金属切削刀具课程设计

？1 绪论刀具的发展切削加工是现代制造业应用最广泛的加工技术之一。

据统计，国外切削加工在整个制造加工中所占比例约为80％～85％，而在国内这一比例则高达90％。

刀具是切削加工中不可缺少的重要工具，无论是普通机床，还是先进的数控机床(NC)、加工中心(MC)和柔性制造系统(FMC)，都必须依靠刀具才能完成切削加工。

刀具的发展对提高生产率和加工质量具有直接影响。

材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素，其中刀具材料的性能起着关键性作用。

国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出：“由于刀具材料的改进，允许的切削速度每隔l0年几乎提高一倍”。

刀具材料已从20世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐热温度已由500～600℃提高到1200℃以上，允许切削速度已超过1000m／min，使切削加工生产率在不到100年时间内提高了100多倍。

因此可以说，刀具材料的发展历程实际上反映了切削加工技术的发展史。

设计目的金属切削刀具课程设计是学生在学完“金属切削原理及刀具”等有关课程的基础上进行的重要的实践性教学环节，其目的是使学生巩固和深化课堂理论教学内容，锻炼和培养学生综合运用所学知识和理论的能力，是对学生进行独立分析、解决问题能力的强化训练。

通过金属切削刀具课程设计，具体应使学生做到：(1) 掌握金属切削刀具的设计和计算的基本方法；·(2) 学会运用各种设计资料、手册和国家标难；(3) 学会绘制符合标准要求的刀具工作图，能标注出必要的技术条件。

2 成形车刀设计被加工零件如图1.所示，工件材料为：青铜；硬度HBS115 ；强度σb = 360Mpa 。

棱体成形车刀的结构尺寸棱体成形车刀多采用燕尾结构，夹固可靠，能承受较大切削力。

主要结构尺寸有：刀体总宽度0L 、刀体高度H 、刀体厚度B 及燕尾尺寸M 等。

图1（1） 刀体总宽度0L ，如图1所示c L L 0，式中：c L ——成形车刀切削刃总宽度，d c b a l L c ++++=l ——工作廓形宽度；(d c b a 、、、——成形车刀的附加刀刃；a ——为避免切削刃转角处过尖而设的附加刀刃宽度，常取为~3mm 。

b ——为考虑工件端面的精加工和倒角而设的附加刀刃宽度，其数值应大于端面精加工余粮和倒角宽度。

为使该段刀刃在主剖面内有一定后角，常作成偏角 45~15=γk ，b 值取为1~3mm ；如工件有倒角，γk 值应等于倒角角度值，b 值比倒角宽度大1~1.5mmc ——为保证后续切断工序顺利进行而设的预切槽刀刃宽度，c 值常取为3~8mmd ——为保证成形车刀刀刃延长到工件毛坯表面之外而设的附加刀刃宽度，常取d =~2mm 。

（2） 刀体高度H 刀体高度H 与机床横刀架距中心高度有关。

应在机床刀夹空间允许的条件下，尽量取大些，以增加刀具的重磨次数。

一般推荐H=55~100mm 。

（3） 刀体厚度B 刀体厚度B 应保证刀体有足够强度，要易于装入刀夹，排屑方便，切削顺利。

最小厚度应满足0max )5.0~25.0(L A E B ≥--，m ax A 为工件最大廓形深度。

（4） 燕尾测量尺寸M 燕尾测量尺寸M 值应与切削俄未能总宽度c L 相适应。

：此外，为调整棱体成形车刀的高度，增加成形车刀工作时的刚度，刀体地不做有螺孔以旋入螺钉，螺孔常取M6。

棱体成形车刀材料及几何尺寸 1）选择刀具材料参考附录表5，选择普通高速钢W18Cr4V 制造 2）选择前角f γ与后角f α3）由表2-4，f γ选择 0，f α在 17~12。

因此取 0=f γ， 15=f α。

4）画出刀具廓形计算图取 20=τu ，mm a 3=，mm b 2=，mm c 6=，mm d 1=。

标出工件廓形各组成点1-14以0-0线（通过9-10段切削刃）为基准（以便于对刀），计算出1-14各点处的计算半径jx r （为避免尺寸偏差值对计算准确性的影响，故常采用计算尺寸——计算半径、计算长度和计算角度来计算），=jx r 基本半径±2半径公差mm mm r r j j 921821=== mm mm r r j j 475.12221.022543=⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-== mm mm r r j j 490.12102322275=-⎪⎭⎫⎝⎛==mm mm r j 975.1441.02306=⎪⎭⎫ ⎝⎛-==8j r mm mm r j 811=- ==109j j r r mm mm r j 728=-mm mm r r r j j j 116.1120tan 5.071211=⎪⎭⎫ ⎝⎛-== ？图25）在以1点为基点，计算出计算长度jx l2公差基本公差±=jx l mm l j 487=mm l j 106= mm l j 205=—mm l j 402= mm mm l j 075.15)23.0215.015(3=+-= 6）确定刀具结构尺寸mm mm d c b a l L j c 601623487=++++=++++=，H=75mm ，F=40mm ，B=45mm ，mm E 43.002.12+=，mm d 005.08'±=，mm f 8=，mm M 014.062.52-=7）用计算法求出N-N 剖面内刀具廓形上各点至9、10点（零点）所在后刀面的垂直距离x P之后选择1-2段廓形为基准线，计算出刀具廓形上各点到该基准线的垂直距离x P ∆，即为所求的刀具扩线深度1、2点至0点所在后刀面的垂直距离1Pmm r j 91=#090arcsin arcsin 11=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=j f r h r ，90cos 9cos 11=⨯== f f A γγ，011A A C -=279=-=)cos(11f f C p γα+=932.1)015cos(2=+⨯=3、4点至0点所在后刀面的垂直距离3P 和刀具廓形到该基准线的垂直距离3P ∆mm r j 475.123==⎪⎪⎭⎝=33arcsin j f r r 0475.12arcsin =⎪⎭ ⎝， 475.120cos 475.12cos 33=⨯== f f A γγ033A A C -=475.57475.12=-=)cos(33f f C p γα+=288.5)015cos(475.5=+⨯=(356.3932.1288.53=-=∆P5点和7点至0点所在后刀面的垂直距离5P 和刀具廓形到该基准线的垂直距离5P ∆mm r j 490.125==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=55arcsin j f r h r 0490.120arcsin =⎪⎭⎫⎝⎛， 490.120cos 490.12cos 55=⨯== f f A γγ055A A C -=490.57490.12=-=)cos(55f f C p γα+=303.5)015cos(490.5=+⨯=371.3932.1303.55=-=∆P>7点与5点情况相同6点至0点所在后刀面的垂直距离6P 和刀具廓形到该基准线的垂直距离6P ∆mm r j 975.146==⎪⎪⎭⎝=66arcsin j f r r 0975.14arcsin =⎪⎭ ⎝， mm A f f 975.140cos 975.14cos 66=⨯== γγ066A A C -=mm 975.77975.14=-=)cos(66f f C p γα+=mm 704.7)015cos(975.7=+⨯=mm P 772.59324.1704.76=-=∆{8点至0点所在后刀面的垂直距离8P 和刀具廓形到该基准线的垂直距离8P ∆mm r j 88==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=88arcsin j f r h r 080arcsin =⎪⎭⎫⎝⎛，80cos 8cos 88=⨯== f f A γγ088A A C -=178=-=)cos(88f f C p γα+=966.0)015cos(1=+⨯=932.0932.1966.08-=-=∆P11、12点至0点所在后刀面的垂直距离11P 和刀具廓形到该基准线的垂直距离11P ∆《mm r j 116.1111==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=1111arcsin j f r h r 0116.110arcsin =⎪⎭⎫ ⎝⎛，116.110cos 116.11cos 1111=⨯== f f A γγ01111A A C -=116.47116.11=-=)cos(1111f f C p γα+=976.3)015cos(116.4=+⨯=044.2932.1976.38=-=∆P8）根据表2-5可确定各点x P ∆公差，下表1为各点至9、10点（零点）所在后刀面的垂直距离x P 和各点到该基准线的垂直距离x P ∆表1 棱体成形车刀廓形计算表9）。

10）校验最小后角7-11段切削刃与进给方向（即工件端面方向）的夹角最小，因而这段切削刃上后角最小，其值为[][]6.420sin 12tan arctan 20sin )tan(arctan 11110==-=γεα一般要求最小后角不小于 2~ 3，因此校验合格。

10）确定棱体成形车刀廓形宽度x l 即为相应工件廓形的计算长度jx l ，其数值及公差如下，（公差值是按表2-5确定的，表中未列出者可取为mm 2.0±） mm l l j )2.040(22±==mm l l j )06.0075.15(33±== mm l l j )2.020(55±==mm l l j )2.010(66±== mm l l j )2.048(77±==}确定刀具的夹固方式采用燕尾斜块式。

}3 拉刀的设计被加工零件如图2.所示，工件材料为：硬铝LY12；硬度HBS115 ；强度σb = 490Mpa ；工件长度L=20mm 。

选定刀具类型、材料的依据（1）选择刀具类型）对每种工件进行工艺设计和工艺装备设计时，必须考虑选用合适的刀具类型。

事实上，对同一个工件，常可用多种不同的刀具加工出来。

采用的刀具类型不同将对加工生产率和精度有重要影响。

总结更多的高生产率刀具可以看出，增加刀具同时参加切削的刀刃长度能有效的提高其生产效率。

例如，用花键拉刀加工花键孔时，同时参加切削的刀刃长度l=B×n×Zi，其中B 为键宽，n为键数，Zi为在拉削长度内同时参加切削的齿数。

若用插刀同时参加切削的刀刃长度比插刀大得多，因而生产率也高得多。

（2）正确选择刀具材料刀具材料选择得是否恰当对刀具的生产率有重要的影响。