棱體成形車刀加工圓錐面工件時(shí)的形狀誤差分析

　　用棱體成形車刀加工圓錐面工件時(shí)，是否因車刀有前角就必然會(huì)產(chǎn)生雙曲線誤差，目前存在兩種不同的觀點(diǎn)。第一種觀點(diǎn)認(rèn)為，由于車刀有前角，切削刃為直線型，加工結(jié)果必然產(chǎn)生形狀誤差；第二種觀點(diǎn)則認(rèn)為，只要采取相應(yīng)的工藝措施，便不會(huì)產(chǎn)生上述形狀誤差。本文就這兩種觀點(diǎn)作一分析比較。

　　1．棱體成形車刀加工圓錐面工件時(shí)產(chǎn)生的形狀誤差

　　第一種觀點(diǎn)認(rèn)為，回轉(zhuǎn)體成形工件的廓形（包括廓形的寬度和深度）按規(guī)定應(yīng)在通過其軸線的平面內(nèi)測(cè)量，而成形車刀的截形按規(guī)定應(yīng)在與后刀面垂直的NN剖面（法面）內(nèi)測(cè)量。因此，只有當(dāng)?shù)毒叩那敖铅胒和后角αf都等于0°時(shí)，成形車刀的截形與工件的廓形才可能完全相符，但后角αf＝0°的刀具是無法工作的。當(dāng)棱體成形車刀的前角γf＞0°、后角αf＞0°時(shí)，由圖1a可知，該刀具上的截形深度P將小于工件上相應(yīng)的廓形深度ap。因此，在設(shè)計(jì)棱體成形車刀時(shí)必須對(duì)刀具截形進(jìn)行修正計(jì)算。

圖1　成形車刀加工錐體時(shí)產(chǎn)生形狀誤差的分析

　　如圖1b所示，棱體成形車刀由于有前角γf，使前刀面MM不通過工件軸線，即錐面部分的切削刃不在工件的軸向剖面內(nèi)。平面MM與工件圓錐表面的交線呈一外凸的雙曲線形狀。因此，若要切出正確的工件形狀（即圓錐面表面），必須使MM平面內(nèi)的切削刃形狀與相應(yīng)的外凸雙曲線形狀完全一致，即為一內(nèi)凹的雙曲線。但實(shí)際上為了簡(jiǎn)化刀具的設(shè)計(jì)與制造，常將該剖面中的切削刃形狀作成直線，這就必然在工件上多切除一部分材料，從而產(chǎn)生形狀誤差，即雙曲線誤差。

　　2．棱體成形車刀加工圓錐面工件時(shí)可以避免產(chǎn)生形狀誤差

　　第二種觀點(diǎn)認(rèn)為，用棱體成形車刀加工圓錐面工件時(shí)，如選用下述方法則可避免產(chǎn)生形狀誤差。

　?。?）錐體母線吻合法

　　由于在設(shè)計(jì)和制造棱體成形車刀時(shí)，刀具截形寬度與工件廓形寬度是相等的(在一些特殊情況下，允許車刀截形寬度大于工件廓形寬度），因此只要在安裝刀具時(shí)，使刀具的切削刃與工件回轉(zhuǎn)軸線在同一水平面內(nèi)，使切削刃與工件錐體母線相吻合，加工出的工件便不會(huì)產(chǎn)生雙曲線誤差，而是標(biāo)準(zhǔn)的圓錐面。在圖1b中，只要將車刀以基點(diǎn)1為軸心稍加扭轉(zhuǎn)，便可使切削刃和工件錐體母線12相吻合，并保持相應(yīng)的前、后角，其結(jié)果如圖2a所示（此時(shí)刀具的切削刃為）。在此條件下加工工件，便不會(huì)產(chǎn)生表面形狀誤差。

　?。?）徑向正裝等前角、等后角加工法

　　在用砂輪修磨棱體成形車刀時(shí)，使磨出的切削刃與刀體法面NN平行，并使后刀面與砂輪表面垂線的角度為（γf＋αf）（見圖2b）。在加工工件時(shí)，如圖2c所示，使刀具的切削刃與工件回轉(zhuǎn)軸線處于同一水平面內(nèi)，并與工件錐體母線吻合，同時(shí)使刀具后角為αf。不難看出，刀具切削刃上各點(diǎn)的前、后角都是相等的，由于切削刃與工件錐體母線吻合，因此不會(huì)產(chǎn)生表面形狀誤差。

圖2　成形車刀加工錐體時(shí)避免產(chǎn)生形狀誤差的分析

　　3．分析與結(jié)論

　?。?）根據(jù)第二種觀點(diǎn)，棱體成形車刀加工圓錐面工件的工藝技術(shù)比較簡(jiǎn)單，不存在復(fù)雜的理論問題，只要按照?qǐng)D2所示方法修磨和安裝刀具，在車刀有前角的情況下也可避免產(chǎn)生形狀誤差。因此可不必對(duì)刀具截形進(jìn)行復(fù)雜的修正計(jì)算。

　?。?）雖然第一種觀點(diǎn)在理論推導(dǎo)上是正確的，但這種觀點(diǎn)對(duì)前角γf的認(rèn)識(shí)值得商榷。首先，該觀點(diǎn)認(rèn)為“只有當(dāng)?shù)毒叩那敖铅胒和后角αf都等于0°時(shí)，成形車刀截形與工件廓形才可能完全相符”，這一論斷缺乏實(shí)際意義。第一，由于在加工單向圓錐面工件（或圓錐面與圓柱面構(gòu)成的雙組合面工件）時(shí)，允許車刀的切削刃寬度等于或大于工件廓形寬度，因此只要使車刀的切削刃與工件錐體母線相吻合即可，而不必要求兩者完全相符；第二，圖2a和圖2c已證明車刀的截形（實(shí)際上即切削刃）與工件廓形是否相符與刀具的前、后角無關(guān)。此外，該觀點(diǎn)認(rèn)為“棱體成形車刀由于有前角γf，使前刀面MM不通過工件軸線，……從而產(chǎn)生了加工誤差”，即認(rèn)為前角是造成加工誤差的前提。而第二種觀點(diǎn)卻得出了完全相反的結(jié)論，這是因?yàn)榘吹谝环N觀點(diǎn)，刀具前角γf的取向是按通常加工圓柱形回轉(zhuǎn)工件時(shí)確定前角的方法來確定的，即所選前角γf的大小被規(guī)定在垂直于工件回轉(zhuǎn)軸線的平面內(nèi)，而加工錐體工件時(shí)套用此方法來確定前角的取向并不恰當(dāng)，這將導(dǎo)致車刀設(shè)計(jì)理論的復(fù)雜化，從而使車刀的制造工藝不合理，最終導(dǎo)致產(chǎn)生加工形狀誤差。

　　在加工圓錐表面工件時(shí)，棱體成形車刀合理的前角取向應(yīng)規(guī)定在垂直于與工件回轉(zhuǎn)軸線在同一水平面內(nèi)并靠近車刀一側(cè)的錐體母線的平面內(nèi)（見圖2d），第二種觀點(diǎn)符合這一原則。