刀具刃磨中心车刀夹持模块与建模毕业论文.doc

刀具刃磨中心车刀夹持模块设计与建模 摘要 本文主要阐述了车刀等常用刀具的种类及其分类方法；建立了常用车刀的三维零件模型；并确定了车刀刃磨的参数；对车刀角度及车刀角度对切削加工的影响作了研究和分析；详细阐述了刀具各个角度的刃磨方法；研究车刀不同位姿，建立其数学模型并设计相应夹具。关键词车刀角度 刃磨参数 三维建模 数学模型 刃磨装置 Knives cutting tool clamping module design center with modeling(Grade07,Class4,Major Mechanical design and manufacture of extremely automation ，Mechanical Engineering College Dept.，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi )Tutor：Zhang JunfengAbstract：This paper mainly expounds the commonly used tools such as tool type and classification method; Established three-dimensional parts model cutting tool; The cutting tool to determine the parameters; On turning Angle and turning Angle to cutting the influence of the research and analysis; Explains in detail the method of each Angle cutting tools; Research tool, establish its position and pose different mathematical model and design corresponding fixture.Key words：Lathe tool Turning Angle Gear parameters Three dimensional modeling Mathematical model Fixture design目 录引 言11. 车刀刃磨参数分析21.1车刀基础知识21.1.1 车刀的组成21.1.2 车刀的角度和主要作用21.2常用车刀的种类和用途31.2.1普通车刀的结构分类31.3 车刀各个角度对切削的影响51.3.1前角的功用及选择51.3.2 后角功用及选择61.3.3 主偏角的功用及选择71.3.4 副偏角的功用及选择81.3.5 刃倾角的功用及选择81.4不同车刀在不同切削条件下的刃磨参数91.4.1外圆车刀几何参数的参考值91.4.2常用切断刀的几何参数111.5车刀刀面的数学建模121.5.1坐标设定121.5.2主后刀面方程121.5.3副后刀面131.5.4前刀面方程142.基于PRO/ENGINEER的车刀三维建模152.1 车刀的三维建模简介152.2 车刀的建模分析152.3车刀的建模过程162.4其他车刀的三维建模233. 车刀的夹持方案设计253.1车刀的安装和使用253.2夹具的设计263.2.1夹具的分类263.2.2 工件在夹具中的定位263.3 定位误差的分析284车刀刃磨装置车刀夹持模块的机械系统设计2941车刀夹持模块的总体方案2942传动系统的总体设计304.3伺服驱动系统的设计计算314.3.1脉冲当量的计算31432步进电机的选型与计算314.4联轴器的选择364.4.1选择联轴器的类型364.4.2.计算联轴器的计算转矩374.4.3.确定联轴器的型号374.4.4校核最大转速374.4.5协调轴孔直径374.4.6规定部件相应的安装精度374.4.7 进行必要的校核374.5.1失效形式384.5.2计算准则384.5.3滚动轴承的验算38致谢40参考文献41附录A42引 言在机械加工中，金属切削刀具的几何参数的合理选择及高质量的刃磨直接影响到机械加工的质量、刀具耐用度、生产效率和加工成本。因此机械加工中，正确的选择刀具角度以及如何获得所选角度的大小，尤其显得重要。俗话说：“三分工艺，七分刀具”，这充分说明了刀具和车刀刃磨技术在机械加工中的突出地位。一把好的刀具切削性能的好坏主要取决于制造刀具的材料、刀具的结构、刀具切削部分的几何参数。其中刀具材料固然重要，但当刀具材料和刀具结构确定之后，刀具切削部分的集合参数对切削性能的影响就成为十分重要的因素，如何刃磨这些参数使其达到加工中的要求，是一项非常重要的工作。例如：在数控加工中，由于刀头结构和刀具切削部分形状选择不合理，本来用一把刀具可以完成所有面的加工，且需要多把刀具来完成，造成加工效率低下，也没有完全发挥数控加工的优越性，在生产实践中，这类现象很多。刀具在整个加工制造成本中，看似只占很小的比例。但在整个加工效率方面，恰恰是刀具起举足轻重的作用。随着对加工精度的提高，对刀具的要求也更高，相对刀具的成本也在增加，所以刀具的重新修磨就显得尤为重要！以往的刀具刃磨仅仅只限于人工在砂轮上修磨，或者由刀具厂家回收修磨，这些方式就谈不上效率可言了。现在，加工中心的技术工人们，不可能在工作初期，用大量的时间来修磨刀具。刀具的精度、使用寿命和刀具结构越来越成为影响加工能力和生产效率的关键因素，昂贵的刀具成为生产成本的重要组成部分。因此，用于刀具修磨的刃磨机行业就越来越受到加工制造业的认可。在实际加工中，要保证加工出合格的产品，首先必须根据加工的实际情况，合理选择刀具的材料、刀具的几何参数等，然后按照具体要求来获得刀具合理的几何参数，对于焊接车刀而言，这些几何参数往往要经过刃磨达到要求。因而，对于刀具刃磨参数的研究就显得非常重要。本次毕业设计就以车刀为例对刀具刃磨参数进行详细探讨。研究在不同的切削条件下，刀具几何角度对切削加工的影响以及刀具刃磨参数的合理选择。详细阐述了刀具各个角度的刃磨方法，并建立刀具的数学模型。1. 车刀刃磨参数分析1.1车刀基础知识1.1.1 车刀的组成 车刀是由刀头（或刀片）和刀柄两部分组成。刀头部分担负切削工作，所以又称切削部分。刀柄用来夹车刀。车刀的刀头由以下部分组成：（1）前刀面（前面） 刀具上切屑流过的表面。（2）后刀面（后面） 与工件上切削中产生的表面相对的表面。分主后刀面和副刀面。同前面相交形成主切削刃的是主后刀面；同前面相交形成的是副后刀面。（3）切削刃 刀具前面上拟作切削用的刃。（4）主切削刃 起始于切削刃上主偏角为零的点，并至少有一段切削刃拟作用来在工件上切出过渡表面的那个整段切削刃。主切削刃担负主要的切削工作。图1.1 车刀的各个角度（5）副切削刃 切削刃上除主切削刃以外的刃，亦起始于主偏角为零的点，但它向背离主切削刃的方向延伸。副切削刃配合主切削刃完成切削工作。（6）刀尖 指主切削刃与副切削刃的连接处相当少的一部分切削刃。为了提高刀尖强度，很多刀具都在刀尖处磨出圆弧型或直线型过渡刃。圆弧过渡刃又称刀尖圆弧。一般硬质合金车刀的刀尖圆弧半径 =0.51mm。1.1.2 车刀的角度和主要作用图1.2 车刀的各个辅助平面车刀切削部分共有六个独立的基本角度：前角（）、主后角（）、副后角（）、主偏角（）、副偏角（）、刃倾角（）。（1）前角（） 前刀面与基面之间的夹角，在正交平面中测量。前角影响刃口的锋利和强度、影响切削变形和切削力。增大前角能使车刀刃口锋利，减少切削变形，可使切削省力，并使切屑容易排出。（2）后角（） 后刀面与切削平面之间的夹角，在正交平面中测量。副后面与切削平面间的夹角则为副后角（），后角的作用主要是减少后刀面与工件之间的摩擦。（3）主偏角（） 主切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。主偏角的主要作用是可以改变主切削刃和刀头的受力情况和散热条件。（4）副偏角（） 副切削平面与假定工作平面间的夹角在基面中测量。副偏角的主要作用是减少副切削刃与工件加工表面之间的摩擦。（5）刃倾角（） 主切削刃与基面之间的夹角，在主切削平面中测量。刃倾角的主要作用是可以控制切屑的排出方向；当刃倾角为负值时，还可增加刀头强度和当车刀受冲击时保护刀尖。刃倾角有正值、负值和零度三种。当刀尖是主切削刃的最高点时，刃倾角为正值。切削时，切屑排向工作待加工表面，车出的工件表面粗糙度较细，但刀尖强度较差。当刀尖是主切削刃的最低点时，刀倾角为负值。切削时，切屑排向工件已加工表面，容易擦毛已加工表面，但刀尖强度好，在车削有冲击工件是，冲击点先接触在远离刀尖的切削刃处，从而保护了刀尖，每当主切削刃与基面平行时，刃倾角等于零度。切削时，切屑基本上垂直于主切削刃方向排除。车刀除了上述六个基本角度外，还可以计算出两个常用的派生角度：（6）楔角（） 前面与后面间的夹角，在正交平面中测量。它影响刀头的强度，楔角可用下式计算=90-（+） （式1.1）（7）刀尖角（） 主切削平面和副切削平面间的夹角，在基面中测量。它影响刀尖强度和散热条件，刀尖角可以用下式计算=180-（+） （式1.2）1.2常用车刀的种类和用途在各类金属切削机床中，数量最多的是车床，因此，车刀是金属切削刀具中应用最广泛的刀具。车刀用于各种机床上，可加工外圆、内孔、端面、螺纹，也用于切槽和切断等。1.2.1普通车刀的结构分类 普通车刀按结构可分为整体式、焊接式、机夹式和可转位式四种形式。（1） 整体式车刀整体式车刀一般用高速钢制造，形状为长条形，截面为正方形、矩形和圆形，使用时可根据需要将切削部分刃磨成各种角度和形状。它有如下特点：a.用整体高速钢制造。b.刃口可磨得比较锋利。c.小型车刀加工有色金属。(2) 焊接式车刀焊接车刀是由一定形状的刀片和刀杆通过焊接连接而成。它有如下特点：a. 结构简单，制造方便，可以根据需要进行刃磨，使用灵活，硬质合金的应用较充分。b. 由于刀片和刀杆线膨胀系数不同，通过焊接和刃磨的高温作用，导致硬质合金刀片冷却后由于内应力而产生裂纹，使切削性能降低。c. 刀片磨完或崩坏后，刀杆会和刀片一起报废，造成浪费。d. 由于换刀和对刀的时间长，不适用自动机床、数控机床和机械加工自动线的需要与现代化生产不相适应。(3) 机夹式车刀机夹式车刀是将刀片用机械加固方法夹紧在车槽中。由于刀片未经高温焊接，排除了产生裂纹的可能。刀片和刀杆都可重复利用。机夹式车刀刀片的加固方式应适应刀片在重磨后能够调整尺寸的要求。在结构上要保证夹固可靠，结构简单，刀片便于调整。又是还要考虑断屑的要求。常用刀片夹固方式为上压式和侧压式。硬质合金a. 上压式 一般采用螺钉和压板从上面压紧刀片，用调整螺钉调整刀片位置。上压式结构简单，夹固可靠，使用方便，是应用最多的机夹结构。此外，压板前端可镶焊硬质合金，起断屑作用。上压式机夹车刀一般可将刀片安装出所需的前角，重磨是仅磨后刀面，大大减少刃磨的工作量。b. 侧压式 一般多利用刀片本身的斜面由楔块和螺钉从刀片侧面夹紧刀片。侧压式机夹车刀一般要刃磨前刀面。(4) 可转位车刀可转位车刀是使用可转位刀片的机夹车刀。车刀的前后角考刀片在刀杆槽中安装后获得。一条切削刃用钝后可迅速转位换成相邻的新切削刃，即可继续工作，直到刀片上所有的切削刃均用钝，刀片才报废回收。更换新刀片后，车刀可继续工作。与焊接车刀相比，可转位车刀有如下特点：a. 切削性能好，刀具寿命高。刀片不需要焊接和刃磨，避免了由于焊接产生的内应力和刃磨、重磨产生的缺陷，提高了刀片的寿命。相同型号的刀片几何参数一致，卷屑、断屑稳定。刀片转位或更换新刀片后，切削刃与工件相对位置改变很小，重复定位精度高，调刀容易，这对于自动线和数控机床尤为重要。b. 生产效率和经济效益高。由于机床操作工人不再磨刀，可大大减少停机换刀等辅助时间。实践证明，可转位车刀比焊接车刀可提高效率0.51倍。一把可转位车刀刀杆可使用80200个刀片，刀杆材料消耗仅为焊接车刀的35%。c. 简化工具管理。由于刀杆可重复利用，因此储备量可大大减少，有利于刀具的的标准化、系列化。d. 有利于推广新技术、新工艺。可转位车刀有利于推广使用涂层、陶瓷等新型刀具材料。1.3 车刀各个角度对切削的影响1.3.1前角的功用及选择(1) 前角的功用前角影响切削过程中变形和摩擦，又影响刀具的强度。它的作用主要有以下几方面。a. 影响切削区的变形程度。增大前角能减小切削变形，从而减小切削力及切削功率的消耗。b. 影响刀具寿命。增大前角，可以减小切削力和切削热，使寿命提高。但是，如前角过大，会使刀头部分体积减少，强度降低，易使刀具崩刃，反而是寿命降低。c. 影响切削形态和切屑效果。减小前角，切削变形程度增大，也就是说切屑变得又短又厚，容易断屑。d. 影响已加工表面质量。增大前角，使切屑刃钝圆半径减小，切屑刃锋利，可以减少已加工表面的硬化程度，也可以一直切屑瘤和减小振动，使已加工表面质量提高。(2) 前角的合理选择a. 在刀具材料韧性好时，可选用大的前角，如高速钢刀具比硬质合金刀具的前角大510。b. 对于成形刀具来说，为减小刀具的截形误差，常用较小前角，甚至取前角为零度。c. 加工塑性材料时，尤其是加工硬化严重的材料，应选用较大的前角，加工脆性材料时用较小前角。加工特硬材料时，可取负前角。d. 粗加工，尤其是断续切削，为保证切削刃有足够强度，应选用较小前角，精加工应增大前角以提高已加工表面质量。e. 工艺系统刚性差和机动功率不足时，应选用较大前角。硬质合金刀具刃磨前角时的角度参考值可参考表1.1。表1.1 硬质合金刀具刃磨前角时的角度参考值工件材料粗车精车低碳钢20252530中碳钢10151520合金钢10151520淬火钢-15-5不锈钢15202025灰铸铁1015510铜及铜合金1015510铝及铝合金30353540钛合金510注：高速钢车刀的前角，一般比表中的数据大些，详细的刃磨参数参见表1.3。1.3.2 后角功用及选择(1) 后角的功用后角是刀具上重要的几何角度之一，它的主要作用有：a. 影响表面质量。增大后角在切削过程中可以减小主后面与过渡表面的弹性恢复层之间摩擦，减小刀具磨损，提高已加工表面质量和刀具寿命。还可以减小刃口钝圆半径，使刃口锋利，从而进一步减小摩擦，改善加工质量。b. 提高刀具寿命。从新用到磨钝，后角大的刀具磨去的金属体积较多，即刀具投入切削时间长。这也是大后角增大刀具寿命的原因之一。c. 影响刀头强度。增大后角会使楔角减小，降低刃口强度。同时，散热体积变小，切削温度升高。过大的后角反而会使刀具的寿命降低。(2) 后角的合理选择适当增大后角可以提高表面质量及刀具寿命，但后角过大反而会使刀具寿命降低，因此在一定切削条件下，同样存在一个是刀具寿命最大的合理后角。a. 根据加工精度选择。精加工减小摩擦，后角较大， =812;粗加工为提高强度，后角较小，=68。b. 根据加工材料选择。加工塑性材料，尤其是硬化现象严重的材料，应取大后角以减小摩擦，提高表面质量。加工脆性材料时，为加强切削刃，应取小后角。加工硬度、强度高的材料，应取小后角。c. 根据刀具类型选择。定尺寸刀具（如圆孔拉刀、铰刀），应取小后角以增加重磨次数，延长刀具使用寿命。硬质合金车刀后角的参考值如下表所示:表1.2 硬质合金车刀后角的参考值工件材料粗车精车低碳钢8101012中碳钢5768合金钢5768淬火钢810不锈钢68810灰铸铁4668铜及铜合金68铝及铝合金8101012钛合金1015注：详细的刃磨参数参见表1.3。1.3.3 主偏角的功用及选择(1) 主偏角对切削过程的影响有以下几个方面:a. 影响已加工表面残留面积的高度。减小主偏角可以降低残留面积的高度，改善已加工表面的粗糙度。b. 影响主切削刃单位长度上的负荷，刀尖强度及散热条件。当背吃刀量和进给量f一定时，减小主偏角会使切削宽度（即切削刃参与切削的长度）增加，使作用在主切削刃单位长度上的负荷减轻，且刀尖角增大，刀尖强度提高，改善散热条件。c. 影响切削分力的比例关系。减小主偏角会使进给力减小，背向力增大。d. 影响断屑效果。当进给量不变时，增大主偏角，会使切削厚度增大，切削变得又短又厚，有利于断屑。(2) 主偏角选择的主要原则是：a. 工艺系统刚度较好时，可以取得较小些，特别是加工冷硬铸铁、高锰钢等高硬度、高强度材料时，为减轻刀刃负荷，增加刀尖强度，常取更小数值（30）的主偏角。b. 工艺系统刚度不足(如车薄壁筒、细长轴)，或刀具材料对振动敏感时，易取较大主偏角，常取=75，甚至75，以减小背向力，避免振动和变形。c. 单件小批生产或加工带台阶和倒角的工件时，常选取通用性较好的45车刀或直角台阶相适应的90车刀。1.3.4 副偏角的功用及选择副偏角的作用是副切削刃及副后刀面与加工表面之间的摩擦。副偏角影响已加工表面的粗糙度和刀尖的强度。减小副偏角，可减小残留面积高度，减小理论粗糙度值，并能增大刀尖角，改善刀尖强度和散热条件。但副偏角过小时，会应增大摩擦和背向力而引起振动。一般在不引起振动的情况下宜选取小值，精加工时应取更小。如精加工可取=5，甚至可取副偏角为0的修光刃。1.3.5 刃倾角的功用及选择（1）刃倾角的功用a. 控制切屑的流出方向。应当注意的是如果是精车，最好取正值，这样可以使切屑流向待加工表面，防止切屑缠绕，划伤已加工表面。b. 影响切削刃锋利程度。当0,斜角切削时，由于切屑在前刀面上流向的改变，使实际工作前角增大。同时，使切削刃的实际刃口钝圆半径减小，起到是切削刃锋利的作用。c. 影响刀尖强度和散热条件。以图刨削加工为例，正刃倾角因刀尖位于最高点，冲击载荷首先作用在它上面，用以产生打刀、崩刃。负刃倾角则是远离刀尖的切削刃先接触工件，使刀尖避免受冲击，起到保护作用，同时还是刀尖出强度提高，散热条件好。刃倾角为零度时，切削刃各部分及刀尖同时切入切出，冲击力大，切削过程不平稳。(2) 刃倾角的选择a. 根据加工要求选择。一般精加工时，为防止切屑划伤已加工表面，选取=0+5，粗车时，为提高刀具强度=0-5。b. 根据加工条件选择。加工断续表面、加工余量不均匀表面或在其他产生冲击振动的切削条件下，通常取负的刃倾角。1.4不同车刀在不同切削条件下的刃磨参数1.4.1外圆车刀几何参数的参考值外圆车刀几何参数的参考值如表1.3所示。表1.3 外圆车刀几何参数的参考值工 件材 料刀具材料刀 具 几 何 参 数前角 （0）后角 （0 ）主偏角（r）刃倾角（s）副偏角（r）副后角(0)刀尖半径(毫米)低碳钢（A3）YT5YT152030810459005610680.21中碳钢（45，正火）YT5YT151520584590-55610460.21中碳钢(45,调质)YT15YT301018584590-55610460.21合金钢（40Cr,正火）YT5YT1513205845900-5610460.21合金钢（40Cr,调质）YT15YT3010185845900-5610460.21钢锻件(45,40Cr)YT5YT3010155745900-56104611.5不锈钢（1Cr18Ni9Ti）YG6YA615206845900-5610570.21淬火钢HRC4050YT30YA6-5-158124575-5-12686812高锰钢YT15YW13-381325450-5686812冷硬铸铁TA6YW20-3461530081061011.5纯钨YG6726515684560-10-131015680.51高温合金GH132，K14YG6XYA651081545750-3810680.51纯钼YW1813153010124560-251015680.51钛合金TA2，TC6YG6YG6X5810153075051015680.51灰铸铁HT20-40YG6YG35154845900-5610460.51青铜ZQSn10-1YG8YG610156845900-5610460.51黄铜HPb59-1YG8YG68126845900-5610460.51铝合金LY12YG8YG6304081245905106106100.51紫铜T1-T4YG8YG6253581245905106106100.51软橡胶W18Cr4V50601520759005101510150.51玻璃钢W18Cr4VYG8202581275900810680.51纯铁W18Cr4VYG82535810759003515680.21聚氢乙烯W18Cr4VYG8253015207590010128100.51聚苯乙烯W18Cr4VYG8203010127590010128100.51有机玻璃W18Cr4VYG8203010127590010128100.51聚四氟乙烯W18Cr4VYG82530152075900101210120.51尼龙1010W18Cr4VYG8152010127590010128100.51聚碳酸酯W18Cr4VYG8152010127590010128100.51聚砜W18Cr4VYG81520810759001012680.51注：1.括号内的刀具参数符号为过去曾用符号。2.刃倾角新规定值为正值，即为过去规定的负值。1.4.2常用切断刀的几何参数常用切断刀的几何参数如表1.4所示。表1.4 常用切断刀的几何参数加工材料刀片牌号前角后角切削刃形状副偏角副后角负倒棱刃倾角卷屑槽斜角冷却条件铸铁YG885平直刃220.1-5_一般干切碳钢YT1581546平直刃和倒角刃1301300.10.2-5-10-235乳化液冷却合金钢YT1551246宝剑形刃220.10.3-5-10_35乳化液冷却不锈钢YG6152546凸台分屑形刃220.10.15-3-6_46乳化液冷却紫铜W18Cr4V152568平直刃22_-2-4全圆弧形乳化液冷却脆铜W18Cr4V或YG61020前面搓板式46波状刃130130_一般不用注：紫铜、脆铜工件的直径在100毫米以上都可用反切式。1.5车刀刀面的数学建模1.5.1坐标设定以车刀的刀尖0为坐标原点，负进给方向轴方向，吃刀运动方向为轴方向，按右手法则确定车刀坐标系0,同时，建立机床坐标系0xyz，其中车刀坐标系原点为该坐标原点，的方向为x方向，方向为y轴方向，如图1.3所示。设车刀的三个刀面为平面，设主偏角为、副偏角、主后角、法向主后角、进给剖面为、切深剖面主后角为、前角、法向前角为、进给剖面前角、切深剖面前角、副后角为、进给剖面副后角、刃倾角。图1.3 车刀坐标系0和机床坐标系0xyz1.5.2主后刀面方程过刀尖0作主刀面的法线，得到主后刀面的法向向量，从图1.4可见N在轴的坐标分量分别为： （式1.3）故主后刀面的方程可以表示为： =0 (式1.4)1.5.3副后刀面 过刀尖0作副后刀面的法线，得到副后刀面的法向量.图1.4 车刀的几何角度从图1.4可见，N在轴上的坐标分量分别为： （式1.5）故副后刀面的方程可以表示为：=0 （式1.6）1.5.4前刀面方程过刀尖0前刀面的法线，得到前刀面的法向量从图1.4可见，N在轴上的坐标分量分别为： (式1.7)故前刀面的方程可以表示为：=0 (式1.8)2.基于Pro/Engineer的车刀三维建模刀具种类繁多，按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具可分为以下三类：通用刀具，成形刀具和展成刀具。下面将对常见的几种刀具（车刀、铣刀、钻头）的建模进行简单的介绍。2.1 车刀的三维建模简介车刀的种类很多，根据使用情况不同可分为90外圆车刀、75外圆车刀、45外圆车刀、切断刀、螺纹车刀、成形车刀等。下面以45外圆车刀为例简述车刀的建模方法。2.2 车刀的建模分析建模分析(1)创建毛坯。(2)创建基准平面。(3)创建基准轴。(4)完成主体部分。(5)处理细节部分。 (6）处理细节部分。（c）（b）图4.1 车刀的三维建模过程（e）（f）（b）（a）（c）（f）（e）（d）（e）（d）图2.1 车刀的建模过程2.3车刀的建模过程1创建毛胚（1）在工具栏中单击按钮，或者在主菜单内单击“文件”“新建”命令，弹出“新建”对话框。在其中选中“零件”、“实体”单选按钮，在名称文本框中输入“chedao”,单击【确定】按钮进入特征创建环境。（2）创建拉伸特征，结果如图2.2所示。 图2.2 创建拉伸特征（4）按如图2.3所示选取草绘平面，单击按钮进入草绘环境。（3）在工具栏内单击按钮，弹出拉伸操控面板，在操控面板内单击【放置】按钮，然后单击【定义】按钮，弹出“草绘”定义对话框。（4）按如图2.4所示选取草绘平面，单击按钮进入草绘环境。 图2.3 定义草绘平面（5）绘制如图2.5所示的草图，单击按钮完成。（6）在操控面板的文本框内输入深度“16”，单击按钮完成。2.创建基准轴这部分的线、面非常多，不作相应的处理比较难观察，如图2.5所示。所以经常会用到如图2.6所示的操作。 图2.4草图 图2.5 常用的“隐藏”操作（1）创建基准平面“DTM1”，结果如图2.7所示。（2）在工具栏内单击，弹出“基准平面”对话框。（3）按图2.8所示定义基准平面“DTMI”，单击【确定】按钮完成。 图2.6 创建基准平面“DTM1”图2.7 定义基准平面“DTM1”（4）创建基准平面“DTM2”，结果如图2.9所示。（5）在工具栏内单击按钮，弹出“基准平面”对话框。（6）按图2.10所示定义基准平面“DTM2”，单击【确定】按钮完成。 图2.8 创建基准平面“DTM2” 图2.9 定义基准平面“DTM2”（7）创建基准轴“A-1”结果如图2.11所示。（8）在工具栏内单击按钮，弹出“基准轴”对话框。（9）按图2.12所示定义基准轴“A-1”，单击【确定】按钮完成。 图2.10 创建基准轴“A-1” 图2.11 定义基准轴“A-1”（10）创建基准平面“DTM3”,结果如图2.13所示。（11）在工具栏内单击按钮，弹出“基准平面”对话框。按如图2.14所示定义基准平面“DTM3”,单击【确定】完成。图2.12 创建基准平面“DTM3”图2.13 定义基准平面“DTM3”（12）按照以上的方法创建基准平面DTM4、DTM5、DTM6、DTM7以及基准轴A-2、A-3、A-4。3.创建主体部分（1）创建拉伸特征，结果如图2.15所示。（2）在工具栏内单击按钮，弹出“拉伸”操控面板，在操控面板内单击【放置】按钮，然后单击【定义】按钮，弹出“草绘”定义对话框。（3）按图2.16所示选取草绘平面，单击按钮进入草绘环境。 图2.14 创建拉伸特征 图2.15 定义草绘平面 图2.16 定义参照（4）参照不足时，弹出“参照”窗口，定义如图2.17所示，单击按钮进入草绘环境。（5）在工具栏内单击按钮（创建一条边），弹出一个对话框，定义如图2.18所示，单击按钮。（6）在工具栏内单击按钮，删除刚才创建的那条边，获得一个参照如图2.19所示。（7）绘制如图2.20所示的草图，单击按钮完成。（8）在操控面板的文本框内输入深度“5”，单击去除材料按钮，再单击按钮完成。 图2.17 选取边 图2.18 选取参照 图2.19 草图（9）创建拉伸特征，结果如图2.21所示。（10）在工具栏中单击按钮，弹出“拉伸”操控面板，在操控面板内单击【放置】按钮，然后单击【定义】按钮，弹出“草绘”定义对话框。（11）按如图2.22所示选取草绘平面，单击按钮进入草绘环境。（12）参照不足时，弹出“参照”窗口，定义如图2.23所示，单击按钮进入草绘环境。（13）绘制如图2.24所示的草图，单击按钮完成。（14）在操控面板的文本框内输入深度“5”，单击【去除材料】按钮，单击按钮完成。 图2.20 创建拉伸特征 图2.21 定义草绘平面 图2.22 定义参照 图2.23 草图（15）创建拉伸特征，结果如图2.25所示。（16）在工具栏内单击按钮，弹出“拉伸”操控面板，在操控面板内单击【放置】按钮，然后单击【定义】按钮，弹出“草绘”定义对话框。（17）按如图2.26所示选取草绘平面，单击按钮进入草绘环境。（18）参照不足时，弹出“参照”窗口，定义如图2.27所示，单击按钮进入草绘环境。（19）绘制如图2.28所示的草图，单击按钮完成。（20）在操控面板的文本框内输入深度“5”，单击【去除材料】按钮，单击按钮完成。 图2.24 创建拉伸特征 图2.25 定义草绘平面 图2.26 定义参照 图2.27 草图4.处理细节部分（1）创建倒圆角特征，结果如图 图2.28 创建圆角特征 图2.29 定义倒圆角 图2.30 创建倒角特征 图2.31 定义倒角 2.4其他车刀的三维建模其他车刀的建模方法基本与上述45外圆车刀类似，都是先建立前刀面、后刀面和副后刀面的基准平面，在建立各个平面后创建拉伸特征，拉伸出各个刀面的几何特征。刀具主体部分的参数规格有以下几种：（c）（b）图2.32 其他车刀的三维建模（c）（b）（a）（a）6mm6mm50mm 8mm8mm60mm10mm10mm80mm 12mm12mm90mm16mm16mm100mm 20mm20mm110mm25mm25mm160mm图中所创建的刀具均选用16mm16mm100mm，所创建刀具如图2.32所示。图（a）为75外圆车刀，图（b）为90外圆车刀，图（c）为切断刀。成形车刀和螺纹车刀因外形多种多样，故此处不做列举。3. 车刀的夹持方案设计3.1车刀的安装和使用设计或者刃磨的很好的车刀，如果安装不正确就会改变车刀应有的角度，直接影响工件的加工质量，严重的甚至无法进行正常切削。所以，使用车刀的同时必须正确安装车刀。（1）刀头伸出不宜太长 常言到“峣峣者易折”。车刀在切削过程中要承受很大的切削力，伸出太长刀杆刚性不足，极易产生振动而影响切削。所以，车刀刀头伸出的长度应以满足使用为原则，一般不超过刀杆高度的两倍。 图38 车刀安装示意图 上图38中a为安装正确；b图中伸出较长不正确；c图中的刀头悬空且伸出太长，安装不正确。（2）车刀刀尖高度要对中车刀刀尖要与工件回转中心高度一致 见图3-9。高度不一致会使切削平面和基面变化而改变车刀应有的静态几何角度，而影响正常的车削，甚至会使刀尖或刀刃崩裂。装的过高或过低均不能正常切削工件。（3）车刀放置要正确车刀在刀架上放置的位置要正确。加工外表面的刀具在安装时其中心线应与进给方向垂直，加工内孔的刀具在安装时其中心线应与进给方向平行，否则会使主、副偏角发生变化而影响车削。如图3-9所示；（4）要正切选用刀垫 刀垫的作用是垫起车刀使刀尖与工件回转中心高度一致。刀垫 要平整选用时要做到以少代多、以厚代薄；其放置要正确。3.2夹具的设计3.2.1夹具的分类机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置。又称卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。其中机床夹具最为常见，常简称为夹具。在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求，加工前必须将工件装好（定位）、夹牢（夹紧）。夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置、对刀引导元件(确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向)、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。夹具种类按使用特点可分为：万能通用夹具。如机用虎钳、卡盘、分度头和回转工作台等，有很大的通用性，能较好地适应加工工序和加工对象的变换，其结构已定型，尺寸、规格已系列化，其中大多数已成为机床的一种标准附件。专用性夹具。为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造，服务对象专一，针对性很强，一般由产品制造厂自行设计。常用的有车床夹具、铣床夹具、钻模(引导刀具在工件上钻孔或铰孔用的机床夹具)、镗模(引导镗刀杆在工件上镗孔用的机床夹具)和随行夹具（用于组合机床自动线上的移动式夹具）。可调夹具。可以更换或调整元件的专用夹具。组合夹具。由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，适用于新产品试制和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。 夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。3.2.2 工件在夹具中的定位 （1）工件的定位的基本原理 a.六点定则 用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具的位置完全确定，称为“六点定位原则” ，简称“六点定则” 六点定则是工件定位的基本法则，用于实际生产时，起支承点作用的是一定形状的几何体，这些用来限制工作自由度的几何他就是定位元件b.限制工作自由度与加工要求的关系 工件定位时，影响加工要求的自由度必须限制：不影响加工要求的自由度，有时要限制，有时可不限制，需要视具体情况而定，习惯上，工件的六个自由度都限制了的定位称为完全定位，工件限制的自由度少于六个，但能保证加工要求的定位称为不完全定位在工件定位时，以下情况允许不完全定位：A 加工通孔或通槽时，沿贯通轴的位置自由度可不限制B毛坯（本工序加工前）是轴对称时，饶对称轴的角度自由度不可限制C加工贯通的平面时，除可不限制沿两个贯通轴的位置自由度外，还可不限制垂直 加工面的轴的角度自由度 夹具上的定位元件重复限制工件的同一个或几个自由度的定位称为重复定位，重复定位分两种情况：当工件的一个或几个自由度被重复限制，并对加工产生有害影响的重复定位，称为不可重复定位，它将造成工件定位的不稳定，降低加工精度，使工件或定位元件产生变形，甚至无法安装和加工，因此，不可重复定位是不允许的。当工件的一个或几个自由度被重复限制，但仍能满足加工要求，即不但不产生有害影响，反而可增加工件装夹刚度的定位，称为可用重复定位。在生产实际中，可用重复定位被大量采用c.基准，对定位元件的基本要求A 定位基准的选择，应尽量使工件的定位基准与工序基准相重合，尽量用精基准作为定位基准：遵守基准同一原则：应使工件安装稳定，加工中所引起的变形最小：应使工件定位方便，夹紧可靠 B 对定位元件的基本要求 足够的精度，足够的强度和刚度，耐磨性好，工艺性好，便于清理切削（ 2）工件定位方式及其定位元件A 工件以平面定位。工件以平面作为定位基准时，所用的定位元件按一般可分为主要支承和辅助支承。主要支承用来限制工件的自由度，具有独立定位的作用。辅助支承用来加强工件的支承刚性，不起限制工件自由度的作用B 工件以圆柱孔定位。工件以圆柱孔为定位基准，如套类，齿轮，拔叉等。此种定位方式所用的定位元件有圆柱面定位销，定位芯轴和圆锥定位销等C 工件以外圆柱面定位。工件以外圆柱面定位时，常用的定位元件有：V形块，定位套和半圆套3.3 定位误差的分析 造成定位误差的原因有两个：一是定位基准与工序基准不重合，由此产生基准不重合误差b：二是定位基准与限制位基准不重合，由此产生基准位移误差y 基准不重合误差b是一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准与工序基准不重合而造成的加工误差，其大小为定位尺寸的公差在加工尺寸方向上的投影 基准位移误差y是一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准相对于限位基准的最大变化范围在加工尺寸方向上的投影4车刀刃磨装置车刀夹持模块的机械系统设计目前，在我国大部分厂机械制造厂家对于车刀用钝后的重磨主要是在砂轮机上手工刃磨，或者是在万能工具磨床及其变形、改进型设备上借助附件手工操作完成。这样不仅加工效率低、成本高、劳动强度大，而且刃磨的质量难以保证。对于越来越要求高精度、高效率的现代机械加工是远远不能满足的，因此迫切需要对车刀等刀具常规的刃磨工艺及普通刃磨机床必须进行变革。41车刀夹持模块的总体方案方案一：如图31所示，在万能工具磨床上刃磨车刀的车刀夹持附件