金属切削刀具课程设计说明书

硬质合金可转位外圆车刀设计说明书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 f a T c v v y xp m v c vv =⨯⨯⨯=⋅⋅⋅=min /64.612m k fa T c Vc v y xp m v vv =⋅⋅⋅=min/2.19110014.304.601000110001r dw Vc n ⨯⨯==π 根据标准可得 min /180r n = min /52.5610001m dwn Vc ==πmin /26.2288614.364.611000210002r dw Vc n =⨯⨯==πmin /200r n = min /01.5410002m dwnVc ==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=m 63.0=⋅⋅⋅=v tv sv mv v r k k k k k κ min 60=Tmin 53.1113m k fa T c v v y xp m vc vv =⋅⋅⋅=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 选择刀片内切圆直径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 pes 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 =-==sr 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 ogλγγλγγγ 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 rg εκεκκ--=--=' 180180 当 90=rb ε时()()()()0076.05cos 5sin 5tan cos sin tan cos sin tan cos tan 1cos cos 2-=----=-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=︒︒︒s s og ss og s og rb r λλλλλγλγεε则︒=44.90r ε故 44.044.9090180-=--='≈'r rgκκ 取︒-=4.0'rg k⑥验算车刀副后角oα' 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 -=-+--=+-=' rg sg rg og ogελεγγ则)"17'25(04.5︒--=' ogγ ()()088.044.90cos 5tan 44.90sin 5tan cos tan sin tan tan -=-+-=+=' rg sg rg og sgελεγλ 则 04.5-='sgλ再将 04.5-='ogγ， 04.5-='sg λ代入下式 ()()086.004.5cos 04.5tan cos tan tan 22=---=''-=' sg og oλγα 则 003.5='oα，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-='rg κ， 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。