切削原理及刀具与数控技术三级项目

燕山大学
切削原理与刀具及数控课程CDIO项目
设计说明书
题目：硬质合金可转位车刀设计
学院（系）：
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时间：
燕山大学《切削原理与刀具》CDIO项目任务书院（系）：机械工程学院基层教学单位：机械研究所
1摘要
在给定切削条件下，经查阅刀具设计手册等资料，设计可转位车刀，内容包括可转位刀片的选型，几何参数（刀具角度）的确定，刀柄截面形状和尺寸的选择等。

刀具角度在二维图纸上进行标注，刀具的工作图及装配图进行三维模拟，以及在数控机床上的制造过程主要有刀具结构分析、确定加工方案、编写程序，将程序输入到数控机床，在机床上实际加工出刀柄的形状。

关键词：可转位刀片选型、刀具角度设计、刀柄结构、数控程序
2前言
刀具课程设计是机械制造类专业学生在学习“金属切削原理”及“金属切削刀具”课程及其他有关课程之后进行的一个教学环节，其目的是巩固和加深理论教学内容，培养学生综合素质，解决实际刀具设计问题的能力。

通过刀具课程设计，学生应达到:
1.掌握设计、计算刀具的能力。

2.学会绘制刀具工作图，标注必要的技术条件。

3.学会运用各种设计资料、手册及国家标准。

3项目的方案设计
3.1刀片加固结构
通常取负值,切屑流向已加工表面,半精加工。

可转为车刀刃倾角
s
参照《金属切削刀具课程设计指导资料》表2-1，由于工件材料为灰铸铁，采用偏心式结构。

3.2选择刀片结构材料
加工工件材料为HT21-40，连续切削，完成粗车工序，因此刀片材料可以采用YG 系列,YG6A(8N)。

3.3选择车刀合理角度
根据刀具合理几何参数的选择原则,并考虑可转位刀几何角度的形成特点,选取如下四个几何角度:
① 前角0γ:10°
② 后角a 0=10°
③ 主偏角γκ:根据题目要求,主偏角γκ=60°
④ 刃倾角s λ:刃倾角取s λ=-5°
后角a 0的实际数值及副刃后角a '0和副偏角'
γκ在计算刀槽角度时，经校验后确定。

3.4选择切屑用量
根据切削用量的选择原则，查表确定切削用量为：
粗车时,背吃刀量p a =3mm,进给量f=0.8mm/r,切削速度v=1.12m/min ；
半精车时,背吃刀量p a =1mm,进给量f=0.4mm/r,切削速度v=3.81m/s ；
3.5刀片型号和尺寸
①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。

②选择刀片形状
按选定主偏角γκ=60°,根据刀片形的选择原则,选用正方形刀片。

③选择刀片的精度等级
参照节刀片精度等级的选择原则,一般情况下选用U 级.
④选择刀片内切圆直径d(或刀片边长L)
根据已确定的背吃刀量p a =3mm, 主偏角γκ=60,刃倾角s λ=-5,将p a ,γκ,s λ代入下式可得刀刃的实际工作长L
se 为
L se =s sin cos a ρ
γκλ= 3.6077mm
令刀片的刃口长度L>1.5 L se =5.411mm,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p a =3mm,进给量f=0.8mm/r 及《机械制造技术基础课程补充资料》选择刀片厚度的诺莫图图2.3,求得刀片厚度S ≥5.59mm.
⑥选择刀尖圆弧半径εr .根据已选择的背吃刀量p a =3mm,进给量f=0.8mm/r 及《机械制造技术基础课程补充资料》选择刀尖圆角半径的诺莫图 2.4,求得连续切削时εr =14.12mm
⑦ 选择刀片断屑槽型式和尺寸.参照《机械制造技术基础课程补充资料》2.4.4.4节中刀片断屑槽类型和尺寸的选择原则。

根据已知的已知条件,选择A 型断屑槽.
综上7方面的选择结果,根据《机械制造技术基础课程补充资料》表2.10确定选用的刀片型号为SNUM150612-A4.
L=d=15.875mm;s=6.35mm;d 1=6.35mm;m=2.790mm; εr =1.2mm
刀片刀尖角b ε=90;刀片刃倾角sb λ=0;断屑槽宽W n =4mm;取法前角bn γ=20
3.6选择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 1=7.6mm.材料为高速钢YG8
3.7计算刀槽角度
可转为车刀几何角度,刀片几何角度,刀槽几何角度之间的关系:
刀槽角度的计算:
①刀杆主偏角rg k
rg k =γκ=60 ②刀槽刃倾角sg λ
sg λ=s λ=-5 ③刀槽前角og r
将0γ=10, bn γ=20, s λ=-5代入下式
tan og γ=s nb s bn λγγλγγcos tan tan 1cos /tan tan 00+-=-0.18 则og γ=-10.20,取og γ=-10 ④验算车刀后角a 0. 车刀后角a 0的验算公式为:
tan a 0=
= 当=0时，
==0.174 a 0=9.87 ，
⑤ 刀槽副偏角
k 'rg =k 'r =180-γκ-r ε k rg =γκ,rg ε=r ε 车刀刀尖角r ε的计算公式为
cos r ε= -s og λγsin tan cos s λ 将og γ=-10, s λ=-6代入上式得r ε=88.95
故k 'rg ≈k 'r =180-45-90.4=31.5 取k '
rg =31.05
⑥验算车刀副后角a '
0 车刀副后角的验算公式为:
tan a '0=''''''cos tan tan 1cos tan tan sg
og nb og og nb a a λγλγ+- 当a nb =0时, tan a '0= -'2'o tan cos
og g γλ 而tan 'og γ=-o tan g γcos rg ε+tan sg λsin rg ε tan '
og λ=-o tan g γsin rg ε+tan sg λcos rg ε 将os λ=-6, sg λ=s λ=-6,rg ε=r ε=90 代入上式，得
'og γ=-4.82 '
og λ=-0.18
将'og γ=-4.82 'og λ=-0.18代入tan a '0= -'2'o tan cos og g γλ 得到 a '0=9.87，满足切削要求 刀槽副后角a 'og ≈a '0,故a 'og =9.87,取a '
og =10 综上所示：
车刀的几何角度: 0γ=10, a 0=9.87, γκ=60, k 'r =31.05,s λ=-5, a '0=4.67 刀槽的几何角度: og γ=-10 , a og =10, k rg =60 , k 'rg =31.5, sg λ=-10, a 'og =5
3.8计算铣制刀槽时所需的角度
① 计算刀槽最大副前角gg γ及其方位角gg τ 将og γ=-10 , s λ=-10代入下式:。