第八讲成形刀具和拉刀第一成形刀具第一节成形表面及其加工方法有些机器零件的表面，不是简单的圆柱面、圆锥面、平面及其组合，而是形状复杂的表面，这些复杂表面称为成形表面。
按照成形表面的几何特征一般分为以下三种类型：(1)回转成形面由一条母线(曲线)绕一固定轴线旋转而成。
如滚动轴承内、外圈的圆弧滚道和手柄等。
(图8-1(a))(2)直线成形面由一条直母线沿一条曲线平行移动而成。
它可分为：①外成形面，如凸轮(图8-1(b))和冷冲模的凸模等；②内成形面，如叶片泵定子内曲面和冷冲模的凹模型孔等。
(3)立体成形面即零件各个剖面具有不同的轮廓形状，如汽轮机扭曲变截面叶片和某些锻模(图8—1(c))、压铸模、塑压模的型腔。
成形表面常用的加工方法有车、铣、刨、拉和磨削(表8—1)。
成形表面的加工方法很多，按成形原理分述如下。
一、用成形刀具加工刀具的切削刃按工件表面轮廓形状制造，加工时，刀具相对工件作简单的直线进给运动。
1．车削成形面用成形车刀可加工内、外回转成形面。
常用的成形车刀有棱体成形车刀(图8—2(a))和圆体成形车刀(图8—2(b))。
前者只能加工外成形面，而后者可以加工内、外回转成形面，故应用较为广泛。
2．铣削成形面用成形铣刀铣削成形面，一般在卧式铣床上进行(图8—3)，常用来加工直线成形面。
一般成形铣刀的前角γ。
=0º，重磨时只刃磨前刀面以保证刃形不变3．刨削成形面成形刨刀的结构与成形车刀相似，一般只用于加工形状简单的直线成形面。
4．拉削成形面拉削可加工多种内、外直线成形面。
加工质量好、生产率高，但拉削成形面的拉刀复杂，成本高，故宜用于成批大量生产。
5．铰削内球面用球形铰刀可以铰削小直径的球窝(图8—4)，以及处于深孔的球窝(图8—5)。
铰削前先用钻头在工件上钻出盲孔，再用成形车刀粗车成形，然后进行粗铰、精铰。
球铰刀一般有4～6个齿，粗铰刀刀齿上开有分屑槽，精铰刀上没有。
精铰钢件的表面粗糙度Ra为1.6µm，加工青铜件时，Ra 可达0.4～0.8 µ m。
6．磨削成形面利用修整好的成形砂轮，在外圆磨床上可以磨削回转成形面(图8—6)，在平面磨床上可以磨削外直线成形面(图8—7)特点：用成形刀具加工成形面，加工的精度主要取决于刀具的精度，并易于保证同一批工件表面形状、尺寸的一致性和互换性。
成形刀具是宽刃刀具，同时参加切削的刀刃较长，一次切削行程就可切出工件的成形面,因而有较高的生产率.此外成形刀具可重磨的次数多,故刀具的寿命长.但是,成形刀具的设计、制造和刃磨都较复杂，故刀具的成本也较高。
适用范围：用成形刀具加工成形面，适用于成形面精度要求较高，尺寸较小，零件批量较大的场合。
二、用简单的刀具加工(一)用靠模装置加工成形面1．机械靠模装置图8-8为利用靠模车削成形面的装置。
将车床中拖板上的丝杠拆去，把拉杆固定在中拖板上，其另一端与滚柱连接，当大拖板作纵向移动时，滚柱沿着靠模的曲线槽移动，使车刀作相应的移动，车出手柄上的成形面。
用机械靠模装置加工成形面，生产率较高，加工精度主要取决于靠模精度。
靠模形状复杂，制造困难，费用高。
靠模与滚轮之间直接承受切削力，磨损较严重。
因此，必须提高靠模的硬度、耐磨性以延长其寿命，这也给靠模制造增加了困难。
这种方法适于在成批生产中应用。
2．随动系统靠模装置随动系统靠模装置是以发送器的触头(靠模销)接受靠模外形轮廓曲线的变化为信号，通过放大装置将信号放大后送人驱动装置，再由驱动装置控制刀具作相应的仿形运动。
仿形装置按发送器作用原理不同，有很多种类，下面介绍一种应用较多的仿形装置——电感式仿形装置。
电感式仿形装置由图8—9示出，在靠模仪4内有电感发生器，加工时靠模销9沿水平或垂直方向运动并始终和靠模8的表面保持接触，随着靠模表面曲线的变化，靠模销产生轴向移动，使发生器中的电感发生变化，从而发出信号，经放大后控制进给电机3，驱使指状铣刀跟踪靠模销作相应的位移而进行成形面的加工。
特点：可加工形状复杂的直线及立体成形面；且靠模与靠模销之间的接触压力小（约5∽8MPa），靠模可用石膏、木材或铝合金等软材料制造，加工方便，精度高且成本低。
缺点：机床复杂，设备费用高。
（二）按运动轨迹法加工成形面内、外球面加工中，常采用运动轨迹法常用的方法有铣削、车削和磨削。
如图8-10用车削法车削外球面和内球面第二节成形车刀刀刃形状决定于工件形状的车刀，称为成形车刀但它的廓形尺寸与工件的并不完全一致，需要进行设计计算。
成形车刀制成后，其后刀面为成形表面，每次重磨时只磨前刀面。
成形车刀是一种专用刀具，它多用于车床、六角车床、自动和半自动车床上加工内外回转体成形表面。
一、成形车刀的类型和装夹成形车刀按其结构和形状可分为下面三种：(1)平体成形车刀：除刀刃具有复杂的形状外，外形和普通车刀相似，如图8-11 只能用于加工外成形表面，且重磨次数少。
它的装夹方法和普通车刀一样。
(2)棱体成形车刀：它的外形为棱柱体，其重磨次数比平体成形车刀多。
使用时靠燕尾体与刀杆的燕尾槽联结。
并用螺钉夹紧，如图8—12所示。
刀杆的燕尾槽制有一倾斜角，即图8—12中的αf。
刀体下端的螺钉可用来调整刀尖的高度．并可承受部分切削力。
(3)圆体成形车刀：它的外形是回转体，其重磨次数比棱体的多．且可加工内成形表面。
图8—13所示为加工外成形表面时的装夹方法之一。
如图所示，工作时，将刀尖调整到工件中心高度上，用内孔定位装夹。
为防止因切削力使刀具转动，刀具一端制有端面齿，和刀夹上的端面齿相啮合，由图可见，当工件顺时针旋转时(主运动)，刀具的中心应高于工件中心．以便形成后角以上成形车刀工作时，工件旋转是主运动，刀具做径向进给运动二、成形车刀的前角和后角成形车刀的前角和后角是将制成一定角度的刀具与工件安装成一定的位置而形成的。
例如，对于棱体成形车刀，制造和重磨时只控制前、后角之和，装夹时装在倾斜一αf的角度的刀杆上，从而形成前角γf和后角αf，如图8—12所示。
对于圆体成形车刀，如图8—13所示，刀具前刀面与工件径向线(水平)之夹角即为前角γf，刀具中心又高于工件中心(工件顺时针旋转)，从而形成后角αf。
成形车刀的前、后角规定在工件的端截面内测量，并以刀刃上最外点为其标准值。
在工件端截面中的前角为γf，后角为αf，如图8—14所示。
由于有了前角，切削刃上不位于工件中心高度上的其他各点，都低于切削刃最外点，例如图8-14中2点低于1点。
由图可知，离切削刃最外点愈远，其前角愈小，后角愈大。
成形车刀的前角可根据工件材料选择(参考有关手册)；后角可按下列数值选取：平体成形车刀 25°～30°棱体成形车刀 12°～17°圆体成形车刀 10°～15°三、成形车刀的截形计算制造成形车刀时，应当知道N一N剖面上的尺寸，如图8—14所示。
对于棱体成形车刀，应知道垂直于主后刀面的法剖面的廓形尺寸；对于圆体成形车刀，应知道它的轴向剖面的廓形尺寸。
从图8—14可以看出，只有当前角和后角都等于零时．刀具的N-N剖面上的廓形尺寸才和工件的轴向廓形完全相同。
此时，成形车刀的截形无需计算，它等于工件廓形尺寸。
但是，前、后角都等于零度(特别是后角为零度)的成形车刀是无法进行工作的。
只要后角大于零度，成形车刀的截形就必须进行计算。
从图8—14中可明显看出，刀具在N一N剖面上的廓形深度P和工件轴向剖面上的廓形深度P w是不相等的，即P<P w P w=r2-r1成形车刀截形的设计计算方法有计算法、作图法和查表计算法。
下面以圆体成形车刀为例介绍计算法的原理。
如图8—15所示的外表面加工用的圆体成形车刀的计算原理如下。
计算时，应已知工件的各个半径及轴向尺寸，刀具的最大半径R1，也应事先选定。
计算的要求是求出刀具上各组成点的半径(即图中的R2，R3)。
如图8—15，通过1点作前刀面的延长线，刀具中心Oc，与该延长线的垂线距离为hc。
由图可知hc=R1sin(γf + αf )B1=R1cos(γf + αf )在工件一方，通过1点作前刀面的延长线，工件中心01与该延长线的垂线的距离为h。
由图可知h=r1sin γf，A1=r1cos γf另外，01点与2’的连线与刀具前刀面形成γf2，01点与3’点的连线与前刀面形成γf3，依次类推。
这样s in γf2 =h/r2； A2=r2cos γf2； C2=A2一A1；sin γf3=h/r3； A3=r3cos γf3； C2=A2一A1；因此，根据图8—15中的关系，刀刃组成点各个半径(R2，R3)便可按下面的顺序求出B2=B1一C2；tgε2 =hc/B2；R2=hc/sinε2B3=B1一C3；tgε3 =hc/B3；R3=hc/sinε3四、成形车刀加工时的双曲线误差成形车刀在加工圆锥体(或工件上的圆锥部分)时，加工后往往发现圆锥体母线不是直线，而是一条内凹的双曲线，这种误差称为双曲线误差。
图8—16为棱体成形车刀加工圆锥体的情况。
由于前角不等于零度，包含前刀面的M—M平面不通过工件的中心，即切削刃不在工件的轴线平面上。
根据圆锥体的形成原理可知，工件在M—M平面内应是一条外凸的双曲线。
这样，刀刃在M—M平面上的形状应该是内凹的双曲线1’一3’一2’，才能切出正确的圆锥体。
然而刀刃却是直线1’一4’一2’，即工件被多切去了一部分材料。
加工后的工件表面便不是圆锥面，因而产生了双曲线误差。
这种误差反映在工件上是工件表面的内凹量。
五、成形铣刀成形铣刀与成形车刀相同之处是刀具廓形都要根据工件廓形设计。
用成形铣刀可在通用的铣床上加工复杂形状的表面，并获得较高的精度和表面质量，生产率也较高。
成形铣刀常用于加工成形直沟和成形螺旋沟等。
成形铣刀的刃形是根据所要铣削的工件截面形状设计的。
有些成形铣刀，如凸半圆成形铣刀、凹半圆成形铣刀等，已经标准化；有些则可以根据部颁标准资料制造；对于特殊刃形的成形铣刀就要自行设计。
属于成形铣刀范围的还有：麻花钻槽铣刀，丝锥槽铣刀，花键槽铣刀，螺纹铣刀，盘形齿轮铣刀，扳手钳口铣刀等。
类型：按照齿背的加工方法,成形铣刀可分为尖齿成形铣刀和铲齿成形铣刀。
尖齿成形铣刀在磨损后是重磨后刀面的，如果刃形复杂则刃磨很困难。
如图8—17所示的尖齿(半圆)成形铣刀．每次重磨时都要沿abc的半圆形状来刃磨，给使用部门带来很大困难。
但刀具的耐用度和加工表面质量高,适合在大批量生产中使用. 铲齿成形铣刀是沿径向重磨前刀面的，其刃磨比较简单.图8一17(b)是铲齿成形铣刀磨损后沿前刀面刃磨时的示意图。
由图可见，前角为0º的前刀面是通过铣刀中心的平面，刃磨时只要磨出一个通过铣刀中心的平面即可，因此刃磨很方便。
