金属切削刀具课程设计

金属切削刀具课程设计说明书八一农垦大学机械设计制造及其自动化[原始条件] 加工一批尺寸如图所示的零件，工件材料为45号钢, D=78mm ，d=56mm ，L=300mm ，l=120,B=1.6。

需分粗车、半精车两道工序完成其外圆车削，单边总余量为4mm ，使用机床为CA6140普通车床。

试设计一把硬质合金可转位外圆车刀。

[设计步骤]⑴ 选择刀片夹固结构。

考虑到加工在CA6140普通车床上进行，且属于连续切削，参照表典型刀片夹固结构简图和特点，采用偏心式刀片夹固结构。

⑵ 选择刀片材料。

由原始条件给定：被加工工件材料为45号钢（正火），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YT15。

⑶ 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 140=γ；②后角 70=α；③主偏角︒=90r κ；④刃倾角 5-=s λ。

后角0α的实际数值以及副后角0α'和副偏角r κ'在计算刀槽角度时，经校验后确定。

⑷ 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。

粗车时：背吃刀量mm a p 7=，进给量r mm f 6.0=，切削速度c v 如下得出： 242=v c 15.0=v x 35.0=v y 2.0=m866.0735.0637.0==mv k 9.0=sv k 1=tv k 81.0=v r k κ 63.0=⋅⋅⋅=v tv sv mv v r k k k k k κ min 60=Tmin 04.6063.06.0760242135.015.02.0m k fa T c v v y x p m vc v v =⨯⨯⨯=⋅⋅⋅= min /64.612m k f a T c Vc v y x p m vv v =⋅⋅⋅=min /2.19110014.304.601000110001r dw Vc n ⨯⨯==π 根据标准可得 min /180r n = min /52.5610001m dwn Vc ==π min /26.2288614.364.611000210002r dw Vc n =⨯⨯==π min /200r n = min /01.5410002m dwn Vc ==π 精车时：背吃刀量mm a p 1=，进给量r mm f 4.0=，切削速度c v 如下得出： 291=v c 15.0=v x 2.0=v y 2.0=m63.0=⋅⋅⋅=v tv sv mv v r k k k k k κ min 60=Tmin 53.1113m k f a T c v v y x p m vc v v =⋅⋅⋅= 则m in r 444=理论n ，则选用min 303r n =机床，则实际速度m in 89.82m v c =。

⑸ 选择刀片型号和尺寸：① 选择刀片有无中心固定孔。

由于刀片夹固结构已选定为偏心式，因此应选有中心固定的空的刀片。

② 选择刀片形状。

按选定的主偏角 90=r κ参照刀片形状的选择原则，选择正方形刀片。

③ 选择刀片精度等级。

参照刀片精度等级的选择原则（车削用硬质合金可转位刀片的精度等级选用，一般情况下选用U 级，有特殊要求时才选用M 级和G 级），选用U 级。

④ 选择刀片切圆直径d (或刀片边长L )。

根据已确定的 mm a p 7=、90=r κ和 5-=s λ，将p a 、r κ和s λ代入式s r p es a L λκcos sin =，可求出刀刃的实际参加工作长度se L 为()027.75cos 90sin 7cos sin =-== s r pes a L λκ 则所选用的刀片边长L 应为mm L L se 54.10027.75.15.1=⨯=>因为是正方形刀片，所以d L = 则mm L d 685.4>=⑤ 选择刀片厚度S 。

根据已选定的mm a p 7=、r mm f 6.0=，及通过选择刀片厚度的诺模图，求得刀片厚度mm s 8.4≥。

⑥ 选择刀尖圆弧半径 。

根据已选定的mm a p 7=,r mm f 6.0=，利用选择刀片厚度的诺模图，求得连续切削时的mm r 2.1=ε。

⑦ 选择刀片断屑槽型式和尺寸，参照刀片断屑槽型式和尺寸的选择原则后，根据已知的原始条件，选用A 型断屑槽，断屑槽的尺寸型号和尺寸后，便可确定。

综合以上七方面的选择结果，确定选用的刀片型号是：SNUM150612R-A4。

其具体尺寸为mm d L 875.15==；mm s 35.6=；mm d 35.61=；mm m 79.2=；mm r 2.1=ε；刀片刀尖角︒=90h ε；刀片刃倾角︒=0sb λ；断削槽宽mm Wn 4=；取前法角︒=20nh γ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，取决于刀片夹固结构及刀片的型号和尺寸。

选择与刀片形状相同的刀垫，正四方形，中心有圆孔。

其尺寸为长度mm L 88.14=；厚度mm s 76.4=；中心孔直径mm d 6.71=；材料为YG8。

⑹计算刀槽角度。

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，如图所示。

刀槽角度计算步骤是：① 刀杆主偏角rg κo r rg 90==κκ② 刀槽刃倾角sg λ5-==s sg λλ③ 刀槽前角og γ将 15=og γ、 20=nb γ、 5-=s λ代入s nb o snb o og λγγλγγγcos tan tan 1cos tan tan tan +-=，得()()086.05cos 20tan 14tan 15cos 20tan 14tan cos tan tan 1cos tan tan tan -=-+--=+-= s nb o s nb o og λγγλγγγ 则()'''36544901.4 -=og γ，取 5-=og γ④ 验算车刀后角o α。

车刀后角o α的验算公式为当 0=nb α时，则s og o λγα2cos tan tan -=将 5-=og γ、︒-=5s λ代入，得()()087.05cos 5tan tan 2=---= o α则()"2.19584972.4'︒= o α 与所选角度值相近，可以满足切削要求。

而刀杆后角o og αα≈，故 5=og α。

⑤ 刀槽副偏角r r r rgεκκκ--='=' 180 因为 r rg εε=，r rg κκ=所以 r r rg rg rgεκεκκ--=--=' 180180 当 90=rb ε时()()()()0076.05cos 5sin 5tan cos sin tan cos sin tan cos tan 1cos cos 2-=----=-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=︒︒︒ss og ss og s og rb r λλλλλγλγεε则︒=44.90r ε故 44.044.9090180-=--='≈'r rg κκ取︒-=4.0'rg k⑥验算车刀副后角o α'当0=nb α时将 5-=og γ， 5-==s sg λλ， 56.89==r rg εε代入式中()()088.044.90sin 5tan 44.90cos 5tan sin tan cos tan tan -=-+--=+-=' rgsg rg og og ελεγγ则)"17'25(04.5︒--=' og γ()()088.044.90cos 5tan 44.90sin 5tan cos tan sin tan tan -=-+-=+=' rgsg rg og sg ελεγλ则 04.5-='sg λ再将 04.5-='og γ， 04.5-='sg λ代入下式()()086.004.5cos 04.5tan cos tan tan 22=---=''-=' sg og o λγα则 003.5='o α，可以满足切削要求。

刀槽副后角 αα'≈'og ，故 003.5='og α，取 5='og α综合上述计算结果，可以归纳出：车刀的几何角度14=o γ， 972.4=o α， 90=r κ，44.0-='r κ，o s 5-=λ， 003.5='α刀槽的几何角度5-=og γ， 5=og α， 90=rg κ， 4.0-='rgκ， 5-=sg λ， 5='og α (8) 计算铣制刀槽时需要的角度。

①计算刀槽的最大负前角gg γ及其方位角gg τ。

将 5-=og γ， 5-==s sg λλ代入 ()()124.05tan 5tan tan tan tan 2222-=-+--=+-= sg og gg λγγ 则()"12'3705.7︒-= gg γ()()15tan 5tan tan tan tan =--== sg og gg λγτ则 45=gg τ②计算刀槽切深平面剖面前角pg γ和进给剖面前角fg γ。

将og γ= 5-、sg λ 5-=，rg κ 90= 代入式pg γtan og γtan =rg κcos sg λtan +rg κsin 与式fg γtan og γtan =rg κsin sg λtan -rg κcos ，可得 pg γtan () 5tan -= 90cos () 5tan -+ 90sin 087.0-=fg γtan () 5tan -= 90sin () 5tan -- 90cos 087.0-= 所以 pg γ()'''19584972.4︒︒--=fg λ()'''19584972.4︒=（9）选择刀杆材料和尺寸。

①选择刀杆材料。

选用45号钢为刀杆材料，热处理硬度为HRC38~45，发黑处理。

②选择刀杆尺寸i. 选择刀杆截面尺寸。

因加工使用CA6140普通车床，其中心高为220mm 。

根据国标，并考虑到为提高刀杆强度，选取刀杆截面尺寸()22520mm H B ⨯=⨯。

由于切削深度p a =7mm,进给量f=0.6mm/r,可以不必校验刀杆强度。

ii. 选择刀杆长度尺寸。

选择刀杆长度尺寸时，应保证刀杆装在刀架上，至少有两个螺钉能紧固住刀杆。

刀杆长度尺寸已标准化，可转位车刀常用的有125、150、160、200、250mm 等，刀杆长度尺寸应在上述尺寸中选用。