哈工大机械制造技术基础——可转位车刀设计

Harbin Institute of Technology课程大作业说明书课程名称：设计题目：院系：班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：哈尔滨工业大学目录设计题目 (3)可转位端面车刀设计 (3)一、选择刀片夹固结 (3)二、选择刀片结构材料 (3)三、选择车刀合理角度 (3)四、选择切屑用量 (4)五、刀片型号和尺寸 (4)六、选择硬质合金刀垫型号和尺寸 (5)七、计算刀槽角度 (5)八、计算铣制刀槽时所需的角度 (7)九、选择刀杆材料和尺寸 (8)十、上压式结构 (8)十一、绘制车刀结构简图 (9)参考文献 (10)设计题目设计车小端端面的可转位车刀可转位端面车刀设计一、选择刀片夹固结工件的直径D 为 160mm ，工件长度L=200mm 。

因此可以在普通机床CA6140上加工。

表面粗糙度要求3.2μm ，为精加工，但由于可转为车刀刃倾角s λ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，按题设要求，采用上压式的夹紧方式。

二、选择刀片结构材料加工工件材料为HT200，且加工工序为粗车，半精车了两道工序。

由于加工材料为铸铁，因此刀片材料可以采用YG 系列，YG8用于粗加工脆性材料，YG6用于半精加工脆性材料，本题要求达到半精加工，因此材料选择YG6硬质合金。

三、选择车刀合理角度根据《机械制造技术基础》刀具合理几何参数的选择，并考虑可转位车刀几何角度的形成特点，四个角度做如下选择：前角0γ：根据参考文献[1]表3.16，工件材料为HT200，半精车，因此前角可选0γ8=︒， 后角o α：根据参考文献[1]表3.17，工件材料为HT200，半精车，因此后角可选0α4=︒， 主偏角γκ：/ 1.25L d =，工艺系统刚度良好，故采用正方形刀片，主偏角γκ75=︒， 负偏角'γκ：工艺系统刚度良好，为减小已加工表面的粗糙值，取负偏角'γκ5=︒，刃倾角s λ：为了获得大于0的后角0α及大于0的副刃后角'0α，取刃倾角s λ5=-︒， 后角0α的实际数值及副刃后角'0α和副偏角'γκ在计算刀槽角度时经校验确定。

四、选择切屑用量根据参考文献[1]表3.21，粗车时，背吃刀量p a 4mm =，进给量0.5mm /r f =，可以由公式160c vvvc v X y m m p C v K T a f-=求得速度。

式中各数据由参考文献[1]表3.23：189.8v C =，0.2m =，0.15v x =，0.2v y =。

由于可转为车刀更换较为方便，因此在设计时将寿命设为20min ，由此估计切削速度选为140m/min 。

根据参考文献[1]表3.22，半精车时，背吃刀量p a 1mm =，进给量0.3mm /r f =，刀尖圆弧半径 1.0mm r ε=。

采用相同方法，估算切削速度为170m/min 。

五、刀片型号和尺寸1、选择刀片有无中心孔由于刀片加固结构已选定为上压式，因此应选用无中心固定孔的刀片。

2、选择刀片的形状按选定主偏角γκ75=︒，参照参考文献[2] 2.4.4.2节刀片形状的选择原则，选择正方形刀片。

3、选择刀片的精度等级参照参考文献[2] 2.4.4.3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 4mm =，主偏角γκ75=︒，刃倾角s λ5=-︒，将p a ，γκ，s λ代入下式可得刀刃的实际参加工作长se Lse L sin cos psa γκλ==44.157mm sin 75cos(5)=-令刀片的刃口长度(即便长) 1.5se L L >=6.235mm ，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 4mm =，进给量0.5mm /r f =及参考文献[2]选择刀片厚度的诺莫图图2.3，求得刀片厚度 4.8mm S ≥。

6、选择刀尖圆弧半径εr根据已选择的背吃刀量p a 4mm =，进给量0.5mm /r f =及参考文献[2]选择刀尖圆角半径的诺莫图2.4，求得连续切削时εr 1.2mm =。

7、选择刀片断屑槽型式和尺寸参照参考文献[2] 2.4.4.4节中刀片断屑槽类型和尺寸的选择原则，由于工件时铸铁，工件塑性较差，很难形成较长的切屑，因而在设计时不需要在刀片上设计断屑槽。

8、选择端面车刀型号综上7个方面的选择结果，根据参考文献[2] 表 2.10确定选用的刀片型号为SPUN150412。

具体参数为：15.875mm L d ==， 4.76mm s =， 1.2mm r ε=，2.791mm m =，刀片刀尖角90b ε=︒，刀片刃倾角0sb λ=︒法前角0nb γ=︒，法后角11nb α=︒。

六、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，本题中选择与刀片形状相同的刀垫：正方形，中心有圆孔。

尺寸为：长度15.875mm L =，厚度 4.76mm s =，中心孔直径1 5.4mm d =，材料为YG6硬质合金。

七、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 kg γκ=γκ75=︒2、刀槽刃倾角sg λsg λ=s λ5=-︒3、刀槽前角og γ将0γ8=︒，bn γ0=︒，s λ5=-︒代入下式tan og γ=snb sbn λγγλγγcos tan tan 1cos /tan tan 00+-=0tan γ可以求得，og γ8=︒4、验算车刀后角0α 车刀后角0α的验算公式为：0tan α=(tan tan cos )1tan tan cos nb og s nb og sαγλαγλ-+将og γ8=︒，s λ5=-︒，11nb α=︒代入上式， 可以求得，0tan 0.0676α=︒，则0 3.86α=︒，与所选角度相近，可以满足切削要求。

而刀杆后角04og αα==︒ 5、刀槽副偏角''180rg r γγκκκε==--rg r κκ=，90rg r εε==︒可以得到，'180rg γγκκε=--车刀刀尖角r ε的计算公式为cos r ε= [cos rb εs og s og λγλλsin tan )(tan 12-+]cos s λ当rb ε90=︒时，上式变为cos r ε= -s og λγsin tan cos s λ将og γ8=︒，s λ5=-︒代入上式得r ε89.3=︒故'rg κ='r κ18075589.315.7=︒-︒-︒-︒=︒取'15.7rg κ=︒ 6、验算车刀副后角'0α 车刀副后角的验算公式为：0tan α=''''''(tan tan cos )1tan tan cos nb og og nb ogsgαγλαγλ-+当'0nb α=︒时 '0tan α=-'2'cos tan sg og λγtan 'ogγ=-'tan og γcos rg ε+tan 'sg λsin rg ε tan 'og λ='tan ogγsin rg ε+tan 'sg λsin rg ε 将'og γ8=︒，sg λ=s λ5=-︒，rg ε=r ε89.3=︒代入上式 可以得到，'ogγ 5.09=-︒，'og λ 3.04=︒ 再将'og γ 5.09=-︒ 'og λ 3.04=︒代入'0tan α=-'2'cos tan sg og λγ可以得到，'0α 4.97=︒满足切削要求。

取刀槽副后角''5og o αα==︒， 综上，可以归纳出：车刀的几何角度：0γ8=︒，o α 3.86=︒，γκ75=︒，'r κ15.7=︒，s λ5=-︒，'o α 4.97=︒刀槽的几何角度：og γ8=︒，og α4=︒，rg κ75=︒，'rg κ14.6=︒，sg λ5=-︒，'og α5=︒八、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 γ8=︒，sg λ=s λ5=-︒代入下式tan gg γ=-sg og λγ22tan tan +可以得到，gg γ9.40=-︒将og γ8=︒，sg λ=s λ5=-︒代入下式tan gg τ=tan tan og sgγλ可以得到，gg τ58.10=︒2、计算刀槽切深剖面前角pg γ和进给剖面前角fgγ将og γ8=︒，sg λ5=-︒，g γκ75=-︒代入下式tan pg γ=tan cos tan sin og og sg rg γγλκ+ tan fg γ=tan sin tan cos og og sg rg γγλκ-可以得到，pg γ 3.13=︒，fg γ 2.42=︒九、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：⑴选择刀杆截面尺寸：车床中心高度为220mm ，根据《机械制造技术基础课程补充资料》表2.37，选取截面尺寸为：20×25(mm)由于切削深度及进给量太小，故强度足够，不必校核。

⑵选择刀杆长度尺寸：参照《机械制造技术基础课程补充资料》2.5.1.3刀杆长度选择原则，选取刀杆长度为150mm 。

十、设计上压式结构沉头螺钉选择：由刀垫孔直径为5.4mm ，定做开槽盘头螺钉，以适应刀垫要求，长度初定为15mm 。

压紧螺钉选择：选择M6的圆头螺钉紧固，长度初选为25mm 。

压板：另行设计加工。

十一、绘制车刀结构简图参考文献[1]《械制造技术基础》李旦，韩荣第等主编. —2版. —哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2011.1[2]《机械制造技术基础课程补充资料》[3]《金属切削刀具课程设计指导书》/王娜君主编[4]《金属切削刀具设计简明手册》/刘明华主编. —北京：机械工业出版社。