硬质合金可转位车刀设计方案

1、螺纹成形车刀设计1. 初始条件设计螺纹车刀，加工 M10 的外螺纹，加工材料为 45 钢，机夹形式为楔销（块）式，刀片有后角。假定刀具完成粗车、半精车两道工序，所用车床为 CA6140 普通车床。2. 题目分析（1） 加工外螺纹，说明在此之前已经完成直径为 10mm 的圆柱面加工；（2）所加工的普通螺纹由 GB/T 196-81 知其属于极少用的第三系列公称直径，其螺距 P=1mm，中径 d2=9.350mm，小径 d1=8.917mm。 3.刀片选择随着对螺纹车刀研究的积累，现在已经有公司生产专门针对螺纹车刀刀具的硬质合金 刀片，虽然没有形成标准，但是每个公司已经有自己的生产标准。但是选用此

2、类刀片的 话，刀槽不需要特殊设计，只需与基面平行即可。为了体现螺纹刀具刀槽的设计，故本题选用通用刀片。 （1）选择刀片夹固结构 由于已知条件知，刀片夹固结构为楔销（块）式。（2）选择刀片材料（硬质合金牌号） 由原始条件给定：被加工工件材料为 45 钢，连续切削，完成粗车、半精车两道工序。按照硬质合金的选用原则，选取刀片材料（硬质合 金牌号）为 YT15。（3）选择车刀合理角度。根据刀具合理几何参数你的选用原则，并考虑到可转位车刀几 何角度的形成特点，选取如下五个主要要角度：刀尖角r=60；纵向前角0=0 （同左侧刃前角1=0，右侧刃前角2=0） ；左侧刃后角1=35，右侧刃后角 2=35；刃倾

3、角=0（左右两侧刃） ；左侧刃偏角r=60。后角的实际数值，以及刃倾角，前角在计算刀槽角度时，经校验后确定。说明：由于螺纹车刀（此处设计的为平体车刀）可归属于成型车刀，切削普通螺纹时 其刀尖角须与螺纹牙型角相等，为 60； 取前角0=0是为了减少加工螺纹的理论误差， 考虑到牙型精度。 但是带来的问 题是车削性能差，有振刀现象。因为车螺纹是刀具两个刃同时切削（对于小螺距） ，其切削力比车外圆大很多。 为了增强刀尖强度及改善散热条件，后角选取要比车外圆是要小些，但是又不至于太小 （否则不能切削） 。故取后角为 35.由于螺纹车刀是对称的。此处选择的条件就注定了用硬质合金刀片的话，如果不 特殊刃磨，

4、安放在刀夹上只能平放着，及刀槽的角度与刀片角度完全一样。但是螺纹车 刀由于有螺纹升角的影响，实际工作后角左右两个主任并不相等。故为了使切削过程中 左右两刃工作后角相等，会使刀槽做一些改变。这样，对于上述条件就不能完全满足了， 因此在后面的处理中，会对初选的角度做一些调整。 (4) 切削用量 根据切削用量的选择原则，查表确定切削用量。由于螺纹车刀的进给量已经由螺距确定（在数值上 f=P） ，又由于切削螺纹时，切削力和发热量都比切削外圆时大，故采用多次走到的方式。由参考文献【1】表2.5-2，知需走刀三次，最后一次走刀为修型作用，相当于半精加工， 以此：f=1mm/r，分为三次走刀。第一次：ap=

5、0.4mm,第二次 ap=0.3mm，第三次 ap=0.1mm. 由参考文献【1】表 7-1 类比，取切削速度 v=60m/s 说明：若按参考文献【1】式（2.5-1）及表 2.5-1 和表 2.5-2 计算，如下： 切削速度：式中：v车削速度m/min T刀具耐用度（使用寿命）min i走刀次数 Cv切削速度系数 m,Xv,Yv切削速度指数 Kv加工条件时切削速度的修正指数 对于普通螺纹，螺距 P2mm，加工材料b=0.75GPa 时，Cv=244 Xv=0.23,Yv=0.3,m=0.2.粗加工与半精加工同一把车刀，Kv=0.75. i=3,t 取 60min。解得 v=92m/min。考

6、虑到采用的是前角为零的车刀，且切削工件的直径不大，故为了提高系统刚度，减少刀具震动，提高加工精度，考虑综合因素，取速度 v=80m/min。（5） 选择刀片型号和尺寸选择刀片有无中心孔。由于刀片夹固结构为楔块式，因此选用有中心固定孔的刀片。 选择刀片形状。由于刀尖角为 60，故选用三角形刀片。 刀片精度等级。参照参考文献【1】2.4、2.5 节刀片精度等级的选择原则，选用 U 级。 选择刀片内切圆直径 d（或刀片边长 L） 。由于螺纹车刀与外圆车刀不一样，外圆车 刀的已加工表面是圆柱面，而螺纹车刀的已加工表面是螺纹槽，故刀片的实际长度应为几次径向进给的量的总和。故将个参数带入参考文献【1】式（

7、2.5） ，求出刀刃的实际参 加工作长度 Lse 则所选刀片边长 L 应为 因为是三角形刀片，所以选择刀片厚度 s。根据已选的 ap=0.8mm，f=1mm/r.通过参考文献【1】图 2.3（选择刀 片厚度的诺模图） ，求得刀片厚度 s4.8mm 选择刀尖角圆弧半径 。根据已选的 ap=0.8mm，f=1mm/r.通过参考文献【1】图 2.4 （选择刀尖角圆弧半径的诺模图） ，求得连续切削式的刀片厚度 2.4mm.但是考虑到 M10的螺纹螺距 P=1mm，如果用这样大的刀尖角圆弧半径加工的话，加工出来的螺纹 牙型是圆弧形，显然不能满足加工精度要求。故强制性的采用刀尖圆弧半径 =0.4mm， 以

8、保证加工精度。虽然这样降低了刀尖的强度，但是可以通过多次走到减小进刀深度达 到保护刀尖强度的目的。 选择刀片断屑槽的型式和尺寸。由于有了封闭式断屑槽，就会有前角的产生，而螺纹 车刀需要零前角，或者极小的前角。并且刀片已经有后角，又考虑到螺纹加工的屑不太多，故选用无断屑槽。 综合以上七方面的选择结果， 确定选用的刀片型号是 TBUA160404 （参考文献 【1】 2-12） 表 。 其具体尺寸为： L16.5mm，d=9.5250.08mm，s=4.760.13mm，d1=3.810.08mm， m=13.8870.13mm， r =0.40.1mm， 法向后角 nb=5，刀片刃倾角 nb =

9、0 4. 选用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，取决于刀片夹固结构及刀片的型号和尺寸。本题选择 与刀片形状相同的刀垫：正三角形，有圆孔。由参考文献【1】表 2.16 知其尺寸为： d=8.53mm, s=3.18mm,m=12.395mm, d=5.6mm, r=0.4mm 型号为 T16B,材料为 YG8.L=14.77mm, D=7mm, C=1.5mm, 5. 计算刀槽角度可转位车刀几何角度、刀片几何角度和刀槽几何角度之间的关系。由参考 文献【1】图 2.5 所示。由于螺纹升角的影响，螺纹车刀工作时，工作角度与标注角度相差太大（特 别是对于大螺距螺纹和多线螺纹），且一侧

10、的后角增大而另一侧的后角减小。 但对于本题影响很小，故可忽略不计。 刀槽角度的计算步骤为： 刀杆左刃偏角（几何上类似于主偏角）rg：rg=r=60刀槽的刃倾角sg:sg =s =0刀槽前角og:刀具前角0=0由参考文献【1】式（2.8）故og=0=0 验算车刀后角0，车刀后角的验算公式为：解得0=5 故取og=5 与所选角度值相近， 故可满足切削要求， 而刀杆后角og0， 刀槽右侧刃偏角车刀刀尖角r 的计算公式为 解得r=60故rg r = 60 验算车刀右侧刃后角（0，车刀“副后角”的验算公式为：将 og = 0.99o , sg = 0.57o , rg = 59.985o 带入，得： 解

11、得og=0 解得sg =0 再将og=0，sg =0带入式中得： 0=5。可以满足切削要求。 刀槽“副后角”og0，取og=5 综合上述计算，可以归纳出： 车刀的几何角度 左侧刃： 0 = 0 , 0 = 5 , r = 60 , s = 0 右侧刃：0 = 0 , 0 = 5 , r = 60 , s = 0 刀槽的几何角度：左侧： og = 0 , og = 5 , rg = 60 , sg = 0 右侧： og = 0 , og = 5 , rg = 60 , sg = 0 6. 计算铣制刀槽时需要的角度 计算刀具最大负前角gg 及其方位角gg 。 由参考文献【1】式（2.9） ，得 gg=0 由参考文献【1】式（2.10），得 gg=90计算刀槽切深剖面前角pg 和进给剖面前角fg 由参考文献【1】式（2.11）和式（2.12）得所以pg=0 pg=0 7. 选择刀杆材料和尺寸选择刀杆材料。选用45号钢为刀杆材料，热处理硬度为HRC3845，发黑处理。选择刀杆尺寸、选择刀杆截面尺寸。因加工使用 CA6140 普通车床，其中心高为 220mm。 按照参考文献【1】表 2.37，并考虑