工艺夹具毕业设计51棱形成形车刀设计与加工工艺编制

棱形成形车刀设计与加工工艺编制 1 摘要 成形车刀是加工回转体成形表面的专用刀具，其刃形是根据工件廓形设计的，可用在各类车床上加工内外回转体的成形表面，用成形车刀加工零件时可一次加工形成零件表面，操作简便，生产率高，加工后能达到公差等级 IT8 IT10，粗糙度为 10 5um，并能保证较高的互换性。但成形车刀制造较复杂，成本较高，刀刃工作长度较宽，故易引起震动。 成形车刀主要用在加工批量较大的中，小尺寸带成形表面的零件。为了培养学生综合运用所学知识的能力提倡创新精神，通过对棱形车刀的分析和设计，使学生从车刀的选材，廓形和结构尺寸的精密计算，及线切 割加工程序的生成，最终初步掌握了工程设计工作的流程和方法。 通过这次设计我们对自己所学的知识又加深了了解和进一步的巩固。也锻炼了我们把知识点系统，综合的能力，以及对重点知识的筛选能力。这样的理论联系实际的机会，加强了我们自主创新的能力，使我受益非浅啊！ 诚然，在设计过程中也暴露了我对一些知识点认识理解的模糊现象，在这次独立完成设计过程中难免有不足之处，希望各位老师同学给予指导帮助！谢谢！ 关键词 ： 成形车刀 廓形 样板图 刀夹 棱形成形车刀设计与加工工艺编制 2 第二章 设计题目 一 设计目的 1. 巩固和充实所学知识，使之 系统化，并且有实用性。 2. 使学生初步掌握工程设计的流程和方法，并在质量方面得到锻炼；在使用专业软件方面得到了巩固。 3. 培养学生的正确的设计思路，树立严谨认真，实事求是和刻苦钻研的学习作风。 二设计内容 棱形成形车刀的设计与加工工艺编制 三设计要求 1设计成形车刀刀具 2编制成形车刀刀具加工工艺规程卡片 3编写数控线切割加工程序。 四论文要求 1毕业论文格式按学院的模版要求完成，字数不少于 6000 字。 2阶段性检查安排在第四周和第七周。 3设计计算说明书。 4工艺规程卡片一套。 5刀具工作图 一张，样板图一张。 6编制数控加工程序。 棱形成形车刀设计与加工工艺编制 3 第三章 成形车刀刀具材料的 选择 1） 选择刀具材料： 参考附录表 1，选用普通高速钢 W18Cr4V 制造。 第四章 成形车刀的前角和后角 成形车刀的前角 f 和后角 f 可参考表 1-4 选取 ,但必须效验刀具廓形上 r 角最小处切削刃上的后角 o ,一般不得小于 2 -3 ,否则必须采取措施加以解决 . 表 2-4 成形车刀的前角和后角 被加工材料 材料的力学性能 前 角 f 成形车刀类型 后 角 f 钢 b (GPa) 0.8 5 铸 铁 HBS 160 180 10 棱 体 型 12 17 180 220 5 220 0 青 铜 0 黄 铜 H62 0 5 H68 1015 平 体 型 25 30 H80-H90 1520 棱形成形车刀设计与加工工艺编制 4 铝 紫铜 2530 铅黄铜 H pb59-1 0 5 铝黄铜 HA159-3-2 注： 1.本表仅适用于高速钢成形车刀。如为硬质合金成形车刀，加工钢料时，可取表中数值减去 5。 2.加工件为正方形 ,六角形棒料时 , f 数值应减小 2 5。 第五章 刀具廓形深度计算分析 1）选择前角 f 和后角 f : 由附录表 2-4 查得： f 15 后角 f 12。 2） 画出棱形成形车刀刀具廓形计算图。 零件计算分析图 零件计算分析图(2)(3)6543棱形成形车刀设计与加工工艺编制 5 零件平均尺寸 取刀具上 1， (2， )（ 3， ）为刀具轮廓形设计计准点。 零件设计点 1、 2、 3、 4、 5、 6 点。各点的平 均直径分别为： d1.2 (18 17.85) 2 17.925 r7 8.963 B 1、 2 10 d3 d1、 2=17.925 r3 8.963 B 2、 3 20 d4 （ 35 34.85） 2 34.925 r3、 4 17.463 B 2、 4 10 d5、 6 （ 30 29.9） 2 29.95 r5、 6 14.975 B5、 6 5 刀具廓形设计 计算刀具廓形深度： h r 1、 2 Sin f 8.963 Sin15 2.320 h2 5.382 r 1、 2 Cos f 8.963 Cos15 8.658 Cos（ f f） Cos（ 15 12） 0.891 P x ( rx2（ r1、 2 Sin f 2） )0.5 r1、 2 Cos f） Cos（ f f） P 5、 6 ( 14.9752 5.382） 0.5 8.658 * 0.891 5.467 P 4 ( 17.4632 5.382） 0.5 8.658 * 0.891 7.707 刀具廓形深度 P 4 ； P 4 =7.707 计算近似圆弧半径 R 4 : Tan P4 2 ” 4 ” 7。 707 15 0。 51538 27.194 R 4 2 ” 4 ” Sin 2 15 Sin2( 7.194 ) 18.45 圆心的位置对称圆弧中心线 棱形成形车刀设计与加工工艺编制 6 校验 计算切削刃总宽度 L，并校验刀具廓形宽度 L 0.50 0.080 0.200 注： 表中所列公差值，其值差为对称分布 . （ mm） (2) 棱形成形车刀结构尺寸公差 1）两侧面对燕尾槽基准面垂直读误差在 100mm 长度上不得超 过 0.02 0.03； 2）廓形对燕尾槽基准面平行度误差在 100 mm 长度上不得超过0.02 0.03mm; 3）刀具高度 H 的偏差取为 0.02mm; 4）宽度 L 和厚度 B 偏差如未注出可按 h11 选取； 5）楔角 f ( f=90 f f) 偏差取为 (10-30); 6）廓形角度偏差如未注出 , 可取为 1 棱形成形车刀设计与加工工艺编制 9 第八章 成形车刀的样板 成形车刀的廓形通常用样板检验，称此样板为工作样板，它的磨损情况用校验样板检验，故成形车刀样板应成对设计制造。 成形车刀样板的廓形与成形车刀廓形（包括附加刀刃）完全相同，尺寸标注基准应是刀具廓形的尺寸标注基准，即工件廓形表面精度要求最高的表面。样板廓形尺寸偏差可取为 0.01mm（工件表面精度要求不高时，偏差可取大些）。样板工作表面粗糙度为 Ra 0.08 0.16 um , 其余表面为 Ra 0.8 um. 样板常用低碳钢 15. 20 制造，渗碳淬火后 56 62 HRC，也可用碳素工具钢 T10A 制造，厚度约为 1.5 2mm. 为手持样板方便，样板边长应小于 30mm；边角上钻有工艺小孔，以便于穿挂和热处理，廓形表面转角处有小孔，以保证廓形很好密合， 也可防止热处理时应力集中。 棱形成形车刀设计与加工工艺编制 10 第九章 成形车刀的结构尺寸 1.棱形成形车刀的结构尺寸 棱形成形车刀多采用燕尾结构，夹固可靠，能承受较大切削力。主要结构尺寸有：刀体总宽度 Lo ， 刀体高度 H ，刀体厚度 B 以及燕尾尺寸 M 等。 （ 1）刀体总宽度 Lo ,Lo=Lc， 式中 Lc 成形车刀切削刃总宽度， Lc=L+a+b+c+d L 工件廓形宽度； a、 b、 c、 d 成形车刀的附加刀刃； a 为避免切削刃转角处过尖而设的附加刀刃宽度，常取为 0.5 3mm. b 为考虑工件端面的精加工和倒角而设的附加刀刃宽度，其数值应大于端面精加工余量和倒角宽度。为使该段刀刃在主剖面内有一定后角，常做成偏角 Kr=15 45， b 值取为 1 3mm，如工件有倒角， Kr 值应等于倒角角度值， b 值比倒角宽度大 1 1.5mm。 c 为保证后续切断工序顺利进 行而设的预切槽刀刃宽度， c 值常取为 3 8mm。 d 为保证成形车刀刀刃延长到工件毛坯表面之外而设的附加刀刃宽度，常 d=0.5 2mm。 实际生产中，有时也可去其他形式的切削刀刃，在此不在介绍。 在确定切削刃总宽度 Lc 时，还应考虑机床功率以及工艺系统刚棱形成形车刀设计与加工工艺编制 11 度。因为径向成形车刀切削刃同时参加切削，径向切削分力很大，易引起震动。一般应限制切削刃总宽度 Lc 与工件最小直径 d min 的比值，使比值不超过下列数值即可：粗加工 2 3，半精加工 1.8 2.5，精加工 1.5 2。工件直径较小时取小值，反之取大值。 当 Lc/dim 大于许用值或 Lc80mm（为经验值），可采取下列措施： 1) 将工件廓形分段切削，改用两把或数把成形车刀； 2) 改用切向进给成形车刀； 3) 如已确定用径向进给，可在工件非切削部分增设辅助支撑 滚轮托架，以增加工艺系统刚度。 （ 2）刀体高度 H 刀体高度 H 与机床横向刀架距中心高度有关。应在机床刀夹空间允许的条件下，尽量取大些，以增加刀具的重磨次数。一般推荐 H=55 100mm。如采用对焊结构，高速钢部分长度不小于 40mm（或 H/2）。 （ 3）刀体厚度 B 刀体厚度 B 应保证刀体有足够强度，要易于装入刀夹，排屑方便，切削顺 利。最小厚度应满足 B E Amax（ 0.25 0.5） Lo，其中 Amax 为工件最大廓形深度。 （ 4）燕尾测量尺寸 M 燕尾测量尺寸 M 值应与切削刃总宽度 Lc相适应。 此外，为调整棱体成形车刀的高度，增加成形车刀工作时的刚度，刀体底部做有螺孔以旋入螺钉，螺钉常取 M6。 棱体成形车刀的结构尺寸见表 2-1 棱形成形车刀设计与加工工艺编制 12 表 2-1 棱形成形车刀结构尺寸 结 构 尺 寸 检验燕尾尺寸 Lo=Lc F B H E f 滚柱直径 D M 尺寸 偏差 15-20 15 20 55100 (可视机床刀夹而定) 7.2+0.36 0 5 5 0.005 22.89 0 0.1 22-30 20 25 27.87 32-40 25 9.2+0.36 0 8 8 0.005 37.62 0 0.12 45-50 30 45 42.62 55-60 40 12.2+0.43 0 12 52.62 0 0.14 65-70 50 60 62.62 75-80 60 72.62 注 : 1.若 采 用 的 滚 柱 直 径 不 是 表 中 所 列 尺 寸 时 ,M值可按下式计算 : M = F + d ( 1 + t g a / 2 ) . 2.燕尾 a = 6 0 , 其 偏 差 为 1 0 . 3.圆角 r 最大为 0 . 5 m m . 4.燕 尾 底 面 及 与 之 相 距 E 的 表 面 不 能 同 时 为工作表面 . 5 . s 1 与 h1 尺 寸 视 具 体 情 况 而 定 ,L 视 机 床 刀 夹而定 , 应保证满足最大调整范围 . 棱形成形车刀设计与加工工艺编制 13 第十章 成形车刀使用简述 一成形车刀的安装 成形车刀的安装与工作位置会影响加工零件精度，因此，调整径向成形车刀应注意以下几点： 1）刀具上设计基准点 1装于零件中心位置上； 2）安装后应形成设计要求的前角 f 和后角 f 值； 3）形成车刀上定位基 准应与零件轴线平行； 4）成形车刀试切控制尺寸是零件直径精度最高的尺寸。 二成形车刀的切削特点 成形车刀切削刃工作长度较长，进给力大，易引起振动，因此应注意提高工艺系统刚性，此外，进给速度应较低且均匀，切削刃光整锋利，浇注切削液充分等。 成型车刀的切削速度较低，通常切削碳钢为 2040m/min。 三成形车刀重磨 成形车刀磨损后重磨，是在万能工具磨床上，用碗形砂轮沿前面进行。重磨的基本要求是保持其原始前角和后角不变。 重磨成形车刀时，使棱形成形车刀的前面与砂轮的工作端面平行；是圆形成形车刀的中心与砂轮的 工作端面偏移 h 值： h=Rsin( f+ f)。 为检验磨出的前面位置正确与否，对于棱形成形车刀可测量 其楔角 f=90 -( f+ f)值；对于圆形成形车刀可检验它的前面是否与端面上划出的检验圆相切，检验圆是以 h 值为半径作的圆。 棱形成形车刀设计与加工工艺编制 14 第十一 章 刀具材料的热处理工艺 钢的热处理工艺是指钢在加热和冷却时内部组织发生转变的基本规律。根据这些基本规律和要求来确定加热温度、保温时间和冷却介质等有关工艺参数。对于本课题的成形铣刀的热处理工艺如下： 首先对高速钢进行退火处理，即将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时 间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。其目的是细化晶粒、均匀组织、消除内应力和热加工缺陷。降低硬度、改善切削加工性能和冷塑性变形的性能。对钢进行退火后便于切削加工，以获得需要的花键轴成形铣刀的尺寸，同时留有余量，保证热处理后的磨削加工，达到较高的表面粗糙度。 其次加工成形之后对钢进行淬火，淬火是热处理工艺中最重要的一种。经过淬火后，提高了工件的强度、硬度和耐磨性。淬火是将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使钢在横截面内全部或一定范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺。 最后是高温回 火，回火温度是 600 -650，高温回火的组织是回火索氏体，高温回火后刀体便具有较高的强度、塑性和韧性都较好的综合机械性能，经三次高温回火后刀体便具有较高的热硬性，其中 AI元素的作用提高了 W、 Mo 等元素在钢中的溶解度，从而提高了铝高速钢的高温硬度，热塑性和韧性。回火的主要目的消除应力，改善组织，稳定性能。 热处理后对刀体进行磨削，以保证较高的表面粗糙度和精度。 棱形成形车刀设计与加工工艺编制 15 第十二章 画出刀具工作图及样板工作图： 技术条件：样板材料：热 处 理 硬 度 5 5 6 2 .样板成形面粗糙度 0 . 2 .成对样板工作面吻合时应不透光.4 . 样 板 成 形 面 的 凹 槽 转 角 处 应 钻 出 0 . 1 0 . 2工艺孔.其余重量工艺校对比例李大军审核杨宝慧设计机电工程系成形车刀样板检验样板工作样板 0 0 . 1 0 . 2 0 . 2 0 . 10 . 1棱形成形车刀设计与加工工艺编制 16 第十三章 棱形成 形车刀的刀夹 成形车刀的刀夹有正反切之分，分别置于机床前，后，横刀架上。 棱形成形车刀设计与加工工艺编制 17 参 考 文 献 1 .主编：李云 机械制造工艺及设备设计指导手册机械工业出版社出版 出版日期 1997 年 8 月第一版 2 .主编：徐圣群 简明机械加工工艺手册 上海科学技术出版社 出版日期： 1997 年 5 月 3 .主编： 兰建设机械制造工艺与夹具 机械工业出版社 出版 日期： 2004 年 1 月 4 主编：赵忠 金属材 料及热处理 机械工业出版社 出版日期： 2004 年 1 月 5 主编：陆建中 孙家宁 金属切削原理与刀具 机械工业出版社 出版日期： 2004 年 1 月 6 主编：刘华明 金属切削刀具设计简明手册 机械工业出版社 出版日期： 2005 年 7 月 7主编：傅杰 Unigraphics 人民邮电出版社 出版日期：2005 年 7 月 8主编：范顺成 机械设计基础 机械工业出版社 出版日期： 2004 年 1 月 9主编：黄开榜 张庆春 那海涛金属切削机床哈尔滨工业大学出版社 出版日期： 2004 年 8 月 10主编：张立仁 数控机床及应用 机械工业出版社 出版日期： 2005 年 9 月 棱形成形车刀设计与加工工艺编制 18 后 记 从踏入大学校园的那一刻起，在每一个不经意间，光阴悄悄地逝去。蓦然回 首，才发现人生竟是如此的短暂，短暂得让人无法抓住每一瞬自己能体验到幸福的时 光。有时候，我一次次地问：为什么总是在自己还没有发现它的时候，日子已经流淌 ， 为什么总是在自己已经发现它的时候，却总能感觉到昔年好 像 在昨天 。 三年前的今天仿佛还是昨