“汽车主动伞齿轮”的工艺工装设计说明书

1、绪论毕业设计是大学学习过程中的重要环节, 也是学生在学校学习的最后一个重要环节。这次设计是为了进一步检验学生在学校期间的学习情况，也是在学生走向工作岗位之前的一次大的实践演习，重在培养学生综合运用所学的专业知识和基础理论知识的能力，独立解决一般机械类技术问题的能力，以及树立正确的设计思想和工作作风。经过将近历时一个学期的毕业设计，巩固了自己大学四年所学的专业知识，并且拓展了知识面，学到了许多课堂上学不到的知识，还从中掌握了一些实践经验中的技巧，在运用所学的理论知识与动手设计有机结合的过程中，提高了自己的设计能力和实践能力，而且初步形成了自己的设计理念。本论文设计中包括主动伞齿轮的工艺规程设计和

2、工艺装备设计及其加工过程中的刀具和量具设计（由于时间关系和能力，只设计了木以典型工序中的刀具和量具）等。在设计时，主要以汽车主动伞齿轮的工艺规程设计和工艺装备设计这两大部分为重点。此书中具体阐述了其工艺路线，并设计了一套与之相配套的专用刀具和量具（只是某一典型工序的刀具与量具），还设计了其中典型加工工序中所需要的两套夹具。此次设计，本着力求使所设计的工件实际、实用的原则来指导设计，在整个设计过程中，尽量是设计内容向实际加工靠拢，使设计更具科学性，更具合理性，其中所用的很多公式与参数均查阅于工厂一线的工具用书以及机械制造专业的专业技术手册。通过此次系统的动手设计，本人已初步掌握了一般零件的工艺路

3、线的拟订，并掌握了设计一般夹具、刀具和量具的设计方法，可以说对整个机械加工过程在自己的知识领域内有了系统的认识。在此次毕业设计过程中，得到了赵丽巍伟老师的悉心指导与帮助以及同组同学对我的设计也提出了许多宝贵的意见和建议，在此，对赵老师的指导以及同学们的帮助表示衷心的感谢。由于自我水平有限，且此次设计涉及面广，内容覆盖面广，时间仓促，其中一定会有这样那样的错误和不足，恳请老师批评指正和谅解。 工艺规程设计（汽车主动伞齿轮）1.1 零件分析该零件是汽车各种结构中一个传动结构的主传动零件，且为主动件，为主动伞齿轮。该主动伞齿轮与从动螺旋伞齿轮相配合，两个齿轮的轴线互相垂直，从而实现了力、转矩、速度、

4、传动比的传动，多用于高速，大功率机械装置的传动，由于是已逐渐接触的方式传动，因此比较安静，有较大的强度。该零件为伞齿轮且为主动轮，在传动结构中的作用至关重要，故其加工要求、加工精度、形位精度等要求都比较高。具体要求参照零件图。由零件图知，零件的材料为20CrMnTi 。分析零件可知，该零件是主动伞齿轮，在传动中要求有较高的精度，传动时有较好的耐磨性，且轮齿根部具有较高的韧性和冲击性。型号为20CrMnTi 的合金钢能满足这些要求，故选用该型号的钢。该零件上的主要加工面为外圆锥面、 0.0210.00265+-、480.008、滚压螺纹、 滚花键、钻2-5孔、铣齿轮等。该齿轮与从动轮相配合传动力

5、、速度和转矩，故齿面的加工精度要求较高；外圆锥面和48面是与其它零件之间的接触平面，直接影响该零件与其它工件之间的接触精度；花键是用于联接的表面，在加工时，应有较高的精度以及强度要求；由于5两孔相互垂直，钻孔时应保证两孔的形位精度要求。参考各工艺标准及切削手册的各种加工方法的经济精度，及机床能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。1.2 确定毛坯、画毛坯图根据材料及零件的机械性能确定毛坯的加工方法为锻造。由设计任务书已知零件的生产纲领为500010000件/年，零件的重量约为9，查表知零件的生产类型为大量生产（机械加工工艺手册第1卷表5.2-1）用查表法，根

6、据机械加工工艺手册第1卷表3.2-13.2-8，查外圆柱表面加工余量及偏差：表1.1 外圆柱表面加工余量及偏差 单位：mm确定锻件公差和机械加工余量的主要因素：（1）锻件重量 根据锻件图的基本尺寸进行计算，并以次数据查表确定公差和余量。该零件的重量约为9Kg 。（2）复杂系数S 由公式1S=错误！未找到引用源。 (1.1式中W 锻件-锻件重量W 外廓包容锻件-相应锻件外廓包容件的重量锻件形状复杂系数分为4级：简单（1S 0.631），一般(2S 0.320.63, 较复杂（3S 0.160.32），复杂（4S 0.16）。该锻件的形状复杂系数选一般。（3）分模线形状 分模线分为两类：平直分模线

7、和对称弯曲分模线；此毛坯件外廓为不对称弯曲分模线。（4）锻件材质系数 分为1M 和2M 两级1M ：钢的最高含碳量小于0.65的碳钢或合金元素的最高总含量小于3.0的合金钢。2M ：钢的最高含碳量大于或等于0.65的碳钢或合金元素的最高总含量大于或等于 3.0的合金钢。该锻件的合金元素分别为Cr 、Mn 、Ti, 它们的最高总含量小于3.0，故材质系数为1M 。（5）零件的加工表面粗糙度 零件的加工表面粗糙度是确定锻件加工余量的重要依据。当加工表面的粗糙度Ra 1.6um 时，其余量要适当加大。根据以上影响机械加工余量的各因素，包括锻件重量、加工精度、锻件复杂系数及工件尺寸，查表（机械加工工艺

8、手册第1卷表3.1-56）得模锻的单边余量为2.5mm ，孔径的单边余量为3mm 。由此可画出零件汽车主动伞齿轮的毛坯图，如下图所示： 图1.1 伞齿轮毛坯图1.3工艺规程设计粗基准的选择在选择粗基准时，要考虑到以下几点要求：第一，在保证各个加工表面均有加工余量的前提下，使重要的加工表面的加工余量均匀；第二，保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求，应以不加工表面为粗基准；第三，选择粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠。该锻件为轴类零件，在选择粗基准时，优先考虑了第一个要求，因此选了锻件的小端面为粗基准。精基准的选择选择精基准须满足以下要求：第一，用工序基准作为精基

9、准，实现“基准重合”，以免产生基准不重合误差；第二，当工件以某一组精基准可以方便地加工其它各表面时，应尽可能在多数工序中采用此精基准定位，实现“基准统一”，以减少工序设计的费用，提高生产率，避免基准转换误差；第三，为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可遵循自为基准的原则；第四，当精加工或光整加工工序要求余量尽量小而均匀时，应选择加工表面自身为精基准，即“自为基准”的原则。基于第一、第二两个原则，选择以锻件的小端面为粗基准，加工锻件的大端面即伞齿轮的大端面，再以此大端面为精基准。分析零件图，依据各个所要加工面的尺寸要求、加工精度、形位精度及配合关系和技术要求，现提出以下两种工艺路线方案：表1

10、.2 工艺规程方案一 表1.3 工艺规程方案二 方案分析 方案二的工序在排列时虽遵循了“工序集中”的原则，在一定程序上减少了工序。但过多的工序集中，难以保证加工精度。另一方面，考虑到该工件的生产纲领是大量生产，须保证生产效率。在方案一中，虽然工序比较分散，但由于每一工序的加工内容较少，便于流水线作业，以提高效率，降低成本。另外，方案二的热处理 工序也不合理，该工序精磨前、粗铣后。这样不像方案二那样，若将热处理工序放在最后，这时齿轮的表面强度、硬度、刚度均有所提高，再加工齿轮比较困难，花费工时较大，工作效率降低，生产成本增大。综合以上分析，选择方案一是比较合理的。该工件的生产纲领为5000100

11、00件/年。除却休息日，一年中的工作时间约为200天。若全年的最大生产量为10000件，那么一天的产量是 10000/200=50件。由此知道加工设备不需要专用机床，用通用机床即可。工件在各机床上的装卸及在各机床间的传递均由人工完成。下面分析各主要工序中所用的加工设备及刀具、夹具、量具。铣两端面和钻中心孔： 这是该工件的第一个工序。首先以小端面为粗基准铣大端面，之后把该大端面作为以后相关工序的精基准。这一工序很关键，涉及到后面相关工序的加工精度和形位精度等技术要求。因此，铣两端面和钻中心孔就合并在了一个工序中，这也反映了“工序集中”的原则。机床选用ZBT8216，根据金属切削手册表6-7选择三

12、面刃铣刀，钻具为中心钻，夹具为V 型块，量具为卡规。车外圆锥面和65等外圆 ： 工件为轴类零件，且为阶梯轴（除去伞齿轮）。65若选用普通车床，在车各外圆时切削量须不断调整，即浪费工时有难以保证加工精度，故选用仿形车床CE7120。夹紧方式采用双顶尖夹紧，刀具为机夹车刀，量具为专用卡规、样板。滚花键： 参考金属切削手册第二卷表18.3-7和18.3-8，选用半自动万能花键轴铣床YB6212，刀具为渐开线花键滚刀，用双顶尖夹紧，量具为渐开线花键环规。粗磨65外圆： 这是普通的磨削加工，磨床采用端面外圆磨床M120W, 夹紧方式采用双顶尖夹紧，磨削工具即为砂轮，量具为卡规和百分尺。钻5孔： 选用台钻

13、Z4006A 钻床，钻头选择直径为5mm 的5麻花钻，夹具为钻床专业夹具。在钻削时要随时去毛刺清除铁屑，以避孔所在的轴外圆表面划伤，保证表面粗糙度。滚压螺纹M271.5-6h ： 选用滚丝机床YG3603, 切削工具为滚丝轮，采用V 型块夹紧，量具为螺纹环规。滚压螺纹相比于切削加工具有以下优点：（1）材料利用率高；（2）螺纹表面能获得较细的表面粗糙度；（3）螺纹强度和表面硬度均有所提高；（4）用滚压加工工艺，容易实现自动化，生产率高，经济效益好。此些优点正好符合此零件的加工，所以选择液压螺纹。粗铣齿轮： 选用锥齿轮铣齿机床，刀具为9左刃双向粗切刀片，夹具为铣床专用夹具，量规为齿轮卡规。精铣齿轮

14、： 选用锥齿轮铣齿机床，刀具为9单向内切刀片，量规为齿轮卡规。粗磨外圆、端面： 同粗磨时一样，采用端面磨床M120W ，采用双顶尖夹紧，磨削工具为砂轮，量具为卡规和百分尺。最终检查： 检查加工精度，形位精度。根据机械加工工艺手册第一卷表3.2-23.2-48确定各主要工序的加工余量及偏差；由表4.1-94.1-29确定各主要工序的经济精度；由表4.2-4确定各种加工方法所能达到的表面粗糙度。工序之粗车65外圆： 加工余量2Z=2.3mm,公差等级为IT12，表面粗糙度a R 为12.5um 。工序之精车65外圆： 加工余量2Z=1.5mm,公差等级为IT9，表面粗糙度a R 为6.3um 。工

15、序之滚花键： 加工余量2Z=0.8mm,表面粗糙度a R 为3.2um 。工序之粗磨65外圆： 加工余量2Z=0.50m,表面粗糙度a R 为1.6um ，精度等级是2（GB197-63）。工序之钻孔5： 直接用5麻花钻一次加工完成, 公差等级为IT12，表面粗糙度a R 为6.3um 。工序之精铣齿面： 齿厚余量0.93mm ，表面粗糙度a R 为1.6um 。 工序之精磨48外圆： 加工余量2Z=0.01mm,表面粗糙度a R 为0.8um 。 工序之磨轴端面： 加工余量为Z=2.3mm,公差等级为IT11，表面粗糙度a R 为3.2um 。（1）粗铣大端面1 选择刀具 铣刀直径的大小直接

16、影响切削力、扭矩、切削速度和刀具材料的消耗，不能任意选取。该工序是端面铣，因此根据切削宽度0d 来选取刀具直径。根据切削用量简明手册表3.1（在该工序中，所用公式和数据如不特殊说明均来自切削用量简明手册），该工件的e a 90，选取刀具直径0d =100。工件为合金钢20CrMnTi ，因此刀具采用YT15硬质合金端铣刀，故齿数Z=5（表3.15）。2 选择切削用量确定切削深度p a 由于加工余量为2.3，可一次走刀完成，那么p a =2.3确定每齿进给量z f 根据ZBT8216型铣床说明书，其主轴电动机功率为7.5Kw, 选工艺系统刚度为中等，根据表3.3，z f =0.080.15/z，

17、选取z f =0.10/z选取铣刀磨钝标准及刀具寿命T 根据表3.7，铣刀刀后面最大磨损量为1.2。根据表3.8，确定刀具寿命T =180min 确定切削速度c V 和每分钟进给量f V根据表3.15，当0d =100，p a =2.5，z f =0.10/z时，t V =212m/min,t n =706r/min,ft V =248/min。各修正系数为：Mv k =Mn k =Mv k =1.27 tv k =tn k =tv k =0.65 ae k =aen k =aev k =1.0 故c V =t V v k =2121.270.651.0 =175m/min n=t n v k

18、 =7061.270.651.0=582r/min f V =ft V v k =2481.270.651.0=205/min根据ZBT8216型铣床技术参数，选择n=520r/min, f V =220mm/min。因此，实际切削速度和每齿进给量为错误！未找到引用源。 (1.2 f x =错误！未找到引用源。0.08mm/z (1.3检验机床功率 根据表3.23，已知20CrMnTi 的HBS=156159，抗拉强度为540M a P , 故M P a /HBS=560/160,p a =2.5, e a 90时，P c=3.1Kw根据ZBT8216型铣床技术参数，主电动机的总功率为 P c

19、 =7.5kw。因P c P c，所以确定的切削用量可以采用，即p a =2.5，n=520r/min，c V =182m/min, z f =0.08/z,f V =220mm/min。3）计算基本工时t m =错误！未找到引用源。（1.4）式中，L=l+y+,l=90。根据切削用量简明手册表3.26，查得入切量和超切量y+=30，那么L=90+30=120，故t m =120/220=0.55min（2）粗车65外圆1）选择刀具 选刀杆尺寸BH=1625 2）选择切削用量确定背吃刀量p a 前面经查表知毛坯的单边余量为2.5, 在这里取粗车加工余量为2，可以一次走刀完成，故p a =（70

20、-60）/2=2确定进给量f 根据切削用量简明手册表1.4（在该工序中，所用公式和数据如不特殊说明均来自切削用量简简明手册），在粗车时，当刀杆尺寸BH=1625，p a =2，及工件直径为70时，f=0.50.9, 这里选f=0.6/r选择车刀磨钝标准及刀具寿命T 根据表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为1，那么车刀寿命T=60min确定切削速度c V 切削速度c V 可根据公式算出，也可直接有表中查出。由表1.10，当用YT15硬质合金车刀加工抗拉强度b =540a MP 钢料（该工件材料为20CrMnTi, 抗拉强度为0.54G a P ）, 进给量为f=0.6/r，切削深度为p a =2时

21、，切削速度为t V =138m/min。由表1.28查得切削速度的修正系数为Tv k =1.0，Mv k =1.0，Sv k =0.8，tv k =1.0，故4/610F V c c c V =tv V k =1381.01.00.81.0=110M/min3. 1470V n r D = 5 （1.5）根据CE7120车床的技术参数，选择 n c=510r/min这实际切削速度c V 为 3. 1470510112/m i n 10001000Dn V m c = （1.6）检验机床功率 切削功率由公式计算P c =4/610F V c c （由金属切削简明手册表1.29）。有表1.19，当

22、b =540Ma P ，p a =2，f=0.6/r,c V =112m/min时，主切削力F c =1200N。切削力F c 的修整系数c k r F k =0.94，0c r F k =1.0（由表1.28），所以 F c =12000.941=1128N。故511281122. 1610610F V P Kw c =（1.7）根据CE7120车床的技术参数，主电动机最大功率max P =17Kw或22Kw 。因为P cmax P ，所以所选的切削用量可CE7120机车上进行。3）计算基本工5Lt m nf = （1.8）式中L=l+y+,l=48, 根据表1.26，车削时入切量及超切量y

23、+=2.7，则L=48+2.7=50.7。故550. 70. 17m i n 5100. 6L t m nf =（3）滚花键加工1）选择刀具 零件上的花键为渐开线花键，根据零件图要求，参照机械加工工艺手册第二卷第十八章之3.1节渐开线花键的规格尺寸及结构，选用压力角为30，模数为8的型渐开线花键滚刀，其外径d e =112，孔径D=40，全长L=112。2）选择切削用量确定进给量f a 因花键配合精度要求较高，故选为精加工。由第二卷表17.3-18选用进给量f a=1.5/r走刀次数S （切削深度）选择 整个加工一般不超过23次。因为花键的加工精度要求比较高，故选择走刀次数2次。滚刀耐用度T

24、的选择 由表17.3-10选择滚刀耐用度T=240min。 切削速度V由表17.3-19和17.3-20，当模数为8，f a =1.5/r时，切削速度 V =35m/min。各修整系数为1v k =1.25，2v k =0.9，3v k =1.0，4v k =0.75，5v k =1.2故V= V 1v k 2v k 3v k 4v k 5v k 5 （1.9）=351.250.91.00.751.2 =34.5m/mina f 工件每转进给量 /r D 花键轴大径 将a f =1.5/r,D=47代入得5(0l l l t m n f k a +=（1.10）式中l 花键长度 1l 滚刀切入

25、长度 （由表18.3-19查得1l =22） 2l 滚刀切出长度 （一般取35） N 键数 （由零件图知N=14）V q滚刀每分钟转数 r/nina f 滚刀进给量 /r k 滚刀头数 （取k=2）其中100000V n d a =，0d a 为滚刀直径，代入数据得0n =101r/min分别将各数据代入得(60224 143. 97/m i n1011. 52t m m +=（4）粗磨50外圆1）磨具选择 根据加工条件，选择代号为P2A 的双凹面砂轮。由机械加工工艺手册第二卷（在该工序中，所用公式和数据如不特别说明均来自该书）表13.2-18，令其外径为100，厚度为20。2）磨削用量选择

26、合理选择磨削用量，对磨削加工质量、精度和生产率均有很大的影响。 确定砂轮速度s V 由公式（参见第二卷135P -）100060d n V s =m/s （1.11） 式中d s砂轮直径 s n 砂轮速度 r/min已查得d s=100，令s n =5700r/min，将数据代入得3.1000600V m s s = 工件速度V s 工件速度与砂轮速度有关，其速度比q=V s /V w 。一般外圆直径取为q=60150，这里取q=120。则V w =V q=30/120=15m/min纵向进给量速度V f 一般根据经验公式，纵向进给量f a =（0.30.7）b s

27、（b s 为砂轮宽度）。在这里，b s =20，令V f =0.420=8。那么0. 3/m i n 1000f nV m f =磨削深度a p 根据经验值取a p =0.02（参见第二卷1371P -）。 纵向磨削力F t 磨削力的计算没有统一算法，现依据以下经验公式（参见第2卷136P -） F C a V V f b t F p s w a s-= （1.12） 自表13.1-4中查得系数分别为C F =21,=0.5,=0.9,=0.4,=0.6,=0。将各系数代入得0. 50. 90. 40. 6210. 02301581.42t F N -= 4）检验机床功率m P 主运动消耗的功

28、率为1000F V P m =Kw （1.13）式中F t切向磨削力N V s砂轮速度m/s 将数据代入公式得1. 42300. 0431000P Kw m = 根据M120w 型磨床的技术参数，电动机总功率为 P m =4.525Kw。因m P 3，故应乘孔深系数k lf =0.88，则 f=(0.140.180.88=0.120.16mm/r,取f=0.14mm/r确定钻头磨钝标准及寿命T 由表2.12，当0d =5时，钻头 后刀面最大磨损量取为0.6，寿命T=15min。确定切削速度V由表2.14，已知工件的材料为20CrMnTi ，强度为b =540Mpa，则工件的加工性属于6级。由表

29、2.13，当加工性属6级，f=0.14mm/r,d =5时, V c =14/min。由表2.31查得切削速度的修正系数为： k Tv =0.58，k Mv =0.82，k tv =1.0，k lv =0.74，故140. 580. 821. 00. 745V V k m c v= （1.15）100010005318/m i n3. 1450V n r d = （1.16） 检验机床扭Mc 矩及功率P根据表2.20，当0d =5，f=0.14mm/r时, 扭矩M t =2.69NM 。又扭矩的修正系数为k MM=0.88，k wM =1.0，故2. 690. 881. 02. 37M M k

30、 N m c t m =（1.17）根据机械加工工艺手册第二卷表10.4-11查得功率公式为300M V P Kwd = （1.18） 把各数据代入得2. 3750. 079305P K w =根据Z4006C 钻床的技术参数，知计算所得M c 和P 均小于额定扭矩和最大功率，故所选的切削用量均可采用。3）计算基本工时T mL T m nf= （1.19）式中, 27L l y l =+=，入切量及超切量由表2.29查得y +=2.5。故 272. 50. 66m i n3180. 14t m+=（6）滚压螺纹271.56M h - 1 选择滚丝轮确定滚丝轮直径 滚丝轮直径越大，滚压越平稳，滚

31、丝轮的寿命越长，但不能超过滚丝机床允许的最大滚丝轮直径。即 D D d m - （1.20） 式中D 计算滚丝轮线数所用的直径 D m机床允许的滚丝轮最大直径 （参见表16.6-24。注：本工序计算过程中所用公式、数据除特别说明外均来自机械加工工艺手册第1卷）。d 被滚压螺纹的公称直径 由表16.6-24查得本工序中滚压螺纹时所用机床型号为Z28-80，查得D m =150，又d =27，代入得15027123D mm -=。滚丝轮线数n 的计算（取整数）2D n d =（1.21） 式中2d 螺纹中径 将数据代入得 5n = 滚丝轮宽度B 的计算 计算公式为2(23 B l C P w=+

32、（1.22）式中l w 工件螺纹最长度 C 滚轮端部倒角 P 螺距 由表16.6-22查得C=2.5 , 又l w =1.5，代入得2822. 531. 537.B m m =+= 2）选择切削用量滚压速度选用 工件材料为20CrMnTi ，其强度b =540Mpa，由表16.6-25查得V=4070m/min,使V=50m/min。滚丝轮进给速度f 选用 当P=1.5，b =540Mpa时，由表16.6-29查得进给速度f=0.12/r。滚压时间的选用 在这里滚压所用时间主要受滚压螺纹时工件持续转数确定。当P=1.5，b =540Mpa时，由表16.6-30确定工件持续转数为11。滚压压力计

33、算 径向力： ( cos d d F K b Z r w -=+ （1.23） 切相力：2t r F K F = （1.24）式中s 工件材料屈服强度 2/N mmE 工件材料弹性模量 2/N mm2D 滚丝轮中径 1D 滚丝轮小径 w Z 工件螺纹线数工件螺纹牙型角b 工件螺纹牙顶或牙底宽度 12, K K 系数=-=-=，w Z 5, =60 ,b=0.286, 1K =3.5,2K =0.08,代入得F r 117615Nt F =0.06117615=9409N （7）粗铣齿轮用普通分度头，在卧式铣床或立式铣床上加工直齿锥齿轮。主要操作步骤如下： 1）调整分度头倾角：将分度头扳起一个跟

34、锥角f 。2）铣刀对中：用切痕法使铣刀廓形的对称线对准齿坯的中心。3）调整切削深度：以大端为基准，将工作台声高一个大端全齿高就可以铣齿槽中部。4）精铣大端面两侧余量：由于直齿锥齿轮成型铣刀的厚度是按锥齿轮小端面的齿槽厚度设计的。所以齿槽中部铣好后，齿轮大端面还有一定加工余量。 铣齿槽两侧面时，须逐个加工。如果先铣齿槽的右侧面，则可将已经铣好齿槽中部的齿坯逆时针旋转一个角度。角度按下公式计算Z =（1.25） 式中与刀号和节锥距与齿面宽之比R/b有关的基本旋转角 Z 被加工齿轮齿数由表17.10-4查得=33.9 ，又Z=13。将数据代入公式得33. 92. 613=为了使齿轮大端面齿厚达到规定

35、的数据，再齿坯转动角度后，还要将横向工作台移动一个距离S ，然后才能铣出槽的右侧齿面。工作台横向移动量S 的计算公式如下2TS m x=- （1.26） 式中T 铣刀中径处的厚度 m 模数x 与刀号和比值R/b有关的系数2 工艺装备设计（汽车主动伞齿轮）2.1 夹具设计 2.2专用刀具设计（1）设计条件和要求工件材料是20CrMnTi ，540MPa b =，切削宽度a w =9，加工余量2Z=1.52，表面粗糙度R a 为12.5um ，车床功率足够，要求设计硬质合金的外圆车刀。 （2）刀片形状的选择刀片的边数越多，刀尖角越大，强度好，散热条件也好，可延长刀具耐用度。同时边数多，刀刃多，刀片

36、利用率高，刀具寿命长。（使用寿命=刀尖数耐用度）。但边数多，切削刃长度也相应减小，不一定能满足切削宽度a w 的要求。所以刀具边数的选择原则是：在满足切削宽度a w 的前提下，尽量取大值较好。另外选择刀片形状时，还必须考虑它们的特点。三角形刀片加工时，径向力较小，广泛用于主偏角90K r =的车刀，车削带直角台阶的外圆、端面，也可用于一般外圆车刀、仿形车刀。在加工该工序时，车床为防形车床，且有带直角台阶的外圆，故选三角形刀片。 （3）刀片厚S 的确定刀片的厚度应满足强度要求，切削力的大小主要决定于走刀量f 和切削宽度a w 。因此刀片的厚度主要根据走刀量f 和切削宽度a w 的大小来选择，在满

37、足走刀量f 和切削宽度a w 的条件下，尽可能选用尺寸较小的刀片。参照刀具设计原理与计算图4-2-4，当0.6/, 9, 7w f m r a mm s mm =时。另外刀片厚度的选择，还要考虑允许重磨的次数，刀片固夹方式及受力状况（受力的方向，力的分布情况等），不要单纯考虑强度而造成刀片较厚和利润率不高。 （4）刀尖圆弧半径的选择刀尖圆弧半径主要根据刀尖强度及工件表面粗糙度的要求来选择。刀尖圆弧半径大，刀尖强度高，对提高表面粗糙度也有利。但径向力增加，可能工艺系统的刚度不够而引起振动，反而影响加工质量。若机床功率不够，还会造成闷车、打刀现象。参照刀具设计原理与计算（在刀具设计过程中所用公式与

38、参数若不特殊说明均来自刀具设计原理与计算）图4-2-5，当0.6/, 9, w f m r a mm =时刀尖圆弧半径1.6r mm =。 （5）切削角度的计算 参照表4-6-1选定刀具的参数具体如下1）车刀主偏角r K 根据工件形状、材料、粗糙度要求及工艺系统的刚度选定。常用的有4509093 、6、75、几种。选取90r K =2）车刀理论后角0 根据加工精度选定，一般粗加工为0=6 8 ，精加工为08= 12 ，选取06=3）车刀理论前角0 根据加工材料选定0= 15 。4）车刀刃倾角s 根据切屑流向要求及刀刃强度选择，为了保证后角及副角不能为负，s 不能为正值，选取6s =- 5）确定

39、所需刀刃的长度 当s 0时s i n c o s a pl se K rs =（2.3）1. 5l lse 式中ap 最大吃刀深度 l 要求的刀刃长度 l se 切削刃实际工作长度 把5ap mm =，90r K = ，6s =- 代入得55s i n 90c o s (6l m m se =- 6）由刀片生产图册查得刀片几何角度，刀片法向前角20np =，刀片法向后角0np= ，刀片刃倾角0sp = ，刀片刀尖角60rp = 。 车刀主截面内刀片前角，则t a n t a n c o s npops =（2.4）把20np=，6s =- 代入得0.364tan 0.3660.995op =。

40、那么 a r c t a n 0. 36620op= 车刀主截面内刀杆刀片槽前角oc 由公式o c o o p =- （2.5）把15, 20.09o op= 代入得5. 09oc =- 。由于oc 一般取整数，那么取5oc=- 。 车刀主截面内刀片后角op 由公式t a n t a n c o s o p n p s= （2.6） 把0np = ，6s =-代入得tan 0op=。那么0op = 车刀副偏角 K r 由公式 180(K K r r r =-+ （2.7）式中r 为车刀刀尖角，取60r = ，代入得 180(9060 30K r=-+= 。安装所形成的车刀副后角ou 由公式t

41、a n s i n ( t a n 1tan cos ( gc r gc ou gc r gc -=-+- （2.8） 式中gc 刀杆刀片槽最大前角r 车刀刀尖角gc刀杆刀片槽最大前角所在截面方位角把 8.45, 60, 45gcgc=-=代入得 2.27ou=。（6）结构设计刀具的结构设计应遵循以下原则：1）刀具的全部结构要素都应以充分发挥刀刃的切削作用为目的的；2）合理确定刀片的嵌入角；3）刀片的定位精度要高；4）夹固要可靠，要有足够的刚性和抗振能力；5）有合理可靠的装卡方式；6）结构要简单实用，工艺性好，便于制造，易于推广。分析加工要求，又考虑到是在仿形车床上加工，选取楔块式结构。这种结

42、构是利用斜面将刀片压紧的。当压紧螺钉将楔块向下压时，楔块的一个侧面将刀片内孔压紧在刀片中间孔的圆柱销上。当螺钉松开时，弹簧挡圈能抬起楔块，不使刀片与楔块卡死。刀垫是靠刀片中间孔与刀杆上的孔配合很紧密的圆柱销上的台阶压紧而定位的。这种结构的特点是：夹紧力大，夹紧牢固可靠。刀片的调位及换片也比较方便、迅速。结构也不复杂，工艺性较好。刀片前面上没有夹紧元件，切屑流动不受阻碍，也便于观察切削情况。2.3 专用量具的设计光滑极限量规用于检验国家公差与配合标准GB1800-78规定的基本尺寸至500mm 、公差等级IT6IT16级的孔与轴。我所设计的量规是用于检验主动伞齿轮上较重要的工作表面轴径0.021

43、0.00265+-轴所用的。国家检测标准中按泰勒原则（即极限尺寸判断原则）规定：轴的作用尺寸应不大于其最大实体尺寸MMS （最大极限尺寸），且在任何位置的最小实际尺寸应不小于其最小实体尺寸LMS （最小极限尺寸）。按此规定：检验工件最大实体尺寸MMS （即孔的最小、轴的最大极限尺寸）的量规称为通规（代号“T”），并要求通规的测量面应该是与孔或轴形状相对应的完整表面（通常称全形量规），其尺寸等于工件的最大实体尺寸，且长度等于配合长度；检验工件的最小实体尺寸LMS （即孔的最大、轴的最小极限尺寸）的量规称为止规（代号“Z”），止规的测量面应该是点状的，其尺寸等于工件的最小实体尺寸，见图3.1。 （

44、b）轴用量规（a）孔用量规图3.1 符合泰勒原则的光滑极限量规当用符合以上规定的量规检验工件时，如果通规能通过，止规不能通过，则该工件应该为合格品。在对工件进行检验时，如果由于零件结构特点或工艺要求所限定而无法使用满足泰勒原则的量规时，允许用违反泰勒原则的结构形式量规，但要注意使用方法。本设计按互换性与技术测量10选用单头双极限卡规，结构见图3.2。根据实用机械加工工艺手册3表9-77确定单头极限卡规的基本尺寸如下： D 75mmm m B m m H m m D 101141361= 图3.2 单头双极限卡规主轴的上下偏差为：es +0.021 ei -0.002mm 公差为：Th 0.023mm查互换性与技术测量表52可知：基本尺寸65的孔、轴的标准公差IT6=19mm IT7=30mm，此工件工作量规的尺寸可按IT6=19mm的制造公差T 和位置要素Z 计算，并确定量规的形状公差：卡规的制造公差： T=0.0028mm 卡规的位置要素： Z=0.0034mm 卡规的形状公差： T/2=0.0014mm1 画出公差带图 图3.3 轴用量规公差带图2 计算工作量规的极限偏差通规“T ”：上偏差es-Z+T/2+0.021-0.0034+0.0014+0.019mm 下偏差es-Z-T/2+0.021-0.0034-0.00