毕业设计（论文）-淬硬轴承钢精加工刀具设计.doc

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manufacture of ball bearings， roller and sleeve， etc.， can also be used for the production of precision measuring tools，Die，Machine Screw and diesel pumps， precision parts.High hardness after quenching， anti-bar strength， relative elongation rate reduction，impact toughness decreases，brittle， but it is a typical difficult to process materials.Currently，the cutting of hardened bearing steel in the manufacturing sector has been one of the topics of great interest.Hardened bearing steel parts are made of high-performance parts，it is often close to the carrying capacity of its physical limits，and the part of the performance and is closely related to the final finishing process.This paper will analyze the characteristics of hardened bearing steel，select the finishing machining of hardened bearing steel and tool material form，and then design the cutting tool geometry and structure.Under the current process situation，a reasonable selection of tool material and tool geometry parameters of the design，can meet the hardened bearing steel cutting finishing needs.Keywords： hardened bearing steel；tool materials；tool parameters第1章 前言1.1 淬硬轴承钢精加工现状目前，淬硬钢的切削是制造业中极感兴趣的课题之一。淬硬钢制成的零件是高性能的零件，它的承载能力往往接近其物理极限，而零件的高性能与最后的精加工工艺密切相关。过去淬硬轴承钢零件的精加工一直是在磨削领域进行，磨削工序加工效率低、砂轮及磨削液消耗量大、成本高、粉尘和废液污染程度严重，从而造成了大型淬火轴承工件加工的工艺瓶颈。如大型轴承套圈淬火件和小直径孔的磨削加工中，由于热处理变形量大和砂轮线速度低等原因，其磨削效率很低，资料表明大型轴承套圈的加工总工时中，磨削加工占三分之一以上，很难适应经济飞速发展和产品竞争的市场快速响应要求。由于超硬材料刀具的出现及数控机床等加工设备精度的提高，以硬态切削代替磨削来完成零件的最终加工已成为一个新的精加工途径，其加工质量也可以达到精磨的水平。目前国外硬态车削技术已经达到了成熟的阶段，加上各种相关技术的融合与相互促进（计算机建模、仿真、有限元分析等)，使硬态切削技术广泛应用于汽车制造、轴承工业以及各种难加工材料的加工等领域，不仅增加了这些国家该领域产品在国际市场上的竞争力，而且带来了巨大的经济效益。如美国、德国和英国等在轴承生产上采用了硬态切削工艺，其产品的供货周期由半年缩短到3个月，而且经济效益也是原来的5倍以上。 与国外相比，我国PCBN刀具用于淬硬钢精加工的研究与应用水平较低。我国自上世纪70年代PCBN刀具开发成功以来，对PCBN刀具硬态切削技术中的刀具磨损机理、刀具寿命、金属软化效应（红月牙切削）、被加工工件的表面完整性（包括表面粗糙度、硬化层深度、表面硬度及表面白层等）等方面做了大量的研究工作，并取得了一定的成果，但是对硬态切削技术的适应性问题并没有研究彻底。 2001年，国内学者文东辉等对超硬材料CBN加工淬硬轴承钢的磨削和车削形式进行了对比，综述了CBN磨削和车削淬硬轴承钢时白层的形成、残余应力的大小和分布等差异，通过实验，由零件的工作寿命表明CBN刀具硬态车削淬硬轴承钢后零件的性能优于CBN磨料磨削，分析表明采用CBN刀具硬态切削淬硬轴承钢可以实现以车代磨。1.2 本文的主要研究工作 随着制造业的发展，采用高强度、高硬度、高耐磨性、高耐热性和高化学稳定性等材料越来越多，它们的加工难度较大。淬硬轴承钢的硬度一般在HRC45以上，材料硬度高、塑性变形性差、切削阻力大、切削温度高，加工刀具容易磨损，切削很困难。现在通常的加工方法主要有磨削和车削两种形式。淬硬轴承钢具有较高的硬度、良好的耐磨性和高的接触疲劳强度，是一种理想的轴承材料，在很多领域都得到了广泛的应用。因此，探讨这类难加工材料的加工性能，选择合适的加工形式和刀具材料都十分必要。 本文就是通过研究来获得淬硬轴承钢精加工方法，刀具材料，并设计其刀具参数。第2章 淬硬轴承钢精加工刀具设计2.1淬硬轴承钢的特点 2.1.1淬硬轴承钢的性能 轴承钢主要制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈等，属专用结构钢。由于轴承钢中含有高的碳，故轴承钢具有高的硬度和耐磨性；含有一定的铬不仅提高了淬透性而且碳化物呈细密、均匀状分布，提高了钢的接触疲劳强度和耐磨性，轴承钢一般采用电炉冶炼并采用真空脱气等新冶炼技术，所以S、P等含量较低，更有利于提高钢的接触疲劳强度。所以用于制造精密量具、精密丝杠、冷冲模等耐磨件。 轴承在工作是承受着极大的压力和摩擦力，所以要求轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性，以及高的弹性极限。对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格。轴承钢又称高碳硌钢，含碳W（C）为1%左右，含硌量W（Cr）为0.5%-1.65%。淬火后硬度高（HRC6264），抗拉强度大，相对延伸率小，冲击韧性降低，脆性大。常用轴承钢的牌号、成分、性能和应用列表如表1。表1 常用轴承钢的牌号、成分和应用（摘编自YB/T 1-1980）钢号化学成分质量分数（%）应用CMnSiCrGCr91.01.100.250.450.150.350.91.20量具、弹簧及难耐的机械零件GCr150.951.050.250.450.150.351.401.65高精度量具、针阀体、磨床导轨、滚珠丝杠、车床主轴GCr15SiMn0.951.050.951.250.450.751.401.65螺纹量规，轧辊及高耐磨的零件目前最常用的是高碳高铬轴承钢，特别是GCr15，已沿用至今百年不衰，GCr15钢是一种合金含量较少、具有良好性能、应用最广泛的高碳铬轴承钢。经过淬火加回火后具有较高的硬度、均匀的组织、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。GCr15具有高的淬透性，热处理后可获得高而均匀的硬度。耐磨性优于GCr9，接触疲劳强度高，有良好的尺寸稳定性和抗蚀性，冷变形塑性中等，切削性一般，焊接性差，对白点形成敏感，有第一类回火脆性。 在滚珠轴承制造中，用以杂质壁厚12mm、外径250mm的H级至C级的轴承套，直径25.4-50.8mm的钢球；直径22mm的滚子，此外也可用作承受大负荷。要求高耐磨性、高弹性极限、高接触疲劳强度的其他机械零件及各种精密量具冷冲模等。如机床的滚珠丝杆，涡轮喷气发动机喷嘴的喷口、柱塞、活门、衬套等。淬硬轴承钢是一种难切削加工材料。淬硬轴承钢的切削加工困难性主要表现在:淬硬轴承钢材料的延伸率小、塑性低。但是，淬硬轴承钢易形成高光洁加工表面，只要在机床和夹具刚性足够的条件下的，通过合理优选切削参数，就可以实现精加工。2.1.2 淬硬轴承钢精加工方法 淬硬轴承钢的精加工主要有磨削和车削两种形式。过去淬硬轴承钢零件的精加工一直是在磨削领域进行，磨削工序加工效率低、砂轮及磨削液消耗量大、成本高、粉尘和废液污染程度严重，从而造成了大型淬火轴承工件加工的工艺瓶颈。如大型轴承套圈淬火件和小直径孔的磨削加工中，由于热处理变形量大和砂轮线速度低等原因，其磨削效率很低，资料表明大型轴承套圈的加工总工时中，磨削加工占三分之一以上，很难适应经济飞速发展和产品竞争的市场快速响应要求。由于超硬材料刀具的出现及数控机床等加工设备精度的提高，以硬态切削代替磨削来完成零件的最终加工已成为一个新的精加工途径。磨削过程中，砂轮是由粘结剂和许多微小磨粒组成，磨粒通常制成锋利的切削刃。与此同时，单个切削刃在砂轮上是随机分布和取向的，切削深度非常小且所有磨粒的情况互不相同。当磨粒与工件之间啮合深度很小时，仅发生弹性变形且工件材料不发生切除现象，弹性变形和摩擦消耗诸多能量。当切深加大时，磨粒从工件表面耕犁过，偶尔也会去除一些材料，但这种加工过程是不经济的，这时磨粒与工件之间的摩擦现象十分严重。磨削加工后角通常为零甚至为负值，因此，大量能量消耗在克服摩擦和弹性变形上，研究表明，磨削过程中的单位切削能大约为硬态切削过程的10倍以上。在生产过程中，决定是否采用硬态切削作为淬硬钢的精加工手段时，还考虑到加工精度及其它因素的综合作用，硬态切削与磨削之间的比较如表2所示。表2 硬态切削与磨削的比较车削磨削加工经济性 切削成本低，仅为磨削的1/4。金属去除速度高，机床投资成本低。磨削效率低， 加工周期长，磨床维护成本高。加工柔性易加工复杂零件，可在一个工步内完成。柔性差，当工件的外形和加工方向变化时，只能用成型砂轮。加工质量能获得精确的圆度，尺寸精度14m ， 表面粗糙度Ra0.3、Rz620 ，但表面粗糙度一致性较差。 表面热量可能导致产生表面烧伤和裂纹。可保证1m 尺寸精度，表面粗糙度Ra0.25、Rz10以下。环保特性 可实现干式和准干式切削，切屑易回收和处理 会产生磨屑和冷却液的混合物， 不易分离和再利用，污染环境 综上所述，硬态车削整体上要优于磨削。所以，本设计选择车削方式。2.2 刀具设计刀具是机床实现切削加工的直接执行者，没有刀具，机床就无法工作。不重视刀具，造成生产重大损失的例子很多。引进了全套加工设备，但刀具没有相应配套，或刃磨刀具的设备不全，致使生产线不能投产。再订货，不是交货期太长，就是价格要贵出许多。有的生产线由于刀具技术不过关，致使整个生产线无法工作。重视刀具，首先体现在刀具的选型，要选择与加工材料匹配的新型刀具材料，有足够的精度、先进的结构。刀具设计就显得尤为重要。正确、规范地设计刀具，才能充分发挥刀具的内在作用，达到优质、高产、高寿命。2.2.1刀具材料选择 刀具材料一般是指刀具切削部分的材料。它的性能优劣是影响加工表面质量、切削效率、刀具寿命的重要因素。选用新型刀具材料不但能有效地提高切削效率、加工质量和降低成本，而且往往是解决某些难加工材料的工艺关键。1、刀具应具有的机械物理性能 金属切削过程中，刀具切削部分在高温下承受着很大切削力与剧烈摩擦。在断续切削工作时，还伴随着冲击与振动，引起切削温度的波动。因此，刀具材料应具有高硬度和高耐磨性、足够的强度与韧性以及高的耐热性。通常淬硬钢的硬度为5070HRC，要切削加工如此硬的工件材料，刀具材料应具备以下性能。 （1）导热系数高。硬加工时产生大量的热，刀具材料的导热系数影响切削热的传导，也就影响着工件和刀具的热变形。所以良好的导热性对提高工件的几何精度是非常关键的。 （2）耐磨损。刀具的耐磨性一方面取决于它的硬度，另一方面与它的化学成分、显微组织有关。硬切削时，刀具材料应具有抗硬质点擦伤的能力，这对保证加工后工件表面质量和刀具耐用度是必要的。 （3）热稳定性好。刀具材料的高温硬度及在高温下抗扩散、粘结、氧化磨损的能力，与其热稳定性密切相关。高的热稳定性对硬切削刀具是不可少的。 （4）高硬度。通常刀具材料的硬度应是工件材料硬度的3倍。在硬切削中，为防止刀刃变形，刀具在切削区必须具有抗冲击的能力。 （5）高的硬度与杨氏模量比。为减小工件切削后局部塑性变形量，保证硬材料切削后质量的一致性，高的硬度与杨氏模量比是不容忽视的。上述性能是硬切削中刀具应具备的优良切削性能。当然在具体选用时，有些性能往往是相互矛盾的，一定要综合考虑，突出重点，使选用的刀具材料可以满足要求。表3给出了硬切削时常用刀具材料的机械物理性能，以供参考。表3 不同刀具材料的机械物理性能性能硬质合金陶瓷PCBNPCD密度/gcm314.515.53.85.03.44.33.54.2硬度/HV3015001700180025003000450040005000杨氏模量/GPa590630300400580680680810断裂韧性/MPam1/210.82.03.03.76.36.88.8温度稳定性/ 8001200130018001500600导热系数/W/Km100304040100560膨胀系数/5.47.58.03.64.94.24.92、硬车削时常用刀具材料（1） 硬质合金 硬质合金是由硬度和熔点很高的碳化物（称硬质相）和金属（称粘结相）通过粉末冶金工艺制成的。硬质合金刀具中常用的碳化物有WC、TiC、TaC、NbC等。常用的粘结剂是Co，碳化钛基的粘结剂是Mo、Ni。 硬质合金具有高的抗拉强度和断裂韧性，适合于硬切削时作刀具材料。但由于硬切削时对刀具材料高硬度及高韧性的特殊要求，只有细晶粒或超细晶粒的硬质合金才适合要求。普通硬质合金中的WC颗粒为几微米，超细晶粒硬质合金的WC颗粒在0.21m之间，绝大部分在0.5m以下。只有细晶粒才能使硬质相和粘结相高度分散，增大粘结面积，提高粘结强度，相应地使硬度、强度大大提高。 为改善硬质合金的性能，可添加TaC(NbC)。这些稀有元素加入后，可显著提高硬质合金的硬度、强度、耐磨性和高温强度。 目前，常用上述硬质合金制造钻头、立铣刀这类复杂刀具，供硬切削时使用。但其相对较低的硬度和高温稳定性限制了它在车削和面铣中的应用。（2）陶瓷 陶瓷刀具是以氧化铝（Al2O3）或以氮化硅（Si3N4)为集体在添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。 陶瓷具有高硬度、耐高温、化学稳定性好等优点，缺点是强度和韧性差、热膨胀系数大。但只要控制其成分、改善制造工艺，陶瓷也可用于硬切削时作刀具材料。 一般情况下，纯陶瓷不太适合作硬切削刀具材料。在陶瓷材料中，Al2O3陶瓷具有较高的硬度和化学稳定性，但它的抗断裂性能较差，这种刀具的失效主要是刀刃的微破碎；Si3N4陶瓷的韧性好，但在硬切削中使用也不合适，它比Al2O3陶瓷的硬度低，且粘结相化学活性高，导致刀具材料容易分解。由于上述原因，通常车削淬硬钢时使用混合陶瓷做刀具材料。 为改善陶瓷的性能，目前常用晶须增强陶瓷。SiC晶须增强陶瓷用在淬硬钢切削时是有可能的，但与TiC晶须增强陶瓷相比，刀具寿命较短。主要原因是基体的微破碎与纯Al2O3陶瓷时的情况相同。虽然SiC晶须增强陶瓷韧性好，但在硬切削时不会看到此优点，主要是由于SiC的化学稳定性差，它对加工后的钢有较好溶解性，使它的增强效果变差。同样Si3N4陶瓷刀具的磨损性能与此相似。 在用陶瓷作刀具材料时，切削淬硬钢性能最好的是TiC增强Al2O3陶瓷。此种材料制成的刀具，后面磨损速度小，且抗刀刃破碎能力强。（3）聚晶立方氮化硼（PCBN） 聚晶立方氮化硼是近年新发展起来的刀具材料。它的硬度高，耐磨性好，耐热性强，导热性好，化学惰性大，摩擦因数低，常用于淬硬钢车削和面铣时作刀具材料。它的高硬度和耐热性，使它能承受硬切削时极大的机械、热负荷。好的导热性和低的热膨胀系数对工件尺寸和几何精度有一定的影响，所以PCBN更适合作硬切削时的刀具材料。陶瓷和PCBN之间的最大差别是断裂韧性值，与陶瓷相对比，PCBN在断续切削时是有利的。试验表明，淬硬钢切削时，PCBN做刀具材料具有很高的刀具耐用度。PCBN材料的性质受其PCBN含量多少、晶粒大小和分布以及粘结相成分（陶瓷或金属）的影响，对于硬车削加工，通常用陶瓷粘结相较好。在不同的刀具材料中，PCBN的含量常在50%90%之间变化。虽然提高PCBN含量可提高刀具材料的硬度，但使用这样的刀具材料并不比Al2O3/TiC陶瓷的磨损慢多少。总之，车削淬硬钢时，细晶粒PCBN、含PCBN量低的刀具具有明显的优势。（4）聚晶金钢石（PCD）金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。金刚石是自然界中最硬的材料。近年来人造金刚石发展很快，除用高温高压以石墨作原料烧结金刚石外，现在也有不少人开发常温常压用纯甲烷制造金刚石的新工艺。这种高硬的材料会在金属切削领域中有新的应用。金刚石刀具主要用于非铁材料，如铝硅合金的精加工、超精加工；高硬度的非金属材料，如压缩木材、陶瓷、刚玉、玻璃等的精加工；以及难加工的复合材料的加工。金刚石耐热温度只有700800，其工作温度不能过高。又易与碳亲和，故不宜加工含碳的黑色金属。金刚石是碳的同素异形体，它的最大缺点是与铁有强的化学亲和力，即使在很低温度下，在铁类材料中碳的扩散能力也很强，故它不能用来切削淬硬钢。3、刀具材料确定综上，精硬车削淬硬轴承钢时，使用PCBN是最合适的选择。PCBN具有仅次于金刚石的硬度和耐磨性，硬度高达80009000HV，耐热性也很高，可以承受14001500的高温，大大高于金刚石材料，它的化学稳定性好，12001300也不会与铁族起化学反应，抗黏结能力强，因此这种刀具材料目前受到广泛重视。在精硬车削淬硬钢时，基本上都应选择这种刀具材料。2.2.2 刀具结构设计按车刀结构，可分为整体式、焊接式、机夹式和可转位式。它们的特点与用途见表4。（摘自金属切削原理与刀具 第4版表5-1）表4 车刀结构类型、特点与用途名称特点适合场合整体式 用整体高速钢制造。易磨成锋利切削刃。刀具刚性好 小型车刀和加工非铁金属车刀焊接式 可根据需要刃磨几何形状。结构紧凑，制造方便 各类车刀，特别是小刀具机夹式 避免焊接内应力而引起刀具寿命下降。刀杆利用率高。刀片可刃磨获得所需参数，使用灵活方便 大型车刀、螺纹车刀、切断车刀可转位式 避免了焊接的缺点，刀片转位更换迅速，可使用涂层刀具，生产率高。切削稳定 用于普通车床，特别是自动线，数控车床用的各类车刀本设计决定采用可转位车刀。可转位车刀是用机械夹固方法，将可转位刀片夹紧在刀杆上的车刀。可转位车刀主要是由刀片、刀垫、杠杆、螺钉和刀柄等元件组成。刀刃磨钝后可方便地转位或更换刀片后继续使用。 可转位刀具一般由刀片、刀垫、夹紧元件和刀体组成。其中各部分的作用为： （1）刀片：承担切削，形成被加工表面。 （2）刀垫：保护刀体，确定刀片(切削刃)位置。 （3）夹紧元件：夹紧刀片和刀垫。 （4）刀体：刀体及(或)刀垫的载体，承担和传递切削力及切削扭距，完成刀片与机床的联接。2.2.3 切削用量选择切削用量（被吃刀量、进给量、切削速度）是生产实践中最活跃的参数。在工件材料、刀具材料和刀具几何参数确定的条件下，切削用量选择的合理与否，会直接影响加工质量、生产率和生产成本。因而合理地选择切削用量是提高金属切削效益十分重要的一环。由机械切削工艺参数速查手册表2-51，选取切削用量： 切削深度ap =0.2mm。 进给量f=0.15mm/r。 切削速度v=110m/min。2.2.4 刀具参数设计 （1）选择刀片夹固结构 由机械加工工艺装备设计手册P125 表2-115，选择偏心销式。这种刀片夹固结构简单、紧凑，夹固零件少，占据位置小，制造容易，成本低，不阻碍切屑流动，适用于连续切削的精加工或半精加工。（2）选择刀片材料选取刀片材料为PCBN。（3）选择车刀合理角度 根据刀具合理几何参数的选择原则，并考虑到可转位车刀几何角度的形成特点，选取如下四个角度： 前角。后角精加工时为了减少摩擦，后角取较大值0=8o12o；所以，取后角0=8o。对于有些焊接刀具为便于制造和刃磨以及对于可转位刀具要求转位后的后角不变，则选取。故 主偏角Kr选择主偏角Kr一般在30o90o，多选择45o，过小会导致径向切削力增大。本设计选Kr=75o。 副偏角Kr选择 副偏角的选择原则是，在不影响摩擦和振动条件下，应选择较小副偏角。由金属切削原理与刀具 第4版表4-7，选副偏角Kr=15o。 刃倾角s选择一般精加工时，为防止切屑划伤已加工表面，选择s=0+5o。于是取s=0o 刀尖修磨形式 在主、副切削刃交接处的刀尖可修磨成3种形式：修圆刀尖、倒角刀尖和倒角带修光刃。本设计预采用倒角带修光刃（S）形式。刀尖圆弧半径r的选择：通常可在半精加工和精加工时，r约取进给量的23倍；在加工工艺系统刚性足够条件下切削难加工材料和断续切削时，可适当加大r值。粗车时只要刚性允许尽可触采用较大刀尖圆弧半径，精车时一般用较小圆弧半径，不过当刚性允也应自较大值选取，常用压制成型的圆半径有0.4；0.8；1.2；2.4等。所以，选择r=0.4mm。 倒棱：由机械切削工艺参数速查手册表1-4，当选或正值时需磨出负倒棱，取。倒棱宽，取（4）选择刀片型号和尺寸选择刀片有无中心固定孔由于刀片夹固结构已选定为偏心式，因此应选用有中心固定孔的刀片。选择刀片形状按选定的主偏角Kr=75，所以选用正方形刀片。正方形刀刃较短，刀尖强度较高。主要用于75、45车刀等。选择刀片精度等级车削用可转位刀片的精度等级选用U（普通级）、M（中等级）和G（精密级），一般情况下选用U级，有特殊要求时才选用M级和G级。淬硬钢的精加工也选用G级刀片。本设计选用G级。选择刀片内切圆直径d（或刀片边长L）根据已确定的ap =0.2mm，Kr=75和s=0，由刀具设计手册3.3.3，可求出刀刃的实际参加工作长度Lse为Lse=精车时，取，则所选用的刀片边长L应为：L3Lse=30.207=0.621mm因为是正方形刀片，所以L=d0.621mm选择刀片厚度s根刀片厚度的选择主要考虑刀片的强度，在满足强度的条件下，尽量取小值。一般根据切削深度与进给量来选择刀片厚度。据已选定的ap =0.2mm，f=0.15mm/r，通过选择刀片厚度斯诺图，选择s=3.18mm。选择刀片断屑槽型式和尺寸参照金属切削原理与刀具表5-4中刀片断屑槽型式和尺寸的选择原则，A型断屑槽用于切削用量变化不大的外圆，断面车削与内孔车削。故选用A型切屑槽。断屑槽的尺寸在选定刀片型号和尺寸后，便可确定。综合以上的选择结果，确定选用的刀片型号是：SCGM090304ER-A2。由金属切削刀具课程设计指导书表2.10，其具体尺寸为L=d=9.525mm；s=3.18mm；d1=3.18mm；m=1.889mm；r=0.4mm刀片刀尖角ap=90；刀尖刃倾角sb=0；切屑槽宽Wn=2mm；取法前角nb=0。（5）选择刀垫型号和尺寸刀垫形状和尺寸的选择，取决于刀片夹固结构及刀片的型号和尺寸。本设计选择与刀片形状相同的刀垫，正方形，中心有圆孔。其尺寸为：长度L=8.53mm；厚度s=3.18mm；中心孔直径d1=5.6mm。材料为硬质合金YG8。（6）计算刀槽角度 刀槽角度计算步骤是如下： 刀杆主偏角Krg Krg=Kr=75o刀槽刃倾角sgsg=s=0o刀槽前角 则 验算车刀后角0车刀后角的验算公式为 (2-1) 当时，则 与所选角度值相近，可以满足切削要求。而刀杆后角，故。刀槽副偏角 因为 ，所以 (2-2)车刀刀尖角r的计算公式为 (2-3)当rb=90时，上式成为 (2-4)将og=0、s=0代入，得 故 验算车刀副后角。车刀副后角的验算公式为 （2-5） （2-6） （2-7）将、代入式（2-6）、（2-7）中，得 再将、代入式（3-1），得 所以，可以满足切削要求。 刀槽副后角，故验算刀具几何参数的合理性。验算公式如下： （2-8） （2-9） （2-10） （2-11） （2-12） （2-13）综合上述计算结果，可以归纳出：车刀的几何角度为：；Kr=75；=15；s=0；=7。刀槽的几何角度为：；。（7）选择刀杆材料和尺寸。 选择刀杆材料 为了保证刀杆强度，增强刀杆使用寿命，刀杆材料一般可采用中碳钢或合金钢，且以45号钢使用较多。热处理硬度为HRC3845，发黑。 选择刀杆尺寸.选择刀杆截面尺寸。由机械切削工艺参数速查手册表2-38，选取刀杆截面尺寸BH=2030（mm2） 由于切削深度ap =0.2mm、进给量f=0.15mm/r，可以不必校验刀杆强度。 .选择刀杆长度尺寸 选择刀杆长度尺寸时，应保证刀杆装在刀架上，至少有两个螺钉能紧固住刀杆。 刀杆长度尺寸已标准化，可转位车刀常用的有125、150、160、200、250mm等，刀杆长度尺寸应在上述尺寸中选用。 选取的刀杆长度为125mm。（8）选择偏心销及其相关尺寸 选择偏心销材料。 偏心销材料选用40Cr，热处理硬度为HRC4045，发黑。 选择偏心销直径dc和偏心量。 偏心销直径dc为 mm (2-14) 前面已经选定，取括号内最大数值0.4mm，则 偏心量e可用公式求出，即 (2-15) 为计算方便，取，则，取e=0.35mm。 为使刀片夹固可靠，选用自锁性能好的螺钉偏心销，并取螺钉偏心销转轴直径d2为M3。 计算偏心销转轴孔中心在刀槽前刀面上的位置。根据前边已选的各尺寸，偏心销的理论转角，一般取。故取，代入则 （9）刀具设计参数确定（总结）所选刀具参数如表5所示。表5 刀具参数项目采用值刀具类型偏心式75 PCBN可转位车刀刀片材料及型号PCBN SCGM090304ER-A2刀杆材料及尺寸45钢；BH=2030（mm2）；刀杆长度为125mm偏心销材料及尺寸40Cr；螺钉偏心销M3刀垫材料及尺寸硬质合金YG8；长度L=8.53mm；厚度s=3.18mm；中心孔直径d1=5.6mm切削用量 ap =0.2mm；f=0.15mm/r；v=110m/min 车刀几何角度；Kr=75o；=15o；s=0o；=7o刀槽几何角度；切削刃形式倒棱又倒圆刀刃=；=0.1mm 第3章 刀具图3.1 Pro/e简介Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。在中国也有很多用户直接称之为“破衣”。1985年，PTC公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER诞生了。经过10余年的发展，Pro/ENGINEER已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了Pro/ENGINEER WildFire6.0（中文名野火6)。PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER还提供了全面、集成紧密的产品开发环境。是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能的综合性MCAD软件。Pro/Engineer是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不像其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上Pro/Engineer软件的其它模块或自行利用C语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下(没有任何附加模块)具有大部分的设计能力，组装能力(人工)和工程制图能力(不包括ANSI，ISO，DIN或JIS标准)，并且支持符合工业标准的绘图仪(HP，HPGL)和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。 Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。 Pro/E采用了模块方式，可