可转位车刀设计

上压式可转位车刀设计
机电学院1090810818 马聪设计要求：设计一款外圆车刀，能够车出轴颈差5mm的阶梯轴，工件材料为铸铁，采用上压式的夹紧方式，刀具具有后角。

刀具材料的选择：硬质合金可转位刀片材料和硬质合金普通刀具材料的选择方式是相同的，根据选用原则，对于铸铁类工件特点，采用YG类硬质合金YG6（硬质合金牌号）。

刀片形状的选择：由于需要加工阶梯轴（5mm），因此在加工时阶梯轴部应该满足刀具主切削刃能够垂直与工件外表面。

因此在选用时采用三角形刀片，使用较为广泛，适宜在系统刚性较差条件下使用，径向切削力小，
车刀精度等级的选择：车削用硬质合金刀具精度等级采用U级。

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，选取一下几个四个主要角度①前角r0 =7°②后角α0 =5°③主偏角Kr=90°④刃倾角λs=-5°。

后角的实际数值以及副后角和副角在计算刀槽角度时经校验后确定。

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。

粗车时切削深度a p=2.5mm，进给量f=0.4mm/r,切削速度的确定公式：
v c=
C v
601−m T m a p x v f y v
K v
C
查表可得：C v=189.8，m=0.2, x v=0.15，y v=0.2，由于可转位车刀更换较为方便，因此在设计时可将寿命设计的较为25min,于是计算
得到切削速度为：
v c=189m min
⁄
当然实际切削速度达不到这样快，因此我们采用实际寿命以100min 估计切削速度选为140m/min
刀具选择有无中心固定孔：由于采用上压式的结构，故不需要中心固定孔。

选择刀具内切圆直径：根据已经确定的a p=2.5mm，主偏角Kr=90°，刃倾角
λs=-5°，将以上的数据带入到下公式中可以得到刀具实际参与工作长度L se:
L se=
a p
sinK r cosλs
=2.514mm
于是所选用的刀片为：
L>1.5∗L se=3.77mm 于是采用L=4mm的刀片。

因为刀片是三角形刀片，故内切圆直径为：
d=
L
√3
=2.31mm
选择刀片厚度s：由切莫图，根据选定的a p=2.5mm，f=0.4mm/r，求得刀片厚度s>3 mm。

选择刀尖圆弧半径rε：由切莫图，根据选定的a p=2.5mm，f=0.4mm/r，求得刀片厚度rε>0.8mm。

选择刀片断屑槽型式和尺寸：参照本章2.4,4.4节中刀片断屑
槽形式和尺寸的选择原则，根据已知的原始条件，由于工件材料是铸铁，工件塑形较差，很难形成较长的切屑，因此在设计时不需要在刀片上设计断屑槽。

刀具采用了TPUN160308(三角形11°法后角无断屑槽刀片)，基本尺寸为: L=16.5mm，d=9.525mm，s=3.18mm，m=13.494mm，r=0.8mm刀片刀尖角ε=60°刀片刃倾角λsb=00 ，刀片前角为0°。

选择硬质合金刀垫型号和尺寸：硬质合金刀垫型号和尺寸的选择，取决于刀片夹固接结构以及刀片的型号和尺寸。

本题选择与刀片形状相同的刀垫，三角形中心有圆孔。

采用的刀垫为T16P(三角形11°法后角刀垫)其基本尺寸长度L=16mm，厚度S=3.18mm，中心孔直径d1=3.4mm。

材料硬质合金YG8。

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图略去。

刀槽角度计算步骤：：
①刀杆主偏角K rg=Kr=90°
②刀槽刃倾角λrg=λs=-5°
③刀槽前角γog
将γ0=7°、γnb=0°、λs=-5°代入下式:
tanγ0g=
tanγo−
tanγnb
cos λs
1+tanγo tanγnb cos λs
=tanγo
则γog=7°
④验算车刀后角αo。

车刀后角的验算公式为法后角为αnb=11°
tanα0=tanαnb−tanγog cos λs 1+tanαnb tanγog cos λs
将γog=7°、λs=-5°代入上式得tan0=0.07
则α0=4.04°
与所选角度数值相近，可以满足切削要求。

而刀杆后角α0g≈
α0=4.04°。

⑤刀槽副偏角
K rg′=K r′=180°-K r-εr
因为εrg=εr，Krg=Kr=90°
所以K rg′=180°-K r-εr;
车刀刀尖角εr计算公式为：
cosεr=[cosεrb√1+(tanγog cosλs)2−tanγog sinλs]cosλs
当刀片刀尖为60°时，可得刀尖角为：
εr=60.58°
于是可得刀具副偏角为K rg′=180°-K r-εr=29.42°
验算车刀副后角αo′:
车刀副后角验算公式为：
tanα‘0=
tanα’nb−tanγ‘og cos λ’og 1+tanα′nb tanγ′og cos λ′og
其中:tanγ‘og=−tanγog cosεr+tanλ′sg sinεr可知：γ‘og=−7.77°tanλsg′=−tanγog sinεr+tanλ′sg cosεr.可知：λsg′=−6.80°。

于是车刀副后角为：
tanα‘0=18.22°
满足使用要求。

刀槽副后角αog′=α′o=18°。

综合以上计算结果可以知道：
车刀的几何角度：
γ0=7°，α0=4.04°，κr=90°，κr‘=29.42°，λs=−5°，α0‘= 18.22°
刀槽的几何角度：
γog=7°，αog=4°，κrg=90°，κrg‘=29.5°，λsg=−5°，αog‘=18.22°
选择刀杆材料和尺寸：
1、选择刀杆材料
选用45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
①、选择刀杆截面尺寸，因加工使用CA6140普通车床，其中心高为220mm，按照表2.37，并考虑到为提高刀杆强度，选取刀杆截面尺寸 B×H=20×25mm2
由于切削深度a p=2.5mm，进给量f=0.4mm/r，可不比校验刀杆强度
②、参照刀杆长度选择原则，选择刀杆长度尺寸为150mm。

选择上压式的结构：
沉头螺钉选择：由于采用的刀垫孔的直径为3.4mm，定做螺钉盘头角度为60°，以适应刀垫要求，同时可选用直径为M3的螺钉，长度初定为15mm，开槽盘头螺钉。

压紧螺钉：选择M4的圆头螺钉紧固，长度选为25mm.
压板：自行设计加工
绘制车刀零件图和车刀工作图：
1.硬质合金上压式可转位车刀工作图。

2.硬质合金上压式可转位车刀刀杆零件图。

编写设计说明书。