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1、1,第 一 篇,主讲：陶福春,成形刀具设计,2,第三章、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。,类型：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。,3,铲齿成形铣刀是用成形车刀按一定曲线铲出的。磨损后是
2、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0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。本节主要介绍铲齿成形铣刀。,尖齿成形铣刀的齿背是利用专门的靠模铣削和刃磨的。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817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.,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。,4,（一）、成形铣刀铲齿原理 如图817所示，成形
3、铣刀必须有后角，而且在重磨前刀面后使刃形不变，保证加工出所要求的工件截面形状。怎样才能达到这两个要求呢?下面参看铲齿原理图来说明。,5,6,图818所示为成形铣刀的径向铲齿过程,铲刀的纵向前角为0,其前刀面应准确地安装在铲床的中心平面内,铣刀以铲床主轴轴线为旋转轴线作等速转动，当铣刀的前刀面转到铲床的中心高平面时，铲刀就在凸轮控制下向铣刀轴线等速推进，当铣刀转过0角时，凸轮转过0角，铲刀铲出一个刀齿的齿背(包括齿顶12及齿侧面1-2-6-5)，而当铣刀继续转过1角时，凸轮转过1角，此时铲刀迅速退回到原来位置。这样，铣刀转过一个齿间角 ，凸轮转过一整转，而铲刀则完成一个往复行程。随后重复上述过程
4、，进行下一个刀齿的铲削。由此可见，由于铲刀的前刀面始终通过铣刀的中心，所以铣刀在任意轴向剖面的刃形必然和铲刀的刃形完全一致，铣刀重磨时，只要保证前刀面为轴向平面，就能使切削刃形状保持不变。,7,另外，还可看出以下几点：,(1)铲制的成形铣刀在使用中重磨前面以后仍能保持原有刃形。 例如，如图818所示，假设已重磨至OB面了，因OB是径向截面，它也经过铲刀前刀面的铲削，所以它的刃形和A面是一样的。所以只要我们沿半径方向(前刀面)刃磨铣刀，则刃磨后其刃形可保持不变。由于前刀面是平面，所以使刃磨较简单。,如果在铲齿时铲刀不快速退回，而是沿着齿背曲线1238一直铲下去，则铣刀每转过一个齿间角（=2/Z）
5、，铲刀前进的距离48称为铲削量K。与此相适应，凸轮旋转一周的升高量（半径差）也应该等于铲削量K。一般在凸轮上都标注该凸轮的K值。,8,(2)由于铲刀把铣刀齿顶的一部分金属铲去了，如图818中剖面线部分，因此形成了后角。这一点可以参看图819来理解。铣刀经过铲齿以后齿顶形成后角，齿的侧面也形成后角。,(3)在图818中，由于铣刀的前刀面通过其中心O，因此它的前角是0，前角为0的成形铣刀的设计是比较简单的。 例如，如果要求设计一个凹圆弧的成形铣刀，那么就等于要设计一个凸圆弧的铲齿成形车刀，然后对铣刀进行铲齿。如果还需对铣刀进行铲磨，那就是按要求的形状修整砂轮。,9,4)铲齿成形车刀的后角应比较大(
6、2530)，这一点从图8-18的铲齿过程中是不难理解的。,由上所述，铲齿成形铣刀的优点是： (1)在整个使用期间，可以加工出相同的槽形； (2)重磨比较简单，重磨次数多； (3)重磨后容屑空间增大。 ,但铲齿成形铣刀有以下缺点： (1)它不能选取较多的齿数，因为齿数多了将使铲齿时的退刀运动发生困难，这一点从图818中铲刀的运动情况便可看出； (2)齿顶沿圆周的振摆较大(可达0.040.12mm以上)。这是因为，铲齿成形铣刀的齿顶很难再进行外圆磨削，而且沿前面刃磨后反而会使振摆增大。,10,（二）、成形铣刀的后角、齿背曲线及铲齿量 齿背曲线：径向铲齿时，通过铣刀切削刃上任意点作端剖面，端剖面与齿
7、背表面的交线称为齿背曲线。 成形铣刀的齿背曲线多数采用阿基米德螺旋线，因为铲制这种曲线的凸轮也是阿基米德螺旋线。由数学可知,阿基米德螺旋线凸轮的向量半径与极角成正比，因此等速回转运动与沿半径方向的等速直线运动合起来,就得阿基米德螺旋线。因此，可以在具有旋转运动和直线运动的任何机床上，按照上述比例关系用机械的方法实现凸轮的加工。 即铲制阿基米德螺旋线所用凸轮容易制造。,为便于分析，取这样的极坐标来表示阿基米德螺旋线（如图8-19），即当=0时，=R0，而当0时， R0，因此齿背曲线方程为 = R0 -b 式中， 和是螺旋线上各点的向量半径和极角(弧度)；b是决定螺旋线尺寸大小的常数(比例系数)。
8、,11,当= 2/Z时， = R0 K 则 R0 K= R0 -b（2/Z） 故 b=KZ/2 由微分几何学可知，曲线上任意点M的切线和该点向径之间的夹角 为： tg = / =( R0 b)/(-b)=-(R0/b),设铣刀刀齿在M点的后角为fM，因 fM=-90 故 tgfM =tg（-90）=-1/tg=1/（R/b）- 将b值代入，得： tgfM=1/（2R/KZ）- （8-1） 新铣刀=0，故新铣刀齿顶处的后角fa为： tgfa=1/（2R/KZ） （8-2）,12,或： K=（d0/z）tgfa （8-3） 式中 d0铣刀直径。 由式可知，铣刀切削刃上各点的铲削量都相同，所以各点的
9、齿背曲线都是齿顶齿背曲线的等距线.,半径为Rx的点的端面后角fx为： tgfx = Kz/ 2Rx =（R/ Rx ）tgfa （8-4）,由式（8-2）、（8-4）可知： （1）fM fa。若铣刀重磨次数愈多，则角愈大， f也愈大，因此以阿基米德螺旋作为齿背曲线的铣刀，重磨后后角增大。但变化值很小，如d0=80mm、 z=10、K=5mm的铣刀，新刀，在刀齿磨到最后时（磨掉1/2齿距）， fa=1159 相差仅44，变化值可忽略不计。,13,（2）铣刀切削刃上愈靠近轴线的点，Rx愈小， fx愈大,如d0=80mm的凹半圆铣刀，新刀时切削刃上半径最小的点的后角为fx =1424 。因此成形铣刀名义后角规定在新刀齿顶处，并取较小数值fa =10 12。,由上述分析可知，只要铣刀要求的K值相同，均可用同一凸轮铲制，这就大大减少了所需凸轮的数量。目前，广泛采用K=0.512mm的凸轮，尺寸间隔,对于小尺寸铣刀为0.25mm，中等尺寸铣刀为0.5mm，大尺寸铣刀为12mm。一般铲齿车床都带一套凸轮，设计成形铣刀时，求出铲齿量K的数值以后，即可选用合适的凸轮，不需另外设计与制造。,