可转位车刀设计样本H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y设计说明书一、选择刀片夹固结构工件的直径D为142mm,工件长度L=100mm.因此可以在普通机床CA6140上加工.表面粗糙度要求 1.6μm,为精加工,但由于可转为车刀刃倾角通常取负值,切屑s流向已加工表面从而划伤工件,因此只能达到半精加工.参照《机械制造技术基础课程补充资料》表2.1典型刀片结构简图和特点,采用偏心式刀片加固结构较为合适.二、选择刀片结构材料加工工件材料为HT200,正火处理,连续切屑,且加工工序为粗车,半精车了两道工序.由于加工材料为铸铁料,因此刀片材料可以采用YG系列,YG8宜粗加工,YG3宜精加工,本题第三步要求达到半精加工,因此材料选择YG3硬质合金.三、选择车刀合理角度根据《机械制造技术基础》刀具合理几何参数的选择,并考虑可转位车刀几何角度的形成特点,四个角度做如下选择:①前角γ:根据《机械制造技术基础》表3.16,工件材料为中碳钢(正火),半精车,因此前角可选γ=10°,②后角∂:根据《机械制造技术基础》表3.17,工件材料为铸造材料,精车,因此后角可选∂=7°③主偏角κ:根据《机械制造技术基础》表γ3.16,主偏角γκ=75°④刃倾角λ:为获得大于0的后角0∂s及大于0的副刃后角'∂,刃倾角sλ=-5后角∂的实际数值及副刃后角'0∂和副偏角'κ在计算刀槽角度时经校验确定.γ四、选择切屑用量根据《机械制造技术基础》表3.22:精车时, 背吃刀量pa =1mm,进给量f=0.3mm/r,切削速度v=130m/min 。
五、刀片型号和尺寸① 选择刀片有无中心孔.由于刀片加固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.按选定主偏角γκ=75,参照《机械制造技术基础课程补充资料》2.4.4.2刀片形状的选择原则,选用正方形刀片.③ 选择刀片的精度等级.参照《机械制造技术基础课程补充资料》2.4.4.3节刀片精度等级的选择原则,一般情况下选用U 级.④ 选择刀片内切圆直径d(或刀片边长L).根据已确定的背吃刀量pa =3mm,主偏角γκ=75,刃倾角sλ=-5,将pa ,γκ,sλ代入下式可得刀刃的实际参加工作长L se为L se=scos sin λκγρ∂=cos(-5)75sin 3=3.118mm令刀片的刃口长度(即便长)L>1.5 L se=4.677mm,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a=3mm,进给量f=0.6mm/r及p《机械制造技术基础课程补充资料》选择刀片厚度的诺莫图图2.3,求得刀片厚度S≥4.8mm.⑥选择刀尖圆弧半径r.根据已选择的ε背吃刀量a=3mm,进给量pf=0.6mm/r及《机械制造技术基础课程补充资料》选择刀尖圆角半径的诺莫图 2.4,求得连续切削时r=1.2mmε⑦选择刀片断屑槽型式和尺寸.参照《机械制造技术基础课程补充资料》2.4.4.4节中刀片断屑槽类型和尺寸的选择原则,根据已知的已知条件,选择A型断屑槽.综上7方面的选择结果,根据《机械制造技术基础课程补充资料》表2.10确定选用的刀片型号为SNUM150612-A4.=6.35mm;L=d=14.88mm;s=6.35mm;d1m=2.79mm; εr=1.2mm刀片刀尖角ε=90;刀片刃倾角sbλ=0;断b屑槽宽W取法前角bnγ=25n=4mm;六、选择硬质合金刀垫型号和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=7.6mm.材料为高速钢YG8d1七、计算刀槽角度可转为车刀几何角度,刀片几何角度,刀槽几何角度之间的关系:刀槽角度的计算:①刀杆主偏角krgk=γκ=75rg② 刀槽刃倾角sgλsgλ=sλ=-5③ 刀槽前角ogr 将0γ=20,bnγ=25, sλ=-5代入下式tanogγ=snb s bnλγγλγγcos tan tan 1cos /tan tan 0+-=-0.089则ogγ=-5.089,取ogγ=-5④ 验算车刀后角a 0.车刀后角a 0的验算公式为:tan a 0=sog nb s og nb aa λγλγcos tan tan 1)cos tan (tan +-当nba =0时,则上式成为: tan a 0=-sogλγ2cos tan将ogγ=-5, sλ=-5代入上式得a 0=5.05前面所选后角a 0=6,与验算值有差距,故车刀后角a 0应选a 0=5才能与验算角度接近 而刀杆后角a og≈a 0=5⑤ 刀槽副偏角 k 'rg=k 'r=180-γκ=rεk rg=γκ,rg ε=rε因此k 'rg=180-γκ-rε车刀刀尖角rε的计算公式为cos rε=[cos rbεs og s ogλγλλsin tan )(tan 12-+]cos s λ当rbε=90时,上式变为cos rε= -sogλγsin tancos sλ将ogγ=-5, s λ=-5代入上式得rε=90.4故k 'rg≈k 'r=180-75-90.4=14.6取k 'rg=14.6⑥ 验算车刀副后角a '0车刀副后角的验算公式为: tan a '0=''''''cos tan tan 1cos tan tan sgognbogog nb aa λγλγ+-当a nb=0时, tan a '0= -'2'cos tan sgogλγ而tan 'ogγ=osγtan sin rg ε+tan'sg λsin rg εtan 'ogλ=osγtan sin rg ε+tan'sg λsin rg ε将osλ=-5,sgλ=sλ=-5,rgε=rε=90.4代入上式tan'ogγ=tan(-5)sin90.4+tan(-5)sin90.4 ＝＞'ogγ=-4.97 tan 'ogλ=)5tan(-sin90.4+tan (-5)sin90.4＝＞'og λ=-4.97再将'og γ=-4.97'og λ=-4.97代入得 tan a '0= -)97.4(cos )97.4tan(2-- ＝＞a '0=4.93可以满足切削要求刀槽副后角a 'og≈a '0,故a 'og=4.93,取a 'og=5综上述计算结果,可以归纳出: 车刀的几何角度:γ=20,∂=6,γκ=75, k 'r=14.6,sλ=-5, a '0=4.93刀槽的几何角度:ogγ=-5 , a og=5,k rg=75 , k 'rg =14.6,sgλ=-5, a 'og=5八、计算铣制刀槽时所需的角度① 计算刀槽最大副前角ggγ及其方位角ggτ将ogγ=-5 ,sgλ=sλ=-5代入下式得:tan gg γ=-sgog λγ22tan tan + ＝＞ggγ=-7.05将ogγ=-5 ,sgλ=sλ=-5代入下式得:tan ggτ=sgogλλtan tan ＝＞ ggτ=45② 计算刀槽切深剖面前角pgγ和进给剖面前角fgγ将ogγ=-5 ,sgλ=-5, k rg =75代入下式tan pgγ=osγtan sin rgε+tan'sg λsin rg ε ＝＞pgγ=-6.12tan fgγ=os γtan sin rgε+tan'sg λsin rg ε ＝＞fgγ=-3.54九、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HRC38-45,发黑处理② 选择刀杆尺寸:⑴选择刀杆截面尺寸.车床中心高度为220mm,根据《机械制造技术基础课程补充资料》表 2.37,选取截面尺寸为:20×25(mm 2)由于切削深度及进给量太小,故强度足够 ⑵选择刀杆长度尺寸:参照《机械制造技术基础课程补充资料》2.5.1.3刀杆长度选择原则,选取刀杆长度为160mm.十、选取偏心销机器相关尺寸① 选择偏心销材料:偏心销材料选用40Cr,热处理硬度为HRC40~45,发黑处理.② 选择偏心销直径d c和偏心量偏心销直径可用下式: d c=d 1-(0.2~0.4mm)故可取d c=6mm偏心量e 可用: e=mm d c2)10~7(1=0.3~0.428mm则e 可取0.4mm为使刀具夹固可靠,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d 2=M6③计算偏心销转轴孔中心在刀槽前刀面上的位置,根据前面已选好的各尺寸d 1=6mm, d=15.875mmd c=6mm, e=0.4mm取β=30,代入下式m=30sin 75.02875.15+=8.31mm n=30cos 75.02875.15-=8.59mm十一、绘制车刀结构简图偏心式75硬质合金可转位外圆车刀如下图参考文献[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.2009.2[2] 王娜君.机械制造技术基础课程补充材料.2010.3[3] 袁长良.机械制造工艺装备设计手册.中国计量出版社;1992.1[4] 陆剑中,孙家宁.金属切削原理与刀具.机械工业出版社;2005.3。