可转位车刀设计.pdf

佳木斯大學 机械设计制造及其自动化专业 卓越工程师 设计说明书 可转位车刀设计 题 目 90 偏心夹紧外圆车刀设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 姓 名 张一奇 指导教师 王冬 完成日期 2013 年 11 月 4 日 佳木斯大学机械工程学院佳木斯大学机械工程学院 2013 年年 11 月月 实践教学环节 课程名称 刀具设计 课程编码 佳木斯大学机械设计制造及其自动化专业 卓越工程师 设计说明书 II 目目 录录 第第 1 章章 原始条件原始条件 3 第第 2 章章 设计步骤设计步骤 4 2 1 选择刀片夹固结构 4 2 2 选择刀片材料 4 2 3 选择刀片合理角度 4 2 4 选择切削用量 4 2 5 选择刀片型号和尺寸 4 2 6 选择硬质合金刀垫型号和尺寸 5 2 7 计算刀槽角度 5 2 8 计算铣制刀槽时需要的角度 7 2 9 选择刀杆材料和尺寸 8 2 10 选择偏心销及其相关尺寸 8 佳木斯大学机械设计制造及其自动化专业 卓越工程师 设计说明书 3 第第 1 章章 原始条件原始条件 加工一批零件 工件材料为 ZG40Cr 使用机床为 CA6140 推荐参数为 表面粗糙度 要求达到6 3 a Rm 100 150 min c Vm 0 06 0 12 fmm r 0 05 1 p amm 使用 刀具为 90 偏心夹紧外圆车刀 佳木斯大学机械设计制造及其自动化专业 卓越工程师 设计说明书 4 第第 2 章章 设计步骤设计步骤 2 1 选择刀片夹固结构选择刀片夹固结构 考虑到加工是在 CA6140 车床上进行 且属于连续切削 刀片的夹固方式为偏心式夹 固结构 2 2 选择刀片材料选择刀片材料 有原始条件给定 被加工件材料为 ZG40Cr 连续切削 完成粗车工序 按照硬质合 金的选用原则 选取刀片材料为 YT30 2 3 选择刀片合理角度选择刀片合理角度 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行程特点 选取 如下四个主要角度 1 前角15 o 2 后角8 o 3 主偏角90 r 4 刃倾角5 s 后角的实际数值以及副后角和副角在计算刀槽角度时经校验后确定 2 4 选选择切削用量择切削用量 根据切削用量的选择原则 确定切削用量为 粗车时 切削速度 120 min c Vm 进给量 0 1 fmm r 切削深度 0 5 p amm 2 5 选择刀片型号和尺寸选择刀片型号和尺寸 1 选择刀片有无中心固定孔 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 佳木斯大学机械设计制造及其自动化专业 卓越工程师 设计说明书 5 2 选择刀片形状 按选定主偏角 90 根据刀片形状的选用原则 选用偏 8 刀片 这 样既可以提高刀尖强度 又增加了散热面积 使刀具寿命有所提高 还可以减小已加工表 面的残余面积 使表面粗糙度数值减小 3 选择刀片精度等级 根据节刀片精度等级的选用原则 选用 U 级 4 选择刀片内切圆直径 d 或刀片边长 L 根据已选定的0 5 p amm 90 r 和 5 s 代入下式 可求出刀刃的实际参加工作长度 se L为 0 5 0 502 sincossin90 cos 5 p se rs a Lmm 则所选用的刀片边长 L 应为 1 51 5 0 5020 753 se LLmm 5 选择刀片厚度 s 根据已选定的粗车时切削深度0 5 p amm 进给量0 1 fmm r 通过选择刀片厚度的诺模图 求得刀片厚度1Smm 6 选择刀尖圆弧半r 根据已选定的粗车时0 5 p amm 0 1 fmm r 利用刀 尖圆角的诺模图 求得连续切削时的0 2rmm 7 选择刀片断屑槽形式和尺寸 根据刀片断屑槽形式和尺寸的选择原则 根据已 知的原始条件 选用 A 型断屑槽 断屑槽的尺寸在选定刀片型号和尺寸后便可确定 综合以上七方面的选择结果 确定选用的刀片型号是 FN M130408 A2 其具体尺寸 为13 5Lmm 9 525dmm 4 76smm 1 3 81dmm 0 8rmm 刀片刀尖角82 刀片刃倾角0 sb 断屑槽宽度4 n wmm 取法前角15 nb 2 6 选择硬质合金刀垫型号和尺寸选择硬质合金刀垫型号和尺寸 选用硬质合金刀垫 其形状和尺寸的选择 取决于刀片夹固接结构以及刀片的型号和 尺寸 选择与刀片形状相同的刀垫 为三角形 中心有圆孔 其基本尺寸长度12Lmm 厚度4 76smm 中心孔直径 1 7 6dmm 材料硬质合金 YG8 2 7 计算刀槽角度计算刀槽角度 根据可转为车刀几何角度 刀片几何角度和刀槽几何角度之间的关系 刀槽角度的 计算步骤是 1 刀槽主偏角 rg k 90 rgr kk 2 刀槽刃倾角 sg 5 sgs 佳木斯大学机械设计制造及其自动化专业 卓越工程师 设计说明书 6 3 刀槽前角 oR 可转位车刀的刃倾角 s 较小 所以 og 可用下述近似公式计算 8 ogo 4 验算车刀后角 o 车刀后角 o 的验算公式为 cos cos 1cos nbogss o nbogs tgtg tg tgtg 当0 nb 时 则上式成为 2 cos oogs tgtg 将8 og 5 s 带入上式 得 2 8 cos 5 0 139 o tgtg 则7 94 o 与所选后角值很近 可以满足切削要求 而刀杆后角 ogo 故7 94 og 取8 og 5 刀槽主偏角 rgk 因为 180 rgrrr kkk 而 r gr rgr kk 式中 r 为 刀尖角 所以 180180 rgrgrgrr kkk 车刀刀尖角 r 的计算公式为 2 1 cos sincos rbogsogss ctgctgtgtg 当90 b 时 上式变为sincos rogss ctgtg 将8 og 5 s 带入上式得 8 sin 5 cos 5 0 012 r ctgtg 则90 7 r 故 1809090 70 7 rgr kk 6 验算车刀副后角 o 车刀副后角 o 的验算公式为 cos cos 1 cos nbogsgsg o nbogsg tgtg tg tgtg 当0 nb 时 上式变为 2 cos oogsg tgtg 佳木斯大学机械设计制造及其自动化专业 卓越工程师 设计说明书 7 而 cossin ogogrgsgrg tgtgtg sincos ogogrgsgrg tgtgtg 将8 og 5 sgs 90 7 rgr 代入 cossin ogogrgsgrg tgtgtg 得 8 cos 90 7 5 sin 90 7 0 089 og tgtgtg 所以得 5 08 og 8 sin 90 7 5 cos 90 7 0 139 og tgtgtg 所以 7 94 sg 再将 5 08 og 7 94 sg 代入 2 cos oogsg tgtg 得 2 5 08 cos 7 94 0 087 o tgtg 所以 4 984 o 可以满足切削要求 刀槽副后角 ogo 4 984 og 取 5 og 综合上述计算结果 可归纳出车 刀的几何角度 车刀的几何角度 15 o 8 o 90 r 0 7 r k 5 s 4 984 o 刀槽的几何角度 8 og 8 og 90 rg k 0 7 rg k 5 sg 5 og 2 8 计算铣制刀槽时需要的角度 计算铣制刀槽时需要的角度 1 计算刀槽最大负前角 gg 及其方位角 gg 当用预制斜铁铣制刀槽时 需要计算出 负前角 gg 最大及其方位角 gg 刀具最大负前角 gg 的计算公式为 22 ggogsg tgtgtg 将 8 og 5 sg 代入上式 得 22 8 5 0 166 gg tgtgtg 9 4 gg 佳木斯大学机械设计制造及其自动化专业 卓越工程师 设计说明书 8 刀槽最大负前角 gg 所在剖面的方位角 gg 的计算公式为 ggogsg tgtgtg 将 8 og 5 sg 代入上式得 8 5 1 606 gg tgtgtg 所以58 gg 2 计算刀槽切深剖面前角 pg 和进给剖面前角 fg 刀槽切深剖面前角 pg 的计算公式为cossin pgogrgsgrg tgtgktgk 刀槽进给剖前面角 fg 的计算公式为sincos fgogrgsgrg tgtgktgk 将8 og 5 sg 90 rg k 代入两式得 8 cos 90 5 sin 90 5 pg tgtgtgtg 8sin 90 5 cos 90 8 fg tgtgtgtg 2 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 选用 45 钢为刀杆材料 热处理硬度为 HRC38 45 发蓝处理 2 选择刀杆尺寸 1 选择刀杆截面尺寸 因加工使用 CA6140 普通车床 其中心高为 220mm 查表可 知 并考虑到为提高刀杆强度 选取刀杆截面尺寸 2 20 30B Hmm 由于切削深度进给量 0 1 fmm r 切削深度 0 5 p amm 可不比校验刀杆强度 2 选择刀杆尺寸 根据刀杆长度的选择原则 故选择刀杆长度尺寸为 140mm 2 10 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 HRC40 45 发蓝处理 2 选择偏心销直径 c d和偏心量 e 根据偏心销直径 c d计算公式 1 0 2 0 4 c ddmm 前面已经选定 1 7 6dmm 取 括号内最大数值 0 4mm 则 7 60 47 2 c dmm 偏心量 e 可用 117 2 0 36 0 51 7 10 27 10 2 c d emm 求得 取0 4emm 为使刀片 夹固可靠 选用自锁性能较好的螺钉偏心销 并取螺钉偏心销转轴直径 d2为 M6 3 计算偏心销转轴孔中心在刀槽