金属切削刀具课程设计-可转位外圆粗车刀.doc

实践教学环节课程名称刀具设计课程编码（金属切屑刀具设计）题 目： 可转位外圆粗车刀 学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 一、概述1二、加工表面1三、选择刀片加固结构1四、设计刀片材料2五、选择车刀合理角度2六、选择切削用量5七、 选择刀片型号和尺寸5八、选择硬质合金刀垫型号和尺寸6九、计算刀槽角度6十、计算铣制刀槽时需要的角度8十一、选择刀杆材料和尺寸9十二、选择偏心销及其相关尺寸9结论11致谢12一、概述硬质合金刀片是标准化、系列化生产的，其几何形状均事先磨出。而车刀的前后角是靠刀片在刀杆槽中安装后得到的，刀片可以转动，当一条切削刃用钝后可以迅速转位将相邻的新刀刃换成主切削刃继续工作，直到全部刀刃用钝后才取下刀片报废回收，再换上新的刀片继续工作。因此可转位式车刀完全避免了焊接式和机械夹固式车刀因焊接和重磨带来的缺陷，无须磨刀换刀，切削性能稳定，生产效率和质量均大大提高，是当前我国重点推广应用的刀具之一。二、加工表面工件30CrMn 2Mo13 HB269-302尺寸：自由锻毛坯：1251000，Ra =6.3 单边余量57图1 工件三、选择刀片加固结构考虑到加工在C630普通机床上进行，且属于连续切削，根据金属切屑刀具设计简明手册表1-1典型刀片加固结构简图和特点，采用偏心式刀片夹固结构。四、设计刀片材料有原始材料给定：被加工工件材料为30CrMn 2Mo13，连续切削完成粗车工序，金属切屑刀具设计简明手册附录表-4选取刀片材料（硬质合金牌号）为YT5。五、选择车刀合理角度根据刀具几何参数的选用原则，并考虑到可转位车刀的几何角度形成特点，选取如下四个主要角度：1、前角的设计查课本表得，根据刀具材料和工件材料的刀具的前角=1318。精加工的前角较大；粗加工和断续切削的前角较小；加工成形面前角应小，这是为了减小刀具的刃形误差对零件加工精度的影响。硬质合金刀具的抗弯强度较低，前角较小以上综述设计刀具前角=152、后角的选择原则精加工时为了减少摩擦，取较大值为812；粗加工时为提高刀具强度，取较小值为68。加工塑性材料，较软材料时，后角取较大值；加工脆性材、硬性材料时，后角取较小值；加工易产生硬化层的材料时，后角取大值。根据以上原则取=83、副后角的选择由于副后角的选择原则与主后角基本相同。故也为8。4、主偏角的选择主偏角大小优点：减小主偏角可使刀具强度提高，散热条件好，加工表面粗造度小；主偏角小，切削宽度bD长，故单位切削刃长度上受力小。增大主偏角，使背向力Fp减小，切削平稳；大的主偏角，切削厚度大，断屑性能好。由上得由于粗加工更注重于增大主偏角的优点，故取r=90。5、副偏角的选择查课本表得r为106取r=8。6、刃倾角的选择一般精加工时，为防止切屑划伤已加工表面，选择s=0+5；粗加工时，为提高刀具强度，选择s=0-5取s=-5。综上得：角rrs度数1588908-5正交参考系刀具角度图如下图2 正交参考系刀具角度图刃形选用刃口修圆(如图）图3 刃口图刀尖的形状选用修圆刀尖（如图）图4 刀尖形状图断屑槽 选用折线型外倾式（如图）取LBn为3mm，设计外倾式角度为8图5 断屑槽六、选择切削用量根据切削用量的选择原则，查表确定切削用量。粗车时切削深度ap=0.5mm，进给量f=0.4mm/r,切削速度v=50m/min.七、 选择刀片型号和尺寸 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。 选择刀片形状。按选定主偏角90，参照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）。 选择刀片精度等级。节刀片精度等级的选用原则，选用U级。选择刀片内切圆直径。根据已定ap=0.5mm，r=90，s=-5，代入下式，可得：Le=ap/sinkrcoss=2.208mmL1.5Le=1.5X2.208=3.3mm选择刀片厚度s。根据已选定的粗车时切削深度ap=0.5mm,进给量f=0.4mm/r,通过选择刀片厚度的诺模图，求得刀片厚度S2.5mm。选择刀尖圆弧半r。根据已选定的粗车时切削深度ap=0.5mm,进给量f=0.4mm/r,根据选择刀片厚度的诺模图，求得连续切削时的r=0.8mm。选择刀片断屑槽形式和尺寸，参照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FNUM190608R-A4,其具体尺寸为L=19mm，d=15.875mm，s=6.35mm，d1=6.35mm，r=0.8mm刀片刀尖角=82刀片刃倾角sb=0；断屑槽宽度Wn=4mm；取法前角nb=15。 图6 刀片厚度诺模图 图7 刀尖半径诺模图八、选择硬质合金刀垫型号和尺寸硬质合金刀垫型号和尺寸的选择，取决于刀片夹固接结构以及刀片的型号和尺寸。本题选择与刀片形状相同的刀垫，三角形中心有圆孔。其基本尺寸长度L=14.88mm，厚度S=4.76mm，中心孔直径d1=7.6mm。材料硬质合金YG8。九、计算刀槽角度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、刀杆主偏角rg=r=902、刀槽刃倾角sg=s=-53、刀槽前角og将0=7.5、nb =15、s=-5代入下式tanog=（tan0-tannb/coss）/(1+tannbtan0coss)=-0.133则og=-7.5验算车刀后角0。tan0=（tannb-tanogcoss）/（1+ tannbtanogcoss）当tannb=-tanogcos2s，将og=-7.5、s=-5代入上式得tan0=0.13则0=-7.44与所选角度数值相近，可以满足切削要求。而刀杆后角og0=-7.5。刀槽副偏角rg=r=180-r-r因为rg=r，rg=r,所以rg=180-r-r，车刀刀尖角的计算公式为cosr=cosrb1+(tangcosg)2-tangsinscoss 当rb=90时，cosr=-tangsinscoss将g=-7.5、s=-5代入得cosr=0.139r=82故rgr=180-82-90=8,取rg=8验算车刀副后角0。车刀副后角0的验算公式为：tan0=tannb-tanogcos2sg1+tannbtanogcossg当nb=0时，上式为：tan0=-tanogcos2sg而 tanog=-tanogcosrg+tansgcosrg tansg=tanogsinrg+tansgcosrg将 og=-7.5 sg=s=-5 rg=r=82 代入，得tanog=-tan（-7.5）cos82+tan（-5）sin82=-0.068所以 og=-3.908tansg=tan（-7.5）sin82+tan（-5）cos82=-0.143所以sg=-8.11再将og=-6.04 sg=-4.95 代入，得tan0=-tan（-3.908）cos2（-8.11）=0.067所以0=3.83 可以满足要求。刀槽副后角 og=0 故 og=3.83 取og=4综上，可归纳出车刀的几何角度：0=7.5 ，0=7.5，r=90，r=8，s=-5，0=3.83刀槽的几何角度：og=-7.5 ，og=7.5，rg=90，rg=8，sg=-5，og=4十、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将og=-7.5 sg=-5代入，得tangg=-tan2og+tan2sg=-tan2（-7.5）+tan2（-5）=-0.158所以gg=-8.98tangg=tanogtansg=tan（-7.5）tan（-5）=1.5所以gg=56.392、计算刀槽切深剖面前角pg和进给剖面角fg将og=-7.5 sg=-5 rg=90 代入，得tanpg=tan（-7.5）cos90+tan（-5）sin90=-0.0875tanfg=tan-7.5sin90-tan（-5）cos90=0.0125所以pg=-5 fg=-7.5十一、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HRC3845。2、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，按照表2.37，并考虑到为提高刀杆强度，选取刀杆截面尺寸 BH=2030mm2由于切削深度 ap=0.5mm，进给量f=0.4mm/r，可不比校验刀杆强度、选择刀杆长度尺寸为140mm图8 刀杆十二、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HRC4045，发黑。2选择偏心销直径dc和偏心量do=d1-（0.20.4）mmd1=6.35mm 则 d0=6.35-0.4=5.95mm偏心量：e=d02 X1710=0.3mm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前刀面上的位置d1=6.35mm，d=15.875mm，dc=5.95mm，e=0.3mm取 =30，代入，得m=15.8752+0.3sin30-6.35-5.952cos30=7.915mmn=15.8752-0.3cos30-6.35-5.952sin30=7.58mm结论在整个设计过程中，我综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能，完成了对可转位外圆车刀的设计，在本次设计过程中，我树立了正确的设计思想，学会了正确地使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书等进行设计计算，提高了数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。通过这两个星期的设计流程，形成了正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法，受益匪浅，对我以后的工作和学习，具有重要的意义。致谢本课题在选题及研究过程中得到老师的悉心指导。通过这次设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。在老师的精心指导和严格要求下，获得了丰富的理论知识，极大地提高了实践能力，并对当前刀具领域的研究状况和发展方向有了一定的了解，这对我今后进一步学习刀具方面的知识有极大的帮助。 在此，我还要感谢在一起设计学习的同学门，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，顺利完成此次课程设计。13