S刀片45°直头外圆车刀设计

1、沈阳理工大学应用技术学院机械制造基础课程设计 第1部分刀具部分 设计题目：工件材料GCr15,使用机床CA6140加工后dm=30,Ra=3.2,需粗，半 精车完成，加工余量自定，设计装 S刀片45偏头外圆车刀。 设计步骤： 1.1选择刀片夹固结构 考虑到加工是在CA6140普通机床上进行，属于连续切削，参照典型车刀夹 固结构简图和特点，采用杠杆式刀片夹固结构。 1.2选择刀片材料 由原始条件结构给定：被加工工件材料为GCr15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 YG6X 1.3选择车刀合理角度 根据刀具合理几何参数的选择原则，并考虑到

2、可转位车刀：几何角度的形成 特点，选取如下四个主要角度 (1) 前角=14，后角=6 ,(3)主偏角=45, 刃倾角=-6 后角0的实际数值以及副后角和副偏角在计算刀槽角度时，经校验后确定。 1.4选择切削用量 根据切削用量的选择原则，查表确定切削用量为： 粗车时：切削深度 a p =3 mm 进给量f=0.6mm/r，切削速度v=110m/min 半精车时 a p =1 mm f=0.3mm/r,v=130mm/min 1.5选择刀片型号和尺寸 1.5.1选择刀片有无中心固定孔 由于刀片夹固结构已选定为杠杆式，因此应选用有中心固定孔的刀片 1.5.2选择刀片形状 按选定的主偏角=45。，选用

3、正方形刀片。 1.5.3选择刀片精度等级 选用U级 1.5.4选择刀片边长内切圆直径d （或刀片边长L） 根据已选定的ap,kr s,可求出刀刃的实际参加工作长度 Lse。为; = ap se = sin kr cos s =4.267mm L1.5L aP se sin kr cos =6.401mm 因为是菱形，Ld6.401 1.5.5选择刀片厚度S 根据ap,f，利用诺模图，得S 4.8 1.5.6选择刀尖圆半径r 根据a p ,f, 利用诺模图，得连续切削r =1.2 1.5.7选择刀片切屑槽型式和尺寸 根据条件，选择A型。当刀片型号和尺寸确定后，断屑槽尺寸便可确定 确定刀片型号：S

4、NUM190612-A5尺寸为 L=d=19.05mm,S=6.35mm,d 仁 7.93mm,m=3.452,r=1.2mm 刀片参数：精车刀尖角r=90O，刃倾角 入sn=0,法后角sn=0,法前角 sn=20,断屑槽宽 wn=4mm 1.6确定刀垫型号和尺寸 硬质合金刀垫型号和尺寸的选择，取决于刀片夹固结构的需要及刀片型号和 尺寸： 适合于杠杆式夹固结构的需要，并于刀片型号SNUM190612-A相对应的硬质 合金刀垫的型号为：S15B,其具体尺寸为： L=d=18.05mm,S=6.35mm,d1=8.7mm, r =1.6,D=10.3mm C=2.0mm 1.7计算刀槽角度可转位车

5、刀几何角度、刀片几何角度和刀槽几何角度之间的关 系 1.7.1 刀杆主偏角 22 Krg =Kr =450 1.7.2 刀槽刃倾角 sg sg = s =-6 1.7.3 刀槽前角og tan og 刀槽底面可看作前刀面，则刀槽前刀角 tan nb tan。一 cos s 1 tan o tan nb cos s og的计算公式为: 将 o =14， nb =20 s =-6 0代入式 得： tan g =-0.107 则 og =-6.107 取 og =-6 1.7.4验算车刀后角 车刀后角 0的验算公式为 tan (tan nb tan g cos s) cos s 0 = 1 tan

6、nb tan og cos s nb =0 时, 将 og=1， s =-6 代入 tan 0=0.1040 0=5.937 与所选后角值相近，可以满足切削要求 而刀杆后角 og 故 og =5.937 ，取 og =6 1.7.5刀杆副偏角Kg K rg=Kr 而 K r =180 -Kr- r 又 t rg = r , Krg =Kr -Kg=180 -K rg - rg =180 -K r - r 车刀刀尖角r的计算公式为 cot r=cot rb 1 (tan og cos s)2 tan og sin scos 将 rb =90 = 14 ?og s =-6 代入 得 cot r =

7、cotrb - 1(tan og cos 2 s)tan og sin scos s 则 r =90.63 故 K =K rgr =180 45 90.63 =44.37 取 K rg =44.5 1.7.6检验车刀副后角o 车刀副后角o 的验算公式为 tan (ta n nb tan og cos rg ) COS rg 1 tan nb tan。g cos rg 当nb =0 时，贝U式为 tan a o =-tan 2 og cos rg tan 丫 og = -tan og cos rg +tan rg sin rg tanrg =tan og sin rg +tan rg cos r

8、g 将 og =-6 , rg = r=-6 , rg = r =90.63 代入得： tan og =-tan (-6 ) cos90.63 +tan (-6 ) sin90.63 =-0.106 则og =-6.05 tanrg =tan (-6 ) sin90.63 +tan (-6 ) cos90.63 =-0.104 则；g =-5.94 再将 og =-6.05 ， og =-5.94。代入式 得：tan=-tan(-6.05) cos2 (-5.94) =0.105 则o=5.99 可以满足切削要求 而刀杆副后角og = o 故 og =5.99。，取 og =60 综合上述计算

9、结果，可以归纳为: 车刀的几何角度为： o=14, o =5.94 , Kr =45 ,K； =14.37 , s=-6 o =5.99 刀杆于刀槽的几何角度为; og =-6 og =6, Krg =45, Krg =14.5, rg =-6 og =6 1.8选择刀杆的材料和尺寸 (1) 选择刀杆材料 选用45钢为刀杆材料，热处理硬度为 HRC38-45发黑。 (2) 选择刀杆尺寸 1)选择刀杆截面尺寸 因为加工使用CA6140车床加工，其中心高为200mm并考虑到位提高刀杆，选取 刀杆的截面尺寸B H=20 25mm 由于切削深度ap=3,进给量f=0.6/r，可以不必校验刀杆强度。 2

10、）选择刀杆长度尺寸 选取刀杆长度为150mm 1.9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HRC40-45发蓝。 （2）选择偏心销直径de和偏心量e dc=d1-（0.2 0.4）mm 前面已经选定d1=6.35，括号内取最大值0.4 贝U dc=5.95mm 偏心值e即 do 出 m sin cos 2 d n= cos 2 d_sin 2 2 1 =1 ,则上式成为 并取螺钉偏心销转轴直径 1 2 2 为使计算方便取 1 =2 =0.13, d。d2，, 0.13d0.77mm 取 e=0.75 为使刀片夹固可靠，选用自锁性能较好的螺钉偏心销，

11、d2为 M6 （3）计算偏心销转轴孔中心在刀槽前面上的位置 用公式将m和n求出 2 根据前面已选定的尺寸知 d16.35mmd 15.875mm do 5.95mm0.75mm 取 30 贝U m=8.14mm n=7.19mm 第2部分 工艺部分 2.1零件的作用 轴是组成机器零件的主要零件之一。一切做回转运动的传动零件(例如： 齿轮，蜗轮等)都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此，轴的主要 功用是支撑回转零件和传递运动和动力。 按照承受载荷的不同，轴可以分为转轴，心轴，和传动轴三类。工作中，既承受 弯矩又承受转矩的轴称为转轴。这类轴在各种机器中最为常见。只承受弯矩而不 承受转矩的轴

12、称为心轴。心轴又分为回转心轴和静止心轴两种。只能承受转矩而 不承受弯矩的轴叫传动轴。 2.2零件的工艺分析 (1) 对于7级精度、表面粗糙度Ra0.80.4卩m的一般传动轴，其工艺路线 是：正火-车端面钻中心孔-粗车各表面-精车各表面-铣花键、 键槽-热处理 修研中心孔一粗磨外圆一精磨外圆一检验。 (2) 轴类零件一般采用中心孔作为定位基准，以实现基准统一的方案。在单 件小批生产中钻中心孔工序常在普通车床上进行。 在大批量生产中常在铣端面钻 中心孔专用机床上进行。 (3) 中心孔是轴类零件加工全过程中使用的定位基准， 其质量对加工精度有 着重大影响。所以必须安排修研中心孔工序。修研中心孔一般在

13、车床上用金刚石 或硬质合金顶尖加压进行。 (4) 轴上的花键、键槽等次要表面的加工，一般安排在外圆精车之后，磨削 之前进行。因为如果在精车之前就铣出键槽，在精车时由于断续切削而易产生振 动，影响加工质量，又容易损坏刀具，也难以控制键槽的尺寸。但也不应安排在 外圆精磨之后进行，以免破坏外圆表面的加工精度和表面质量。 (5) 在轴类零件的加工过程中，应当安排必要的热处理工序，以保证其机械 性能和加工精度，并改善工件的切削加工性。一般毛坯锻造后安排正火工序，而 调质则安排在粗加工后进行，以便消除粗加工后产生的应力及获得良好的综合机 械性能。淬火工序则安排在磨削工序之前。 2.3零件表面加工方法的选择

14、 传动轴的加工面有键槽、端面、退刀槽、越程槽。因此主要采用车削和外圆 磨削。因为轴两边的精度较高所以要进行磨削，所以外圆加工的方法为：粗车- 半精车-磨削 外圆表面加工方案 粗车 1112 5012.5 半精车 810 6.33.2 精车 67 1.60.8 磨削 67 0.80.4 加工方案经济加工 :精度等级（IT ）表面粗糙度f 键槽加工方案 Ra/ 卩 m 加工方案 经济加工精度等级（IT） 表面粗糙度Ra 铣 1112 12.5 2.4加工方案的选择 241加工方案 万案一 工序1 铣轴的两端面，打中心孔 工序2粗车外圆大小端各外径 工序3 半精车，倒角 工序4铣键槽 工序5精车，切

15、退刀槽 工序6调质 工序7去毛刺 工序8磨削 工序1车轴一端打中心孔 工序2 车轴另一端打中心孔 工序3半精车倒角 工序4精车，切退刀槽 工序5 调质 工序6 铣键槽 工序7 去毛刺 比较上面两方案，方案一在加工两中心孔时存在同轴度误差， 若把铣键槽放在精 车之前，在精车时断续车削容易引起振动， 影响加工质量。综上所述方案二合理 本设计的加工方法如下： 1. 端面：公差等级IT12，表面粗糙度Ra12.5卩m,需进行铣削加工。 2. 35外圆表面：公差等级IT7，表面粗糙度为Ra1.6卩m需进行粗车，半精 车，精车。 3. 40外圆表面：公差等级IT7，表面粗糙度为Ra12.5卩m需进行粗车，

16、半 精车，精车。 4. 60外圆表面：公差等级IT6，表面粗糙度为Ra1.6卩m需要进行粗车，半 精车或磨削加工。 5. 30外圆表面：公差等级IT6，表面粗糙度为Ra1.6卩m需要进行粗车，半 精车或磨削加工。 6. 20外圆表面：公差等级IT6，表面粗糙度为Ra1.6卩m需要进行粗车，半 精车或磨削加工 2.4.2加工的技术要求 (1) 尺寸精度轴类零件的主要表面常为两类，一类是与轴承的内圈配合的外 圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为 IT5IT7 ;另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，通常 为 IT6IT9。 (2) 几何形状精度主

17、要指轴颈表面、外圆面等重要表面的圆度、圆柱度。其 误差一般应限制在尺寸公差范围内， 对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何 形状精度。 (3) 相互位置精度包括内、外表面，重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重 要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。 (4) 表面粗糙度轴的加工表面都有粗糙度的要求， 一般根据加工的可能性和 经济性来确定。 2.5传动轴毛坯材料及加工余量毛坯 2.5.1传动轴毛坯： 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻 件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径 相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械

18、加工的工 作量，还可改善机械性能。 根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生 产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。 2.5.2 传动轴材料 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的 热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。 45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到 较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬 度可达4552HRC 40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质 和淬火后，具有较好的综合机械性能。 轴承钢GCr15和弹簧钢65M

19、n经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50 58HRC并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。一 般在满足使用要求的前提下，尽量采用国家资源丰富的材料 2.5.3确定锻件加工余量及形状： 加工表面 工序名称 加工余量 工序尺寸 尺寸公差 表面粗糙度 （卩m 35 精车 0.5 35 Ra6.3 卩 m 粗车 2 36 Ra12.5 卩 m 毛坯 40 40 精车 0.08 40 H6 Ra1.6 卩 m 半精车 0.8 40.4 H12 Ra6.3 卩 m 粗车 2 42 H12 Ra12.5 卩 m 毛坯 45 60 精车 0.1 60 H7 Ra1.6 卩 m 半精车

20、0.9 60.2 H9 Ra6.3 卩 m 粗车 2 63 H12 Ra12.5 卩 m 毛坯 65 30 精车 0.1 30 H7 Ra1.6 卩 m 半精车 0.9 30.2 H9 Ra6.3 卩 m 粗车 4 32 H12 Ra12.5 卩 m 毛坯 35 20 精车 0.1 20 H7 Ra1.6 卩 m 半精车 0.9 20.2 H9 Ra6.3 卩 m 粗车 4 22 H12 Ra12.5 卩 m 毛坯 25 2.6工艺规程设计 2.6.1定位基准的选择 （1）粗基准的选择：由于本传动轴全部表面均需加工， 而轴的中心线作为精基 准，应该选择该传动轴的一端面作为主要的定位粗基准。 （

21、2）精基准的选择：本零件是传动轴，孔是其设计基准亦是其装配基准和测量 基准，为避免由于基准不重合而造成的误差且考虑到要保证零件的加工精度和装 夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，应该选择传动轴的中 心线以及粗加工后的端面为主要的定位精基准。 2.6.2热处理 （1）锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化， 消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。 （2）调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。 （3）表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。 （4）精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理

22、 2.6.3拟定工艺规程 定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削之前各需安排一次 修研中心孔的工序。调质之后修研中心孔为消除中心孔的热处理变形和氧化皮， 磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和减小锥面的表面粗糙度值。 拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加 工。在半精加工C 35mmC 40mm外圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出 各退刀槽、倒角和螺纹；三个键槽应在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这 样可保证铣键槽时有较精确的定位基准，又可避免在精磨后铣键槽时破坏已精加 工的外圆表面。 在拟定工艺过程时，应考虑检验工序的安排、检查项

23、目及检验方法的确 定。综上所述，所确定的该传动轴加工工艺过程见表。 机械加工工艺过程卡片 沈阳理工大学应用技 术学院 机械加工工艺过程卡 产品类 型 ZSY 零件图 号 01-01 共页 片 产品名 称 减速箱 零件名 称 传动轴 第页 材料牌号 GCr15 毛坯种 类 锻件 每毛坯件 数 1 台件数 1 工序 号 工序名称 工序内容 车间 工段 设备 工装 1 下料 下料 2 钻中心孔 加一头伸出长40mm车端面钻中 心孔 机加工 CA6140 三抓 卡盘 3 粗车 一加一顶 机加工 CA6140 一夹 一顶 4 钻中心孔 调头夹左端装中心架车右端面钻 机加工 CA6140 三抓 卡盘 中心

24、孔 5 粗车 车右端外圆 机加工 CA6140 一夹 一顶 6 调质处理 调制热处理217-255HBS 热处理 7 修中心孔 修研中心孔 机加工 CA6140 三抓 卡盘 8 半精车 半精车左端外圆切槽倒角 机加工 CA6140 一夹 一顶 9 半精车 调头半精车有段尺寸切槽倒角 机加工 CA6140 一夹 一顶 10 精车 精车左端外圆至尺寸 机加工 CA6140 双顶 尖 11 精车 精车右端外圆至尺寸 机加工 CA6140 双顶 尖 12 划线 花键槽线 机加工 13 铣键槽 铣键槽 机加工 X6132 264加工顺序的安排 (2)加工工艺路线为：下料f锻造f正火f粗加工f调质f半精加

25、工f淬火f 精加工一划键槽线一铣槽一粗磨f低温时效f精磨f低温时效f检验。 265制定工艺路线 根据零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能 达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下。可以考虑采用万能性机床配以 专用工卡具，并且尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应该考虑经济 效果，以便使生产成本尽量下降。 加工条件：加工材料采用 GCr15经调质处理后的锻件 工序1 粗车轴的两端面，打中心孔 机床：采用组合车床加专用夹具 刀具：YT6硬质合金外圆车刀 工序2 粗车外圆大小端各外径 机床：CA6140卧式车床，转速 n=400r/min 刀具：查简明手册选用YT6硬质

26、合金外圆车刀，主偏角为45 后刀面最大磨损限度1.01.4,刀具寿命60min. 切削速度 vc= n dn/1000=3.14x47x400/1000=59.032m/min 进给量：f=0.05mm/r 进给速度：vf=fn=0.05x400=20mm/mi n 加工工时：tm=L/ vf 端面加工 毛坯 40段 加工 35 从 40切削至 36,背吃刀量ap=1.8mm切削长度L= 20mm; 加工工时tm=L/ vf=1min 加工 35 从 40切削至 36,背吃刀量ap=1.8mm切削长度L= 20mm; 加工工时tm=L/ vf=1min 毛坯 45段 加工 40 从 45切削至

27、 42,背吃刀量ap=4.3mm 切削长度L=8mm 加工工时 tm=L/ vf=0.4min 加工 40 从 45切削至 42,背吃刀量ap=4.3mm 切削长度L=8mm 加工工时 tm=L/ vf=0.4min 毛坯 60段 加工 60 从 65切削至 62,被背吃刀量ap=4.3mm切削长度为60mm 加工时间tm=L/ vf=3min 毛坯 35段 加工 30 从 35切削至 32,背吃刀量ap=4,3m,切削长度L=43mm 加工时间 tm=L/ vf=2.15min 毛坯 25段 加工 20 从 25切削至 22,背吃刀量为ap=4.3mm切削长度L=53mm 加工时间 tm=L

28、/ vf=2.65mm 第二道工序所需工时 Tm=10.6min 工序3半精车，倒角 加工 35 从 36切削至 35.5，背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=20mm 加工工时tm=L/ vf=1min 加工 40 从 42切削至 40.4，背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=8 加工工时 tm=L/ vf=0.4mi n 加工 60 从 62切削至 60.2，背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=60mm 加工工时tm=L/ vf=3mi n 加工 30 从 32切削至 30.2 , 背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=43mm 加工工时 tm=L/ vf=2.15min 加工 20

29、 从 22切削至 20.2 , 背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=53mm 加工工时 tm=L/ vf=2.65min 车倒角车刀 选用kr=45的直头通切车刀车45倒角 工序所需工时Tm=10.6min 工序4精车，切退刀槽 加工 35 加工 40 加工 60 加工 30 加工 20 切退刀槽 从 35.5切削至 35,背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=20mm 加工工时tm=L/ vf=1min 从 40.4切削至 40,背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=8 加工工时 tm=L/ vf=0.4mi n 从 60.2切削至 60,背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=60mm 加工工时tm=L/ vf=3mi n 从 30.2切削至 30, 背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=43mm 加工工时 tm=L/ vf=2.15min 从 20.2切削至 20, 背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=53mm 加工工时 tm=L/ vf=2.65min 取a=1.5和a=2的切槽刀