机械制造技术基础可转位车刀设计大作业.pdf

Harbin Institute of TechnologyHarbin Institute of Technology可转位车刀设计可转位车刀设计姓名姓名:班级：班级：11081031108103 班班学号：学号：指导老师：郭永丰指导老师：郭永丰日期：日期：20142014。0505。0909目录目录一。题目要求.-1-二.刀具设计.-1-2.1 选择切削用量.-1-2。2 选择刀片夹紧结构.-2-2.3 选择刀片材料.-2-2。4 选择车刀合理几何参数.-2-2.5 确定刀片型号及基本尺寸.-3-2.6 选择硬质合金刀垫型号及尺寸.-4-2.7 计算刀槽角度.-5-2.8 计算铣制刀槽时所需的角度.-8-2。9 选择刀杆材料和尺寸.-9-2.10 选择偏心销及其相关尺寸.-10-2.11 绘制车刀结构简图.-11-三.参考文献.-11-设计说明书设计说明书一。题目要求一。题目要求设计一款专用的可转位车刀,加工如图 1 所示的工件,工件材料、尺寸及加工要求具体如下：工件尺寸:D=50mm，L=300mm。工件材料：TC4 钛合金。图 1表面粗糙度要求：Ra3.2。二二.刀具设计刀具设计根据工件直径 D=50mm，长度 L=300mm，因此可以选择在机床 CA6140 上加工。又要求其端面加工的表面粗糙度值达到 Ra3.2，由于可转为车刀刃倾角通常取负值,切屑流向已加工表面从而划伤工件,因此只能达到半精加工.。2.12.1 选择切削用量选择切削用量根据工件材料和加工精度要求，根据机械制造技术基础表3.22 硬质合金车刀半精车外圆时的进给量及相关资料有关切削用量的推荐值,选择切削用量如下：粗车时:背吃刀量ap 5mm；进给量f 0.4mm/r；切削速度vc120mm/min.半精车时：背吃刀量ap 3mm；进给量f 0.4mm/r；切削速度vc150mm/min。-1-2 2。2 2 选择刀片夹紧结构选择刀片夹紧结构由于加工工件材料为 TC4 钛合金，考虑到该材料硬度、强度较高,切削加工过程中的切削力较大，根据 机械制造技术基础 有关可转位车刀刀片加紧结构的介绍，选择偏心式的加紧结构，如图2所示.偏心式夹紧方式具有结构简单,使用方便等优点，采用螺钉偏心夹紧结构时,由于螺钉的自锁性,刀片的夹紧更为可靠。图 22 2。3 3 选择刀片材料选择刀片材料加工工件材料为 TC4 钛合金,连续切削，且加工工序为粗车、半精车两道加工工序,参考机械制造技术基础第二章内容,刀片材料可以采用 YG 或 YGA 系列.考虑到待加工工件含有钛元素，因此选用 YGA 系列更为合适，在此选择刀片材料为：YG3A。2 2。4 4 选择车刀合理几何参数选择车刀合理几何参数根据机械制造技术基础刀具合理几何参数的选择，并考虑可转位车刀的几何角度的形成特点,四个角度分别做如下的选择:（1)前角0：根据机械制造技术基础，表 3。16，工件材料为 TC4 钛合金b1.17GPa，半精车，因此前角可选08。-2-（2）后角o:根据机械制造技术基础，表 3.17,工件材料为 TC4 钛合金b1.17GPa,半精车，因此后角可选o12。(3）主偏角k：考虑到待加工工件材料较硬，且需用该可转位车刀完成工件外圆、端面和倒角的加工,因此根据机械制造技术基础宜选用主偏角k 45。（4）刃倾角s:为获得大于 0 的后角0及大于 0 的副刃后角0，选择刃倾角s5。后角o、副刃后角o及副偏角k的实际数值在计算刀槽角度时经校验确定.2 2。5 5 确定刀片型号及基本尺寸确定刀片型号及基本尺寸（1）选择刀片有无中心孔:由于刀片夹紧结构已选定为偏心式，因此应选用有中心固定孔的刀片。（2)选择刀片形状：参考金属切削刀具设计简明手册，在选定刀片主偏角k 45的前提下,应选用正方形刀片为宜。（3）选择刀片的精度等级：根据金属切削刀具设计简明手册，在一般情况下，选用 U 级即可。（4)选择刀片内切圆直径 d（或刀片边长 L）：根据已确定粗加工的背吃刀量ap5mm,主偏角k 45,刃倾角s 5,将ap、k、s代入下式可得刀刃的实际参加工作长Lse为：Lse5 7.098mmsincosssin(45)cos(5)-3-令刀片的刃口长度(即便长）L 1.5Lse1.57.09810.647mm，便能保证切削工作顺利进行.(5)选择刀片厚度：根据已选择的背吃刀量ap5mm，进给量f 0.4mm/r,根据金属切削刀具设计简明手册图 1.1-刀片厚度选择诺莫图，求得刀片厚度s 4.8mm.(6）选择刀尖圆弧半径r的确定：根据已选择的背吃刀量ap 5mm，进给量f 0.4mm/r,参照金属切削刀具设计简明手册图1。2刀尖圆角半径选择诺莫图,可求得连续切削时r1.1mm。(7）选择刀片断屑槽型式和尺寸：参照金属切削刀具设计简明手册有关断屑槽类型和尺寸的选择原则，根据已知的原始条件，选择A 型断屑槽。断屑槽的尺寸是在选定刀片的型号和尺寸后确定的。综合上面七个方面的内容，根据金属切削刀具设计简明手册有关可转位车刀型号表示方法及相关表格，确定选用的刀片型号为SNUM 150612 A4。刀片具体尺寸如下：L d 15.875 0.18mm,s 6.35 0.13mm,中心孔直径d16.350.08mm,m 2.795 0.27mm，r1.20.1mm刀片刀尖角b90 30,刀片刃倾角sb 0，法后角nb 0，断屑槽宽wn 4mm，取法前角bn 25。2.62.6 选择硬质合金刀垫型号及尺寸选择硬质合金刀垫型号及尺寸硬质合金刀垫形状和尺寸的选择,取决于刀片加固结构及刀片的型号和尺寸，选择与刀片形状相同的刀垫,正方形，中间有圆孔，根据机械制造技术基础课程补充资料表 2。18 选择型号为 S15B 型刀垫。尺寸为：长度 L=14。88mm,厚度 s=4。76mm 中心孔直径 d1=7.6mm。材料为高速钢YG8 刀垫形状和尺寸则取决于刀片夹-4-紧固定结构及刀片的型号和尺寸。在此选择与刀片形状相同的正方形刀垫，中间带有圆孔。根据刀垫边长应略小于刀片边长,刀垫厚度也比刀片厚度略小的原则，可以确定刀垫尺寸如下:L14.88mm，s 4.76mm，中心孔直径d17.6mm。2.72.7 计算刀槽角度计算刀槽角度根据可转位车刀几何角度、刀片几何角度和刀槽几何角度之间的关系，刀槽角度计算步骤如下：（1）刀槽主偏角krg：krg k 45(2)刀槽刃倾角sg：sgs 5（3)刀槽前角og：可转位车刀的刃倾角s较小（一般小于6可用下式近似计算8),所以，ogogo12（4）验算车刀后角o：车刀后角o的验算公式为：tano(tannbtanogcoss)coss1tannbtanogcoss将nb 0,og 12，s 5代入上式得：tano(0tan(12)cos5)cos5 0.210910故得后角：后角o11.91与之前选定的o12相o arctan(0.2109)11.91。近，故无需再次校验，所以o11.91。而刀槽后角ogo，故取og12。-5-(5）刀槽副偏角krg：因为krg kr180 krr，而rgr，krg kr式中r车刀刀尖角。所以有krg180 krgrg180 krr车刀刀尖角r的计算公式为cotrcotb1(tanogcoss)2tanogsinscoss由于刀片为正方形，所以b 90,上式变为cotrtanogsinscoss将og 12,s 5代入上式得cotrtan(12)sin(5)cos(5)0.018所以r 91.057。故有krg kr180 45 91.057 43.957故取krg 44.0。（6）验算车刀副后角o：车刀副后角的验算公式为tano(tannbtanogcossg)cossg1tannbtancosogsg-6-由于nb 0，故有tano tanogcos2sg而tanog tanogcosrgtansgsinrgtansg tanogsinrgtansgcosrg将og 12,sgs 5，rgr91.057代入上两式得tanog tan(12)cos91.057 tan(5)sin91.057 0.091所以og 5.20。tansg tan(12)sin91.057 tan(5)cos91.057 0.211所以sg 11.91。再将og 11.91代入副后角验算公式得 5.20，sgtano tan(5.20)cos2(11.91)0.087所以副后角o 4.98，可以满足切削要求.由于刀槽副后角og,故ogo 4.98,取og5.综合上述计算结果，可以归纳出:车刀的几何角度:o8，o11.91，o 4.98，k 45,kr 43.957,s 5-7-刀槽的几何角度：og 12，og12,og5,krg 45，krg 44.0,sg 52.82.8 计算铣制刀槽时所需的角度计算铣制刀槽时所需的角度（1)计算刀槽最大副前角gg及其方位角gg：当用预制斜铁铣制刀槽时,需要计算出刀槽的最大负前角gg及其方位角gg.刀槽最大负前角的计算公式为tangg tan2og tan2sg将og 12，sg 5代入上式得：tangg tan2(12)tan2(5)0.230故可得gg 12.95。刀槽最大负前角所在剖面的方位角gg的计算公式为tanggtanogtansg将og 12，sg 5代入上式得:tanggtan(12)2.43tan(5)所以gg 67.63。-8-（2）计算刀槽切深剖面前角pg和进给剖面前角fg：当用双坐标角度垫铁铣fg制刀槽时,需要计算出刀槽切深剖面前角pg和进给剖面前角刀槽切深剖面前角pg的计算公式为。tanpg tanogcoskrgtansgsinkrg将og 12，sg 5，krg 45代入上式得tanpgtan(12)cos45 tan(5)sin45 0.212所以pg 11.98。刀槽进给剖面前角的计算公式为tanfg tanogsinkrgtansgcoskrg将og 12,sg 5,krg 45代入上式得tanfgtan(12)sin45 tan(5)cos45 0.088所以fg 5.05.2 2。9 9 选择刀杆材料和尺寸选择刀杆材料和尺寸（1)选择刀杆材料:为保证刀杆强度，增加刀杆使用寿命，刀杆材料一般可用中碳钢，采用 45 号钢,热处理硬度为 HRC3845，发黑处理.（2）选择刀杆尺寸-9-1）选择刀杆截面尺寸：根据所选用的加工机床型号为 CA6140,车床的中心高度为 220mm，参考金属切削刀具课程设计指导书表 2。37，选取刀杆截面尺寸为:BH20 25mm。由于粗加工背吃刀量ap5mm,进给量f0.4 mm/r，切削用量较小,故可认为刀杆强度满足要求.2）选择刀杆长度尺寸：参考金属切削刀具课程设计指导书,2。5。1。3 节，选取刀杆长度为 160mm。22 2。1010 选择偏心销及其相关尺寸选择偏心销及其相关尺寸(1）选择偏心销材料：偏心销材料选用40Cr，热处理硬度为40黑处理。（2）选择偏心销直径dc和偏心量e:偏心销直径可用下式求出:45HRC，发dcd1(0.2 0.4)mm根据d16.35 mm，取括号内较大值 0。35mm,则dc6.35 0.35 6mm偏心量e可用跟据下式计算，即:e所以可以取e0.4mm。1dc160.3 0.429mm7 10 27 102为使刀具夹紧可靠，可选用自锁性能较好的螺钉偏心销，并取螺钉偏心销转轴半径d2M 6.（3）计算偏心销转轴孔中心在刀槽前刀面上的位置：设偏心轴销轴孔中心到刀片相邻两边的距离分别为 m，n，则 m，n 的值可以根据下面的公式计算得,即：-10-d dcdesin1cos22d dcdn ecos1sin22m 根据前面已选好的各尺寸：d1 6.35mm,L d 15.875mmdc 6mm,e 0.4mm并取 30得15.8756.3560.3sin 30 cos30 7.936mm2215.8756.356n 0.3cos30 sin30 7.589mm22m 综上可得:m 7.936mm,n 7.589mm。2 2。1111 绘制车刀结构简图绘制车刀结构简图偏心式 45 度硬质合金可转位外圆车刀结构简图见附录A4 图纸.三三.参考文献参考文献1李旦，韩荣第，巩亚东,陈明君。机械制造技术基础。哈尔滨工业大学出版社.2011.12刘华明,丁儒林,阎作奎,韩荣第，陈运志,袁绩乾。金属切削刀具设计简明手册。19943王娜君.金属切削刀具课程设计指导书。哈尔滨工业大学出版社.2000-11-12-13-