成形铣刀设计汇总.docx

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成形铣刀设计汇总

铲齿成形铣刀设计

一、铲齿成形铣刀的基本类型

铲齿成形铳刀是用于铳削工件成形表面的专用刀具。

它的刃形是根据工件廓形设计计算的，它具有较高的生产率，并能保证工件形状和尺寸的互换性，因此得到广泛使用。

成形铳刀按齿背形状可分为铲齿与尖齿两种。

1.尖齿成形铳刀：

尖齿成形铳刀齿数多，具有合理的后角，因而切削轻快、平稳，加工表面质量好，铳刀寿命高。

但尖齿成形铳刀需要专用靠模或在数控工具磨床上来重磨后面、刃磨工艺复杂。

因此，刃形简单的成形铳刀一般做成尖齿形。

2.铲齿成形铳刀：

齿背由径向铲削形成，使其具有成形刃后角。

该刀具沿前刀面重磨后能保证刃形不变，故在生产中一般采用铲齿结构，只有在大批量生产中才采用尖齿结构。

本章只讨论铲齿成形铳刀的设计方法。

二、铲齿成形铣刀结构参数的确定

（一）容屑槽底形式

铲齿成形铳刀容屑槽底有两种形式：

一种是平底形式，如图3—19所示；另一种是

中间凸起的加强形式，如表3—76所示。

根据工件廓形最大高度hw来选择容屑槽底的形

图3—19铲齿成形铳刀的结构

式，当hw较小和刀齿强度足够的情况下，可采用平底形式，否则，应采用加强形式。

加强式槽底的形状可根据工件廓形确定。

工件廓形为单面倾斜时，用I型或H型、川型、

V型；工件廓形对称时，用W型。

表4—76加强型容屑槽形状及画法

说明

1.过曲线刀刃的两极限点作直线（点划线）

2.距刀刃为Hi=K+r作刀刃等距曲线（点划线）

3.作与刀刃两极限点直连线（点划线）平行并与等距曲线相切（I型）或相交（n型）的直

线，即为铳刀槽底

4.H>h+K+r

5.3由作图得出

1.作与齿顶为h+r且平行铳刀轴线的直线

2.距刀刃为作刀刃Hi=K+r等距曲线（点划

线）

3.过等距曲线（点划线）与端面交点（川型为

铳刀齿形高度较大的那个端面的交点）作逼近但低于等距曲线（点划线）的倾斜线，与水平直线相交即得铳刀槽底

4.H>h+K+r

5.3由作图得出

1.作与齿顶为Hi=K+r+（1~4）mm,且平行于铳

刀轴线的直线

2.其他作

（二）齿形高度h和宽度B

如图3—19所示，成形铳刀齿形高度可取为

h=hw+（1~2）mm

式中hw—工件的廓形高度。

铳刀宽度B一般比工件廓形最大宽度Ew大1〜5mm，并应采用标准系列尺寸。

（三）铣刀的孔径

用铳刀切削时，要求其刀杆直径足够大，以保证在铳削力作用下有足够的强度和刚度。

因此，铳刀孔径应按强度或刚度条件计算决定。

在一般情况下，可根据铳削宽度和切削条件选取。

表3—77是根据生产经验推荐的数值。

表3—77成形铳刀内孔直径

铳削宽度

铳刀孔径

一般切削

重切削

<6

13

13

>6~12

16

22

>12~25

22

27

>25~40

27

32

>40~60

32

40

>60~100

40

50

（四）铣刀的外径

在保证铳刀孔径足够大和铳刀刀体强度足够的条件下，应选较小的铳刀外径，以减小扭矩和减少高速钢的消耗。

设计铳刀时，可首先用下式估算外径，待确定了铳刀的其他有关参数后，再校验铳刀刀体强度。

do=（2~2.2）d+2.2h+（2~6）mm（3—5—1）

对于加强形式的容屑槽，铳刀外径可小些

do=（1.6~2）d+2h+（2~6）mm（3—5—2）

表3—78给出了铳刀直径的推荐值，它是按式（3—5—1）与式（3—5—2）计算的，

并圆整为5的整数倍。

表3—78成形铳刀外径

孔径铳刀齿形高度h

d

5

6

8

10

12

15

18

20

22

25

28

30

32

35

13

45

55

70

一

一

一

一

一

45

50

55

70

16

50

55

70

90

一

一

一

一

45

45

50

55

60

65

70

90

22

65

651

70

90

110

一

一

一

一

一

55

55

60

65

70

75

80

90

100

115

27

70

75

80

90

110

135

65

651

70

75

80

；85

）90

951

100

115

125

135

32

85

90

95

100

110

135

160

75

75:

80

85

90

P95

*100

105

110

115

125

135

P145

160

40

105

110

110

115

125

135

160

90

95

100

105

110

115

120

125

130

135

140

145

150

160

注：

表中上栏为平底形容屑槽的铳刀外径，下栏为加强式容屑槽的铳刀外径

（五）铣刀的齿数

在保证刀齿强度和足够的重磨次数的条件下，应尽力取齿数多些，以便增加铳削的平稳性。

齿数Zk与铳刀直径之间有如下关系。

Zk=jid/t（3—5—3）

式中t—铳刀的圆周齿距。

粗加工时，可取

t=（1.8~2.4）H（3—5—4）

精加工时，可取

t=（1.3一1.8）H（3—5—5）

式中H—容屑槽高度，由图4—19可看出

H=h+K+r

式中：

K—刀齿铲削量r—容屑槽底半径，一般为1~3mm

由于齿数Zk未确定时K与r都不能确定，因此可按下式初步估算H

H=h+0.06do+（1〜3）mm（3—5—6）

将式（3—5—6）代入式（3—5—5）或式（3—5—4）,再代入式（3—5—3）,可求出Zk，也可根据生产经验按铳刀外径的大小预选铳刀齿数，在设计计算出铳刀的其他结构参数后，再校验所选齿数是否合理。

表是根据生产经验推荐的铲齿成形铳刀的齿数。

此表适用于平底式容屑槽的不铲磨铳刀。

对于加强式容屑槽，齿数可适当增加，对铲磨铳刀，

齿数可适当减少。

表3—79铲齿成形铁刀齿数

铳刀外径d。

（mm）

4

0

40~45

50~55

60~75

80~10

5

110~120

130~14

0

150~23

0

铳刀齿数Zk

18

16

14

12

11

10

9

8

为了测量方便，一般宜将齿数取为偶数。

但在铳刀齿数较少的情况下，若增加或减少一个刀齿，将对刀齿强度及可磨次数产生较大影响。

在这种情况下，可取齿数为奇数

（六）铣刀的后角及铲削量

铲齿成形铳刀通常给出进给方向的后角af，一般可取af=10°~15°,初步选定af

以后，需验算铳刀切削刃上某些点的主剖面后角aox（图3—20）

tga°x=tgafxsinkrx〜tgafsinkrx（3—5—7）

由式（6-7）可知krx愈小，aox愈小，应保证a*不小于2°〜3°。

实际计算表明，当krx

若仍不能满足要求可采用将工件斜置的方法

或斜向铲齿的方法增大后角。

确定后角af后，相应的铲削量可按下式计算

K=nd0tgaf/Zk（mm）（3—5—8）

对于精度要求高的成形铳刀，其齿背除铲削外，尚需进行铲磨。

铲磨的铳刀其齿背

必须做成双重铲齿的形式，即在铲齿时，齿背的AB段用铲削量为K的凸轮进行铲削（图

3—21a）,而将BC段用较大的铲削量K，进行铲削，这样可将BC段多铲去一些，以免砂

轮将B点以前磨光后，在B点以后形成凸台。

双重铲齿的铳刀齿背亦可做成图3—21b

所示的形式。

常将前者称为I型，后者称为II

型。

当采用I型铲齿形式时，Ki可按下式计算

K1=（1.3~1.5）K（3—5—9）

计算出K与K1后，应按附录表2所列的铲

床凸轮的升距（即铲削量）选取相近的数值。

当采用II型铲齿形式时，可按该表II型选

取KZ。

1型

图3—21齿背的双重铲磨

（七）容屑槽尺寸（见图3—19

1、容屑槽底半径rr可按下式计算

r=n[do—2（h+K）]/2AZk（3—5—10）

式中A—系数，一般铲磨齿背的成形铳刀，或齿廓高度h较大的成形铳刀，可取A=4不铲磨齿背的或h较小的，可取A=6。

计算出的r应圆整为0.5mm的整数倍。

2、容屑槽角0B值应按加工容屑槽所用的角度铳刀的系列选取，一般取为22°、25°、

30°等。

当铳刀齿数少时选大值。

少数情况下，可取0为45°,如梳形螺纹铳刀即是。

3、容屑槽深度H选取的H应保证铲齿时铲刀或砂轮不致碰到容屑槽底。

对平底式容屑槽且不需铲磨的成形铳刀

（3—5—11）

H=h+K+r

对于需铲磨的成形铳刀

I型齿背（见图4—21a）:

H=h+r+（K+K1）/2（3—5—12）

II型齿背（见图4—21b）:

H=h+K+K2+r（3—5—13）

对于加强式容屑槽，槽底的画法及容屑槽深度可按表3—76决定。

（八）分屑槽

当铳刀宽度B<20mm时，切削刃上不需做分屑槽。

当B>20mm时，可按表3—80推

荐的尺寸和数目在切削刃上做出分屑槽。

分屑槽亦需铲削。

由于相邻刀齿的分屑槽需交错排列，因此，应取铳刀齿数为偶数，铲削时，隔一齿铲削一次，而铲削量为2K，如表3

—80所示。

表3—80成形铳刀分屑槽尺寸和数目

铳刀宽度

B（mm）

分屑槽距

p（mm）

至端面距离P1

分屑槽数

铳刀宽度

B（mm）

分屑槽距

p（mm）

至端面距离P1

分屑槽数

20

8

4

2

50

20

10

2

22

9

4

2

55

22

11

2

24

10

4

「2：

60

24

12

2

25

10

5

2

65

19

8

3

28

11

6

2

70

20

10

3

30

12

6

\2\

75

21

12

3

32

13

6

2

80

24

12

3

34

14

6

2

85

19

9

4

35

14

7

2

90

20

10

4

36

14

8

「2「

95

21

11

4

38

15

8

2

100

22

12

4

40

16

8

2

105

24

12

4

45

18

9

2

110

24

12

4

（九）校验铣刀刀齿和刀体强度

初定成形铳刀的各参数后，需校验刀体、刀齿强度是否足够。

如果校验结果不符合要求，应重新假设和计算，直到满意为止。

1、校验刀齿强度对于平底式容屑槽铳刀，可按下式计算齿根宽度c。

（见图3—

19）

c~3n（do—2H）/4Zk（3—5—14）

要求c/H>0.8,当不满足时，应减少铳刀齿数。

对加强式槽底的成形铳刀，一般不需进行此项校验。

2、校验刀体强度为保证刀体强度，要求m》（0.3~0.5）d（见图3—19）。

m可按

下式计算

m=（d0—2H—d）12

当不满足时，应增大铳刀外径。

刀齿齿根强度和刀体强度的校验亦可采用作图法进行，即按选定的铳刀结构参数直接

画出铳刀的端面投影图，由图直接观察并测量铳刀齿根宽度c和刀体厚度m是否足够。

（十）校验铲磨齿形时砂轮是否和下一个刀齿发生干涉

此项校验一般采用作图法。

可按下面步骤进行（见图3—22）。

图3—22成形铳刀铲磨干涉的校验

1、按所设计的成形铳刀参数d0、Zk、H、B和：

r作出成形铳刀刀齿的端面投影图，

可得A、I、J三点。

从第一齿的顶点A沿径向取齿廓高度h得G点，从第二齿的顶点J

沿径向取铲削量K得B点，取齿廓高度h得E点，从A点作直线AOi,AOi与前刀面AO夹角为af，又作AB两点连线的中垂线与直线AOi交于Oi点，以Oi为圆心，OiA为半径作圆弧连A点和B点即得近似的齿顶铲背曲线；以OiG为半径画圆弧GD，即为近似的

齿底铲背曲线。

2、选砂轮直径Ds>（2h+25+5）mm，式中25为砂轮法兰盘直径，h为铳刀齿廓高度。

一般60wDs<120。

3、在AJ上取一点a,使Aa~AJ/2，连ao;交GD于F点，连接FO1并延长

之，自F点在此延长线上截取F02=Ds/2,得02点，以02为圆心，Ds/2为半径作圆，即得砂轮的外圆周，并切GD于F点。

此时砂轮外圆周如在下一个刀齿E点的上方，则砂轮

在铲磨时不会碰到下一个刀齿，如果在E点的下方，则铲磨时会碰到下一个刀齿，即发生

干涉。

如发生干涉，需改变铳刀的一些参数，如减少齿数Zk与铲削量K或增大0等，重新

设计，直到不发生干涉为止。

三、正前角铲齿成形铣刀截形的设计计算

（一）前角为零时

在这种情况下，工件法剖面截形就是铳刀的齿形。

（二）前角大于零时

铳刀有了前角以后，其刀齿在径向截面的齿形和前刀面上的齿形，就与工件法剖面的截形不同了。

设丫f为铳刀外圆处的纵向前角，当丫f较大（例如丫f>5°）时，铳刀径

向截面和前刀面上的齿形需进行修正计算。

图3—23所示的是工件齿形和铳刀齿形的关系。

其中图3—23b为给定的工件齿形；

图3—23c为铳刀径向截面应具有的齿形，即铲刀应具有的齿形；图3—23d为铳刀前刀

面的齿形，即样板应具有的齿形。

图3—23丫f>00的铲齿成形铳刀的齿形计算

设M为工件齿形上的任意点，其坐标为bn、hn;M"为铳刀径向截面齿形上的相应

点，其坐标为bc、hc;bc、hc可按表4—81计算。

又设M'为铳刀前刀面齿形上的相应点，其坐标为bt、ht;bt、ht可按表3—81计算。

表3—81正前角成形铳刀径向截面齿形计算公式

序号

计算项目

符号

计算公式

计算精度

1

齿形点的横坐标

bc

bc=bn

0.001

2

日（见图4—19）

0

RsinYf

0=arcsin_-——YfR-hn

0.00001

o

3

齿形点纵坐标

1%

Kzk

hc一hn~0

2n

0.001

表3—82正前角成形铳刀前刀面齿形计算公式

序号

计算项目

符号

计算公式

计算精度

1

齿形点横坐标

bt

bt=bn

0.001

2

齿形点纵坐标

ht

（R—hn）sin0ht=

siny

0.001

四、铲齿成形铣刀样板设计

铲齿成形铳刀需要设计两幅样板，一幅为检验铳刀刃形，其廓形与铳刀前刀面廓形相

同；另一幅为检验铲齿成形铳刀样板刃形，其廓形与铳刀轴向剖面廓形相同。

样板的设计方法与成形车刀样板相同。

详见本章第二节内容。

五、铲齿成形铣刀技术条件

不铲磨的成形铳刀技术条件如下：

（一）表面粗糙度

1、刀齿前面、内孔表面、端面及铲磨铳刀的齿背表面一不大于Ra0.8卩m。

2、铲齿铳刀（不铲磨）的齿背面一不大于Ra1.6卩m。

3、其余部分一不大于Ra6.3卩m。

（二）尺寸公差

主要结构尺寸的公差见表3—83。

表3—83铳刀主要结构尺寸公差（mm）

序号

名称

符号

公差

1

铳刀外径

do

h15

2

铳刀宽度

B

h12

3

铳刀孔径

d

h7

（三）形状位置公差

铳刀的形状位置公差见表3—84。

表3—84成形铳刀的形状位置公差（mm）

序号

项目

铳刀尺寸范围

公差

1

切削刃的径向及端面跳动

dov100

do》100

0.02

0.4

2

刀体端面跳动

do<100do>100

0.02

0.03

H<10

0.04

3

零度前角铳刀前刀面的径

10vH<20

0.06

向性（只许凹入）

20vH<30

0.09

H>30

0.12

（四）齿形公差

铳刀的齿形用样板或在仪器上投影检查。

允许的透光度见表3-85。

当工件的廓形

精度要求较严时，铳刀的齿形公差可大致取工件廓形允许误差的1/2〜1/3。

表3—85成形铳刀齿形公差

铳刀齿形高度

透光

度

齿形的基本部分

齿顶圆周部分

<4

0.03

0.06

4~12

0.05

0.09

12~22

0.07

0.12

>22

0.08

0.15

（五）材料及热处理

成形铳刀材料一般用高速钢。

热处理后硬度应为63〜66HRC。

在铳刀的工作部分，

不得有脱碳层和软点。

铲磨的成形铳刀，其公差与表面粗糙度等级应适当提高，可参考后面例题。

六、铲齿成形铣刀设计举例

在X62W铳床上用铲齿成形铳刀铳削廓形如图3—24所示的工件，工件材料为45

钢，铳刀的y=10°,a10°,试设计高速钢铲齿成形铳刀。

工件廓形曲线部分允许误差

为士0.1mm,角度允许误差为士15'

图3—24

（一）铲齿成形铣刀结构尺寸确定

根据工件廓形计算成形铳刀的结构尺寸，计算步骤见表3—86,表3—76为加强槽底

成形铳刀的结构尺寸。

表3—86铲齿成形铳刀结构尺寸计算步骤

序号

项目

数据来源或公式计算

采用值

修正值

容屑槽形式

由于工件廓形高度较大，为增加铳刀强

v型

1

度并减小铣刀直径，采用加强式槽底.

侧前角Y

根据已知条件选取~~y和a

Y=100

2

侧后角a

甲17

at=100

刀

宽度B

B=b«+3=37+3=40mm

B=40mm

形

3

深度h

h=hw+（1〜2）=26+1=27mm

h=27mm

孔径d

由表3—77选取重切削，d=32mm

d=32mm

d=32mm

外径d0

由表3—78选取do=125mm

d0=125mm

d0=140mm

齿数Z

由表3—79选取Zk=9，修正后Zk=9+1

Zk=10

Zk=10

铲削量K、Ki

=10

4

铲削量K=nd0tgat/Zk=3.14X125xtg100/10=6.9mm

K=7mm

K=8mm

修正后K=7mm

K1=（1.3〜1.5）K=10mm

K1=10mm

K1=11mm

容屑槽尺寸

r=n[d0-2（h+K）]/2AZk:

r=2mm

r=3mm

=3.14X[125-2（27+7）]/2X4

9=250

9=250

容屑槽底半径r

x10=2.23mm

H=38mm

H=40mm

容屑槽角9

取r=2mm

H1=12mm

H1=14mm

5

取9=250

选择v型容屑槽形式；具体画法见表

3—76选择1型齿背H=h+r+（K+K1）/2=27+2+8.5=37.5mm取H=38mm

查表3—77

H1=K+叶（1~4）=7+2+3=12mm

H2=h+r=27+2=29mm

H2=29mm

H2=30mm

容屑槽深度H

二）校验铲齿成形铣刀

校验过程见表3—87

表3—87校验铲齿成形铳刀

序号

项目

数据来源或计算式

结果

1

铳刀壁厚m

m=（d0-2H-d）/2

=（125-2X38-32）/2=8.5mm

0.3d=0.3X32=9.6

m<0.3d不能满足

刀体强度不够，需增大外径，d0=140mm，其它尺寸都需修正，使0.3d能满足要求。

2

后角a°x

tgaox=tgafsinkrx

=tg10°xsin15°

=0.0456

aox=2.6°满足要求

允许

3

齿根强度c

c〜3n（do—2H）/4Zk

"3X3.14X（140—2X40）/4X10#14.1mm

H=40mm

C/H=14.1/40=0.35V0.8强度不够

采用加强式槽底

4

铲磨干涉

按图3—22进行校验不干涉

允许

（三）铲齿成形铣刀廓形计算

计算简图如图3—23,计算过程见表3—88、3—89

图3—23成形铳刀计算简图

3—88轴向廓形计算

顺序

廓形高度和齿形角计算

采用值

1

140

R2=R-h2=-5.6=64.4

2

R>=64.4mm

2

Rsin丫f70sin100

sin丫f2=r=小=0.18875

R264.4

Yf2=10.879°

Y2=10.879°

3

%=Yf2—Yf=10.88—10°=0.88°

%=0.88°

4

'20.88°

h2=h2—K=5.6—8X10=5.4

360°360°

1

h2=5.4mm

5

140

R3=R—h3=—11.9=58.1

R3=58.1mm

6

RsinYf70sin10°

sinYf3=R=581=0.20921

Yf3=12.076°

Y3=12.076°

7

叽=Yf3—Yf=12.076°—10°=2.076°

%=2.076°

8

%2.076°

h3=h3—K^—^=11.9—8X10=11.439

3360°360°

h3=11.439mm

9

140

R4=R—h4=—18.7=51.3

2

R4=51.3mm

10

RsinYf70sin10°

sinYf4===0.2369

R451.3

Yf4=13.706°

Y=13