机械制造技术基础可转位车刀设计大作业

Harbin Institute of Technology可转位车刀设计姓名：班级：班学号：指导老师：郭永丰日期：2014.05.09目录一.题目要求- 1 -二.刀具设计- 1 -2.1选择切削用量- 1 -2.2选择刀片夹紧结构- 1 -2.3选择刀片材料- 2 -2.4选择车刀合理几何参数- 2 -2.5确定刀片型号及基本尺寸- 3 -2.6选择硬质合金刀垫型号及尺寸- 4 -2.7计算刀槽角度- 4 -2.8计算铣制刀槽时所需的角度- 6 -2.9选择刀杆材料和尺寸- 8 -2.10选择偏心销及其相关尺寸- 8 -2.11绘制车刀结构简图- 9 -三.参考文献- 9 -设计说明书一.题目要求- 1 -设计一款专用的可转位车刀，加工如图1所示的工件，工件材料、尺寸及加工要求具体如下：工件尺寸：D=50mm，L=300mm。工件材料：TC4钛合金。表面粗糙度要求：Ra3.2。图1二.刀具设计根据工件直径D=50mm，长度L=300mm，因此可以选择在机床CA6140上加工。又要求其端面加工的表面粗糙度值达到Ra3.2，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.。2.1选择切削用量根据工件材料和加工精度要求，根据机械制造技术基础表3.22硬质合金车刀半精车外圆时的进给量及相关资料有关切削用量的推荐值，选择切削用量如下：粗车时：背吃刀量；进给量；切削速度。半精车时：背吃刀量；进给量；切削速度。2.2选择刀片夹紧结构由于加工工件材料为TC4钛合金，考虑到该材料硬度、强度较高，切削加工过程中的切削力较大，根据机械制造技术基础有关可转位车刀刀片加紧结构的介绍，选择偏心式的加紧结构，如图2所示。偏心式夹紧方式具有结构简单，使用方便等优点，采用螺钉偏心夹紧结构时，由于螺钉的自锁性，刀片的夹紧更为可靠。 图22.3选择刀片材料加工工件材料为TC4钛合金,连续切削,且加工工序为粗车、半精车两道加工工序，参考机械制造技术基础第二章内容，刀片材料可以采用YG或YGA系列。考虑到待加工工件含有钛元素，因此选用YGA系列更为合适，在此选择刀片材料为：YG3A。2.4选择车刀合理几何参数根据机械制造技术基础刀具合理几何参数的选择,并考虑可转位车刀的几何角度的形成特点,四个角度分别做如下的选择:（1）前角：根据机械制造技术基础，表3.16,工件材料为TC4钛合金 ,半精车,因此前角可选。（2）后角:根据机械制造技术基础，表3.17,工件材料为TC4钛合金,半精车,因此后角可选。（3）主偏角:考虑到待加工工件材料较硬，且需用该可转位车刀完成工件外圆、端面和倒角的加工，因此根据机械制造技术基础宜选用主偏角。（4）刃倾角:为获得大于0的后角及大于0的副刃后角，选择刃倾角。后角、副刃后角及副偏角的实际数值在计算刀槽角度时经校验确定。2.5确定刀片型号及基本尺寸（1）选择刀片有无中心孔：由于刀片夹紧结构已选定为偏心式,因此应选用有中心固定孔的刀片。（2）选择刀片形状：参考金属切削刀具设计简明手册，在选定刀片主偏角的前提下,应选用正方形刀片为宜。（3）选择刀片的精度等级：根据金属切削刀具设计简明手册，在一般情况下，选用U级即可。（4）选择刀片内切圆直径d(或刀片边长L)：根据已确定粗加工的背吃刀量， 主偏角,刃倾角，将、代入下式可得刀刃的实际参加工作长为：令刀片的刃口长度(即便长),便能保证切削工作顺利进行。（5）选择刀片厚度：根据已选择的背吃刀量，进给量，根据金属切削刀具设计简明手册图1.1-刀片厚度选择诺莫图，求得刀片厚度。（6）选择刀尖圆弧半径的确定：根据已选择的背吃刀量,进给量，参照金属切削刀具设计简明手册图1.2-刀尖圆角半径选择诺莫图,可求得连续切削时。（7）选择刀片断屑槽型式和尺寸：参照金属切削刀具设计简明手册有关断屑槽类型和尺寸的选择原则，根据已知的原始条件,选择A型断屑槽。断屑槽的尺寸是在选定刀片的型号和尺寸后确定的。综合上面七个方面的内容，根据金属切削刀具设计简明手册有关可转位车刀型号表示方法及相关表格，确定选用的刀片型号为。刀片具体尺寸如下：，中心孔直径，刀片刀尖角，刀片刃倾角，法后角，断屑槽宽，取法前角。2.6选择硬质合金刀垫型号及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刀垫形状和尺寸则取决于刀片夹紧固定结构及刀片的型号和尺寸。在此选择与刀片形状相同的正方形刀垫,中间带有圆孔。根据刀垫边长应略小于刀片边长，刀垫厚度也比刀片厚度略小的原则，可以确定刀垫尺寸如下：，,中心孔直径。2.7计算刀槽角度根据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，刀槽角度计算步骤如下:（1）刀槽主偏角：（2）刀槽刃倾角：（3）刀槽前角：可转位车刀的刃倾角较小（一般小于），所以，可用下式近似计算（4）验算车刀后角：车刀后角的验算公式为：将，代入上式得：故得后角：。后角与之前选定的相近，故无需再次校验，所以。而刀槽后角，故取。（5）刀槽副偏角：因为，而，式中车刀刀尖角。所以有车刀刀尖角的计算公式为由于刀片为正方形，所以,上式变为将,代入上式得所以。故有故取。（6）验算车刀副后角：车刀副后角的验算公式为由于,故有而将,，代入上两式得所以。所以。再将，代入副后角验算公式得所以副后角，可以满足切削要求。由于刀槽副后角,故,取。综合上述计算结果,可以归纳出:车刀的几何角度:,，,刀槽的几何角度:,，,2.8计算铣制刀槽时所需的角度（1)计算刀槽最大副前角及其方位角:当用预制斜铁铣制刀槽时，需要计算出刀槽的最大负前角及其方位角。刀槽最大负前角的计算公式为将，代入上式得:故可得。刀槽最大负前角所在剖面的方位角的计算公式为将，代入上式得:所以。（2）计算刀槽切深剖面前角和进给剖面前角：当用双坐标角度垫铁铣制刀槽时,需要计算出刀槽切深剖面前角和进给剖面前角。刀槽切深剖面前角的计算公式为将，代入上式得所以。刀槽进给剖面前角的计算公式为将，代入上式得所以。2.9选择刀杆材料和尺寸（1）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。（2）选择刀杆尺寸1）选择刀杆截面尺寸：根据所选用的加工机床型号为CA6140，车床的中心高度为220mm,参考金属切削刀具课程设计指导书表2.37,选取刀杆截面尺寸为:。由于粗加工背吃刀量，进给量，切削用量较小，故可认为刀杆强度满足要求。2）选择刀杆长度尺寸：参考金属切削刀具课程设计指导书，2.5.1.3节，选取刀杆长度为160mm。2.10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，发黑处理。（2）选择偏心销直径和偏心量：偏心销直径可用下式求出：根据，取括号内较大值0.35mm，则偏心量可用跟据下式计算，即：所以可以取。为使刀具夹紧可靠,可选用自锁性能较好的螺钉偏心销,并取螺钉偏心销转轴半径。（3）计算偏心销转轴孔中心在刀槽前刀面上的位置：设偏心轴销轴孔中心到刀片相邻两边的距离分别为m,n,则m,n的值可以根据下面的公式计算得，即：根据前面已选好的各尺寸：并取得综上可得：,。2.11绘制车刀结