：
指导老师：职称：
2009.5.20
一、刀具课程设计目的
刀具课程设计是机械制造专业学生在学习“金属切削原理与刀具”课程及其他有关课程之后进行的一个重要教学环节，其目的是巩固加深理论教学内容，培养学生综合运用所学理论，解决实际刀具设计问题的能力。
通过刀具课程设计，学生应达到：
1、掌握设计、计算刀具的能力；
2、学会绘制刀具工作图，标注必要的技术条件；
3、学会运用各种设计资料、手册及国家标准等。
二、刀具城程设计内容
设计内容为一下几种刀具：
1、棱体成形车刀设计；如下图
图一
材料为易切钢，σb=0.49Gpa,毛坯及工作各部分尺寸见下表，成形表面粗糙
度为Ra3.2µm。
要求设计棱体成形刀。
三、设计步骤
设计棱体成形刀
1、选择刀具类型
棱体成形刀。
2、选择刀具的材料
参考《金属切削刀具设计简明手册》附表5，选用普通高速钢W18Cr4V制造。
整体制造。
3、确定刀具合理的几何角度。
选择前角r
f 与后角α
f
由表2-4，取r
f =20º,α
f
=12º
4、确定刀具的结构参数，包括刀体尺寸、刀齿齿数、刀齿及容屑
槽的形状和尺寸、刀具装夹部分的尺寸等
（1）、刀体总宽度L0如图一所示L0=L c
式中L c———成形车刀切削刃总宽度，
L c =L5+a+b+c+d
L5———工件廓形宽度
A、b、c、d———成形车刀的附加刀刃；
A ———为避免切削刃转角处过尖而设的附加刀刃宽度，常取0.5～3mm
B———为考虑工件端面的精加工和倒角而设的附加刀刃宽度，其数值应大于端面精加工余量和倒角宽度。
为使该段刀刃在主剖面内有一定后角，常做成偏角Kr=15º到45º,b值取为1～3mm；如工件有倒角，Kr值应等于倒角角度值，b值比倒角宽度大1～1.5mm；
C———为保证后续切断工序顺利进行而设的预切槽刀刃宽度，c值常取为3到8mm；
D———为保证成行车刀刀刃延长到工件毛坯表面之外的附加刀刃宽度，常取 d=0.5～2mm。
5、设计计算刀具的廓形
标出工件廓形上各组成点1-11，确定0-0线为基准，计算出1-22点处的计算半径r jx;再以1点为基准算出计算长度l jx
l jx=基本长度±公差/2
l j2=6mm
l j3=12mm
l j4=15mm
l j5=19mm
l j6=25mm
5、确定刀具结构尺寸
L c= 35mm H= 75mm F= 25mm B= 25mm E = 9.2mm d，=8mm f = 8mm M = 37.620-0.13mm
6、用计算法求出N-N剖面内刀具廓形上各点至8.9点所在后刀面
的垂直距离Px.之后选择1.2段廓形为基准线，计算出刀具廓形
上各点到该基准线的垂直距离ΔPx，即为所求的刀具廓形深度。
棱体成形刀廓形计算表（mm）
7、校验最小后角
6到11段切削刃与进给方向的夹角最小，因而这段切削刃上后角最小，其值为a0=5.27，
一般要求最小后角不小于2到3°，因此校验合格！
8、确定棱体成形车刀廓形宽度Lx
即为相应工件廓形的计算长度Ljx，其数值及公差如下，有些公差可以酌情取为±0.2mm
L1=6±0.04mm
L2=12±0.10mm
L3=15±0.05mm
L4=19±0.2mm
L5=25±0.1mm
9、确定刀具的加固方式
采用燕尾携块式。
10、绘制棱体成形刀工作图
技术要求
1、材料：易切刚，σb=0.49GPa；
2、廓形表面粗糙度Rα=3.2µm;
3、未注明的角度偏差未±5，
四、参考资料
1、《金属切削刀具课程设计指导资料》刘华明主编，机械工业出版社。
2、《金属切削刀具设计简明手册》刘华明主编，机械工业出版社
3、《非标刀具设计手册》许先绪主编，机械工业出版社。