45车刀

刀具课程设计说明书

机械1204

孙洪蕾

A08121051

目录

一.题目要求 ..................................................................... - 1 -

二.刀具设计 ..................................................................... - 1 -

2.1选择切削用量 ......................................................... - 1 -2.2选择刀片夹紧结构 ................................................. - 1 -2.3选择刀片材料 ......................................................... - 2 -2.4选择车刀合理几何参数......................................... - 2 -2.5确定刀片型号及基本尺寸..................................... - 2 -2.6选择硬质合金刀垫型号及尺寸............................. - 4 -2.7计算刀槽角度 ......................................................... - 4 -2.8计算铣制刀槽时所需的角度................................. - 6 -2.9选择刀杆材料和尺寸............................................. - 7 -2.10选择偏心销及其相关尺寸................................... - 8 -

设计说明书

一．题目要求

设计一款专用的可转位车刀，工件材料、尺寸及加工要求具体如下：

工件尺寸：D=50mm ，L=300mm 。

工件材料：45钢。

表面粗糙度要求：Ra1.6。

二．刀具设计

根据工件直径D=50mm ，长度L=300mm ，因此可以选择在机床CA6140上加工。又要求其端面加工的表面粗糙度值达到Ra1.6，由于可转为车刀刃倾角通常取负值，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.。

2.1选择切削用量

根据工件材料和加工精度要求，根据《机械制造技术基础》表3.22硬质合金车刀半精车外圆时的进给量及相关资料有关切削用量的推荐值，选择切削用量如下： 粗车时：背吃刀量5p a mm =；进给量0.4/f mm r =；切削速度120/min c v mm =。 半精车时：背吃刀量3p a mm =；进给量0.4/f mm r =；切削速度150/min c v mm =。

2.2选择刀片夹紧结构

由于加工工件材料为45钢，考虑到该材料硬度、强度较高，切削加工过程中的切削力较大，根据《机械制造技术基础》有关可转位车刀刀片加紧结构的介绍，选择偏心式的加紧结构，如图所示。偏心式夹紧方式具有结构简单，使用方便等优点，采用螺钉偏心夹紧结构时，由于螺钉的自锁性，刀片的夹紧更为可靠。

2.3选择刀片材料

加工工件材料为45钢,连续切削,且加工工序为粗车、半精车两道加工工序，参考《机械制造技术基础》第二章内容，刀片材料可以采用YT 系列。YT15宜粗加工，YT30宜精加工，所以选择YT30硬质合金。

2.4选择车刀合理几何参数

根据《机械制造技术基础》刀具合理几何参数的选择,并考虑可转位车刀的几何角度的形成特点,四个角度分别做如下的选择:

（1）前角0γ：根据《机械制造技术基础》，工件材料为45钢，

Mpa b 60.0≤σ ,

半精车,因此前角可选08γ= 。

（2）后角o α:根据《机械制造技术基础》，同理，后角可选12o α= 。

（3）主偏角k γ:考虑到待加工工件材料较硬，且需用该可转位车刀完成工件外圆、端面和倒角的加工，因此根据《机械制造技术基础》宜选用主偏角45k γ= 。

（4）刃倾角s λ:为获得大于0的后角0?及大于0的副刃后角'

0?，选择刃倾角5s λ=- 。

后角o α、副刃后角'o α及副偏角'k γ的实际数值在计算刀槽角度时经校验确定。

2.5确定刀片型号及基本尺寸

（1）选择刀片有无中心孔：由于刀片夹紧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：参考《金属切削刀具设计简明手册》，在选定刀片主偏角45k γ= 的前提下,应选用正方形刀片为宜。

（3）选择刀片的精度等级：根据《金属切削刀具设计简明手册》，在一般情况下，选用U 级即可。

（4）选择刀片内切圆直径d(或刀片边长L)：根据已确定粗加工的背吃刀量

5p a mm =， 主偏角45k γ= ,刃倾角5s λ=- ，将p a 、k γ、s λ代入下式可得刀刃

的实际参加工作长se L 为：

s 57.098sin cos sin(45)cos(5)

se L mm ργακλ===- 令刀片的刃口长度(即便长) 1.5 1.57.09810.647se L L mm >=?=,便能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5p a mm =，进给量0.4/f mm r =，根据《金属切削刀具设计简明手册》刀片厚度选择诺莫图，求得刀片厚度 4.8s mm ≥。

（6）选择刀尖圆弧半径εr 的确定：根据已选择的背吃刀量5p a mm =,进给量0.4/f mm r =，参照《金属切削刀具设计简明手册》刀尖圆角半径选择诺莫图,可求得连续切削时 1.1r mm ε=。

（7）选择刀片断屑槽型式和尺寸：参照《金属切削刀具设计简明手册》有关断屑槽类型和尺寸的选择原则，根据已知的原始条件,选择A 型断屑槽。断屑槽的尺寸是在选定刀片的型号和尺寸后确定的。

综合上面七个方面的内容，根据《金属切削刀具设计简明手册》有关可转位车刀型号表示方法及相关表格，确定选用的刀片型号为1506124SNUM A -。刀片具体尺寸如下：

15.8750.18L d mm ==±， 6.350.13s mm =±，中心孔直径1 6.350.08d mm =±，2.7950.27m mm =±， 1.20.1r mm ε=±

刀片刀尖角'

9030b ε=± ，刀片刃倾角0sb λ= ，法后角0nb α= ，断屑槽宽4n w mm =，取法前角25bn γ= 。

2.6选择硬质合金刀垫型号及尺寸

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，根据资料选择型号为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.。选择与刀片形状相同的正方形刀垫,中间带有圆孔。根据刀垫边长应略小于刀片边长，刀垫厚度也比刀片厚度略小的原则，可以确定刀垫尺寸如下：

'14.88L mm =，' 4.76s mm =,中心孔直径'17.6d mm =。

2.7计算刀槽角度

根据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，刀槽角度计算步骤如下:

（1）刀槽主偏角rg k ：45rg k k γ==

（2）刀槽刃倾角sg λ：5sg s λλ==-

（3）刀槽前角og γ：可转位车刀的刃倾角s λ较小（一般小于68 ），所以，og

γ可用下式近似计算

12og o γα=-=-

（4）验算车刀后角o α：车刀后角o α的验算公式为：

(tan tan cos )cos tan 1tan tan cos nb og s s

o nb og s

αγλλααγλ-=+ 将0nb α= ，12og γ=- ，5s λ=- 代入上式得：

(0tan(12)cos5)cos5tan 0.210910

o α--?==+

故得后角：arctan(0.2109)11.91o α== 。

后角11.91o α= 与之前选定的12o α= 相近，故无需再次校验，所以11.91o α= 。而刀槽后角og o αα=，故取12og α= 。

（5）刀槽副偏角'rg k ：因为''180rg r r r k k k ε==-- ，而rg r εε=，rg r k k =

式中r ε车刀刀尖角。

所以有

'180180rg rg rg r r k k k εε=--=--

车刀刀尖角r ε的计算公式为

2cot [cot 1(tan cos )tan sin ]cos r b og s og s s εεγλγλλ=+-

由于刀片为正方形，所以90b ε= ,上式变为

cot tan sin cos r og s s εγλλ=-

将12og γ=- ,5s λ=- 代入上式得

cot tan(12)sin(5)cos(5)0.018r ε=----=-

所以91.057r ε= 。

故有

''1804591.05743.957rg r k k ==--=

故取'44.0rg k = 。

（6）验算车刀副后角'o α：车刀副后角的验算公式为

''''''(tan tan cos )cos tan 1tan tan cos nb og sg sg o nb og sg αγλλααγλ-=

+

由于0nb α= ,故有 ''2'tan tan cos o og sg

αγλ=- 而

'tan tan cos tan sin og og rg sg rg γγελε=-+

'tan tan sin tan cos sg og rg sg rg λγελε=+

将12og γ=- ,5sg s λλ==- ，91.057rg r εε== 代入上两式得

'tan tan(12)cos91.057tan(5)sin91.0570.091og γ=--+-=-

所以' 5.20og γ=- 。

'tan tan(12)sin91.057tan(5)cos91.0570.211sg λ=-+-=-

所以'11.91sg λ=- 。

再将' 5.20og γ=- ，'11.91sg

λ=- 代入副后角验算公式得 '2tan tan(5.20)cos (11.91)0.087o α=---=

所以副后角' 4.98o α= ，可以满足切削要求。

由于刀槽副后角''og o αα=,故' 4.98og α= ,取'5og α= 。

综合上述计算结果,可以归纳出:

车刀的几何角度:

8o γ= ,11.91o α= ，' 4.98o α= ，45k γ= ,'43.957r k = ,5s λ=- 刀槽的几何角度:

12og γ=- ,12og α= ，'5og α= ,45rg k = ,'44.0rg k = ,5sg λ=-

2.8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:当用预制斜铁铣制刀槽时，需要计算出刀槽的最大负前角gg γ及其方位角gg τ。

刀槽最大负前角的计算公式为

22tan tan tan gg og sg γγλ=-+

将12og γ=- ，5sg λ=- 代入上式得:

22tan tan (12)tan (5)0.230gg γ=--+-=-

故可得12.95gg γ=- 。

刀槽最大负前角所在剖面的方位角gg τ的计算公式为

tan tan tan og gg sg γτλ=

将12og γ=- ，5sg λ=- 代入上式得: tan(12)tan 2.43tan(5)

gg

τ-==- 所以67.63gg τ= 。 （2）计算刀槽切深剖面前角pg γ和进给剖面前角fg γ：当用双坐标角度垫铁铣

制刀槽时,需要计算出刀槽切深剖面前角pg γ和进给剖面前角fg γ

。

刀槽切深剖面前角pg γ的计算公式为 tan tan cos tan sin pg og rg sg rg k k γγλ=+

将12og γ=- ，5sg λ=- ，45rg k = 代入上式得

tan tan(12)cos45tan(5)sin450.212pg γ=-+-=-

所以11.98pg γ=- 。

刀槽进给剖面前角的计算公式为

tan tan sin tan cos fg og rg sg rg k k γγλ=-

将12og γ=- ，5sg λ=- ，45rg k = 代入上式得

tan tan(12)sin45tan(5)cos450.088fg γ=---=-

所以 5.05fg γ=- 。

2.9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。

（2）选择刀杆尺寸

1）选择刀杆截面尺寸：根据所选用的加工机床型号为CA6140，车床的中心高度为220mm,参考《金属切削刀具课程设计指导书》,选取刀杆截面尺寸

为:22025B H mm ?=?。

由于粗加工背吃刀量5p a mm =，进给量0.4/f mm r =，切削用量较小，故可认为刀杆强度满足要求。

2）选择刀杆长度尺寸：参考《金属切削刀具课程设计指导书》选取刀杆长度为160mm 。

2.10选择偏心销及其相关尺寸

（1）选择偏心销材料:偏心销材料选用40Cr,。

（2）选择偏心销直径c d 和偏心量e ：偏心销直径可用下式求出：

1(0.20.4)mm c d d =-

根据1 6.35d mm =，取括号内较大值0.35mm ，则

6.350.356mm c d =-=

偏心量e 可用跟据下式计算，即：

1160.30.4297~1027~102

c d e mm ≤

=?= 所以可以取0.4e mm =。 为使刀具夹紧可靠,可选用自锁性能较好的螺钉偏心销,并取螺钉偏心销转轴半径26d M =。

（3）计算偏心销转轴孔中心在刀槽前刀面上的位置：设偏心轴销轴孔中心到刀片相邻两边的距离分别为m,n,则m,n 的值可以根据下面的公式计算得，即：

11sin cos 22cos sin 22c c d d d m e d d d n e ββββ-=

+--=--

根据前面已选好的各尺寸：

1 6.35,L 15.8756,0.4c d mm d mm

d mm

e mm

=====

并取30β= 得 15.875 6.3560.3sin 30cos307.9362215.875 6.3560.3cos30sin 307.58922m mm n mm -=

+-=-=--= 综上可得：7.936m mm =,7.589n mm =。