可转位车刀的设计方案.doc

一、车刀的结构机夹可转位车刀是将可转位硬质合金刀片用机械的方法夹持在刀杆上形成的车刀，一般由刀片、刀垫、夹紧元件和刀体组成(见图1)。图1 机夹可转位车刀组成根据夹紧结构的不同可分为以下几种形式。偏心式(见图2)偏心式夹紧结构利用螺钉上端的一个偏心心轴将刀片夹紧在刀杆上，该结构依靠偏心夹紧，螺钉自锁，结构简单，操作方便，但不能双边定位。当偏心量过小时，要求刀片制造的精度高，若偏心量过大时，在切削力冲击作用下刀片易松动，因此偏心式夹紧结构适于连续平稳切削的场合。图2 偏心式夹紧结构组成杠杆式(见图3)杠杆式夹紧结构应用杠杆原理对刀片进行夹紧。当旋动螺钉时，通过杠杆产生夹紧力，从而将刀片定位在刀槽侧面上，旋出螺钉时，刀片松开，半圆筒形弹簧片可保持刀垫位置不动。该结构特点是定位精度高、夹固牢靠、受力合理、适用方便，但工艺性较差。图3 杠杆式夹紧结构组成楔块式(见图4)刀片内孔定位在刀片槽的销轴上，带有斜面的压块由压紧螺钉下压时，楔块一面靠紧刀杆上的凸台，另一面将刀片推往刀片中间孔的圆柱销上压紧刀片。该结构的特点是操作简单方便，但定位精度较低，且夹紧力与切削力相反。图4 楔块式夹紧结构不论采用何种夹紧方式，刀片在夹紧时必须满足以下条件：刀片装夹定位要符合切削力的定位夹紧原理，即切削力的合力必须作用在刀片支承面周界内。刀片周边尺寸定位需满足三点定位原理。切削力与装夹力的合力在定位基面(刀片与刀体)上所产生的摩擦力必须大于切削振动等引起的使刀片脱离定位基面的交变力。夹紧力的作用原理如表1所示。表1ISO符号(车刀)CPMS说明顶面夹紧圆柱孔夹紧顶面和圆柱孔夹紧沉孔夹紧二、几何参数和切削性能可转位车刀片的形状有三角形、正方形、棱形、五边形、六边形和圆形等，是由硬质合金厂压模成形，使刀片具有供切削时选用的几何参数(不需刃磨);同时，刀片具有3个以上供转位用的切削刃，当一个切削刃磨损后，松开夹紧机构，将刀片转位到另一切削刃，即可进行切削，当所有切削刃都磨损后再取下，换上新的同类型的刀片。可转位车刀片按照用途可分为外圆、端面半精车刀片，外圆精车刀片，内孔精车刀片，切断刀片和内外螺纹车刀片。此外，刀片又分为带孔无后角和不带孔有后角两种，刀片中的孔是为夹持刀片用，若刀片有后角，刀片在装人刀槽时，就不需要安装出后角，若刀片无后角，则在刀片装人刀槽时，就需要将刀片安装出一定后角。下面是两种典型机夹车刀片和车刀的几何参数。精车机夹车刀刀片：前角g=20，主后角a=89，副后角a=68，主偏角Kr=90，副偏角Kr=5，刃倾角l=01，倒刃为-5(0.050.1)，过渡圆弧半径R=0.10.2mm(见图5)。图5 精车刀片刃磨(工作)几何参数半精车机夹车刀刀片:前角g=20，后角a67，主偏角Kr=90、45和80三种，副偏角Kr=10和45两种，倒刃为-5(0.20.5)，过渡圆弧半径R=0.20.5mm(见图6)。图6 半精车刀片刃磨(工作)几何参数精车机夹车刀一般采用工作前角20，主后角89，楔角b62。通过切削实践可知，增大楔角会使切削抗力增大，反之减小楔角，切削抗力也会减小，在精加工时应采用较小楔角，从而使刀具锋利，切削轻快。刃倾角通常选为01，选择小的刃倾角能使切屑在断屑槽内向刀体后部排出，以免划伤已加工表面。副后角、副偏角较小，使副后刀面与工件已加工面有较长的接触面积，达到修整切削谷峰轨迹、降低表面粗糙度的目的。主偏角为90，既能降低径向切削抗力，又能适应多台阶零件的加工。半精车机夹车刀多用于粗加工和半精加工，切削时多带有冲击负荷，对切削时有冲击负荷的刀具主偏角通常设为45和80两种，切削时不带冲击负荷的刀具主偏角通常为90。主偏角45和80的半精车机夹车刀刀尖角为90，以增强刀尖强度;主偏角为90的半精车机夹车刀刀尖角为80。刃倾角为01，后角为6 7，倒刃为-10(0.10.2)，有时可根据切削实际情况刃磨至0.5mm宽。由上述分析可知，精加工机夹车刀设计的原则是增强刀具锋利度和获得较理想的表面质量，半精加工机夹车刀设计的原则是增强刀具强度。由于可转位车刀的角度是由刀片的角度和刀杆上刀片槽底面的角度综合而成，因此其值为相关部分几何角度的代数和。表2名称定义公式前角可转位刀具的前角等于刀片与刀杆在正交平面中的前角的代数和g0刀具=g0刀片+g0刀杆后角可转位刀具的后角等于刀片在正交平面中的后角与刀杆在正交平面中的前角之差a0刀具=a0刀片-g0刀杆刃倾角可转位刀具的刃倾角等于刀片刃倾角与刀杆刃倾角的代数和ls刀具=ls刀片+ls刀杆主偏角可转位刀具的主偏角是由刀杆自身的主偏角决定的Kr刀具=Kr刀杆三、结语通过对机夹可转位车刀的结构、几何参数和切削性能的分析可知，刀片及刀体自身的结构参数对整个车刀的切削性能有着至关重要的影响。在实际生产中，刀体的结构参数基本上是不变的，只有通过改变刀片的几何参数来改善机夹可转位车刀的切削性能，从而使刀具在生产加工中达到最佳的切削状态。双型号多复磨式可转位车刀产品简介多复磨式可转位车刀专利产品是功能升级的新一代可转位车刀,本发明对可转位刀片的调节件和压紧机械结构有两种形式，因此在产品结构上也将产品分为了两大类别：一、双型号多复磨式普通型可转位车刀；二、双型号多复磨式数控型可转位车刀，前一类别的刀具结构更坚固，上压板可调范围大，磨损后的可转位刀片可以直接利用刀体作为修磨可转位刀片的夹具。自己动手象修磨焊接车刀那样修磨主、副刀刃和断屑槽型。因此，更适合在普通车床上取代焊接车刀。对工件进行粗加工或精加工。上述两大类别新一代转位车刀不仅具有现有可转位车刀的主要功能，而且可以将可转位车刀功能再升四级：一、双型号：多复磨式可转位车刀具有一把刀变为二把不同型号可转位车刀的功能。因为可转位刀片的定位键与刀杆是分体结构，在同一刀杆上配备有二种形状相似，规格有别的可转位刀片之定位键以及和可转位刀片厚度相匹配的垫片，操作者可以根据需要任意选配。然后用制动螺钉固定定位及其他配件，使它成为与整体结构一样的可转位车刀。二、多复磨：多复磨式可转位车刀上应用的可转位刀片具有一片当作几片用的功能。因为本结构中可转位刀片的定位键在刀杆键槽内有足够的位移空间。所以能使硬质合金可转位刀片或价格高昂的金刚石可转位刀片多次复磨，充分利用。达到成倍降低刀具耗费之目的。三、变废为宝：多复磨式可转位车刀对被捨弃的大量的可转位铣刀刀片和可转位车刀刀片具有再次充分利用，立刻变废为宝的功能。因为多复磨式可转位车刀结构中的定位键可以将可转位刀片的刀刃推出刀尖2-3毫米，并将其夹紧，所以，如果对刀片转位后重复定位精度要求不高的条件下，操作者完全可以将磨损后的可转位刀片，自己动手，象修磨焊接式硬质合金车刀那样在普通砂轮机上修磨刀刃或断屑槽。因此，多复磨式可转位车刀是非常适合在普通车床上应用的新一代可转位车刀。它充分利用被废弃的可转位刀片后，不仅节约了宝贵的地球资源，而且其车刀耗费完全比未用焊接式硬质合金车刀低得多。四、刀片通用：多复磨式可转位车刀上应用的可转位刀片具有普通可转位刀片和ISO（国际标准）通用的功能。因为多复磨式可转位车刀对可转位刀片的定位和夹紧结构与可转位刀片上是否带孔无关。而且对可转位刀片的可调范围达2-4毫米。所以，无论可转位刀片上是带孔的或是不带孔的，也无论可转位刀片内切圆直径为英寸制或是公制。只要是内部圆直径尺寸比较接近的同类可转位刀片都能应用。一: 选择刀片夹固结构 工件的直径D为 50mm,工件长度L=360mm.因此可以在普通机床CA6140上加工. 表面粗糙度要求1.6m,为精加工,但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.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45号钢,正火处理,连续切屑,且加工工序为粗车,半精车了两道工序.由于加工材料为钢料,因此刀片材料可以采用YT系列,YT15宜粗加工,YT30宜精加工,本题要求达到半精加工,因此材料选择YT30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: 前角: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=20, 后角:根据机械制造技术基础表3.17,工件材料为中碳钢(正火),半精车,因此后角可选=6 主偏角:根据题目要求,主偏角=75 刃倾角:为获得大于0的后角及大于0的副刃后角,刃倾角=-5后角的实际数值及副刃后角和副偏角在计算刀槽角度时经校验确定.四: 选择切屑用量 根据机械制造技术基础表3.22:粗车时,背吃刀量=3mm,进给量f=0.6mm/r,切削速度v=110m/min半精车时, 背吃刀量=1mm,进给量f=0.3mm/r,切削速度v=130m/min五: 刀片型号和尺寸 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. 选择刀片形状.按选定主偏角=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. 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. 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=3mm, 主偏角=75,刃倾角=-5,将,代入下式可得刀刃的实际参加工作长L为L=3.118mm令刀片的刃口长度(即便长)L1.5 L=4.677mm,保证切削工作顺利进行. 选择刀片厚度.根据已选择的背吃刀量=3mm,进给量f=0.6mm/r及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S4.8mm. 选择刀尖圆弧半径.根据已选择的背吃刀量=3mm,进给量f=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=1.2mm 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.L=d=14.88mm;s=6.35mm;d=6.35mm;m=2.79mm; =1.2mm刀片刀尖角=90;刀片刃倾角=0;断屑槽宽W=4mm;取法前角=25六: 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d=7.6mm.材料为高速钢YG8七: 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: 刀杆主偏角 =75 刀槽刃倾角 =-5 刀槽前角 将=20, =25, =-5代入下式 tan =-0.089 则=-5.089,取=-5 验算车刀后角a.车刀后角a的验算公式为:tan a=当=0时,则上式成为:tan a=-将=-5, =-5代入上式得a=5.05前面所选后角a=6,与验算值有差距,故车刀后角a应选a=5才能与验算角度接近而刀杆后角aa=5 刀槽副偏角 k=k=180-= k=,= 因此k=180- 车刀刀尖角的计算公式为 cos=coscos 当=90时,上式变为cos= - cos 将=-5, =-5代入上式得=90.4 故kk=180-75-90.4=14.6 取k=14.6 验算车刀副后角a 车刀副后角的验算公式为: tan a= 当a=0时, tan a= - 而tan=sin+tan sintan=sin+tan sin 将=-5, =-5,=90.4代入上式 tan=tan(-5)sin90.4+tan (-5)sin90.4 =-4.97tan=sin90.4+tan (-5)sin90.4 =-4.97 再将=-4.97 =-4.97代入得 tan a= - a=4.93可以满足切削要求 刀槽副后角aa,故a=4.93,取a=5 综上述计算结果,可以归纳出: 车刀的几何角度: =20, =6, =75, k=14.6,=-5, a=4.93 刀槽的几何角度: =-5 , a=5, k=75 , k=14.6, =-5, a=5八: 计算铣制刀槽时所需的角度 计算刀槽最大副前角及其方位角 将=-5 , =-5代入下式得: tan=- =-7.05 将=-5 , =-5代入下式得: tan= =45 计算刀槽切深剖面前角和进给剖面前角 将=-5 , =-5, k=75代入下式tan=sin+tan sin =-6.12tan=sin+tan sin =-3.54九: 选择刀杆材料和尺寸 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 选择刀杆尺寸: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