机械制造基础-刀具大作业

Harbin Institute of Technology

课程名称：机械制造技术基础

作业名称：可转位车刀设计

班级： 1208302 姓名：曹曼珺

指导教师：王娜君

题目要求：

组题二（2），加工工序3：粗车直径142外圆。

一、选择刀片夹固结构

工件的直径D为142mm,工件长度L=100mm.因此可以在普通机床CA6140上加工. 表面粗糙度要求为粗加工，夹紧方式根据推荐选用上压式。

二、选择刀片结构材料

加工工件材料为HT200,连续切屑,且加工工序为粗车。由于加工材料为铸铁,因此刀片材料可以采用YG系列,YG8宜粗加工,YG3宜精加工,本题要求为粗加工,因此材料选择,YG8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:

（1）前角γ0:

根据《机械制造技术基础》表3.16,工件材料为灰铸铁（连续切削）,粗车,因此前角可选γ0=10°~15°。由于硬质合金刀具脆性比较大，因此前角要选的稍微小一点。所以，前角选择γ0=10°。

因为采用硬质合金刀具，脆性大，粗加工时采用负倒棱可以明显提高刀具使用寿命，并且减少崩刃的情况。取负倒棱bγ1=1mm。

（2）后角α0:

根据《机械制造技术基础》表3.17,工件材料为灰铸铁（连续切削）,粗车,因此后角可选α0=5°。副后角α0‘=后角α0=5°。

（3）主偏角Kγ:

根据题目要求,车阶梯轴，因此主偏角Kγ=90°

（4）刃倾角λs:

加工铸铁为了提高刀刃强度，粗车时常取λs=0°~-5°。刀具脆性大，为保证刀刃强度，不宜选用正刃倾角。并且为获得大于0的后角α0及大于0的副刃后角α0‘,现选取刃倾角λs=-5°。

后角α0的实际数值及副刃后角α0‘和副偏角Kγ’在计算刀槽角度时经校验确定。

四、选择切屑用量

根据《机械制造技术基础》表3.21和3.23:

粗车时,为了预留精加工的加工余量，并且一次走刀完成切削，选定背吃刀量a p=3mm,进给量f=0.8mm/r,切削速度v=80m/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。因此应选用有无中心固定孔的刀片。

（2）选择刀片形状。

按选定主偏角Kγ=90°参照《机械制造技术基础课程补充资料》2.4.4.2刀片形状的选择

原则,选用三角形刀片。

（3）选择刀片的精度等级。

参照《机械制造技术基础课程补充资料》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a p =3mm, 主偏角K γ=90°,刃倾角λs =-5°,将a p ，K γ，λs 代入下式可得刀刃的实际参加工作长L se 为：

L se =a p sinK γcosλs =3sin90cos (−5)

=3.011mm 令刀片的刃口长度(即边长)L>1.5 L se =4.517mm,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a p =3mm,进给量f=0.8mm/r 及《机械制造技术基础课程补充资料》选择刀片厚度的诺莫图图2.3,求得刀片厚度S ≥4.8mm 。

（6）选择刀尖圆弧半径r ε。

根据已选择的背吃刀量a p =3mm,进给量f=0.8mm/r 及《机械制造技术基础课程补充资料》选择刀尖圆角半径的诺莫图2.4,求得连续切削时r ε=1.2mm 。

（7） 选择刀片断屑槽型式和尺寸。

参照《机械制造技术基础课程补充资料》2.4.4.4节中刀片断屑槽类型和尺寸的选择原则,根据已知的已知条件,选择V 型断屑槽。

综上7方面的选择结果,根据《机械制造技术基础课程补充资料》表2.23确定选用的刀片型号为TNUN160412，具体参数为：

L=16.5mm ；d=9.525mm ；s=3.18mm ；m=13.191；r ε=1.2mm 。

刀片刀尖角εb =60°；刀片刃倾角λsb =0°；V 型断屑槽；取法前角γbn =15°。

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,选择与刀片形状相同的刀垫,正方形,中间有圆孔.根据《机械制造技术基础课程补充资料》表2.18选择型号为T16N 型刀垫.尺寸为:长度d=8.53mm,厚度s=3.18mm ，m=12mm ，中心孔直径d 1=3.4mm ，r ε=0.8mm ，D=5.2mm ，材料为高速钢YG8。

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K γg

K γg =K γ=90°

（2）刀槽刃倾角λsg

λsg =λs =−5°

（3）刀槽前角γ0g

将0γ=10°, bn γ=15°, s λ=-5°代入下式

tan γ0g =tanγ0−tanγbn /cosλs

1+tanγ0tanγbn cosλs

则γ0g =−5,06°，,取γ0g =−5°

（4）验算车刀后角α0

车刀后角α0的验算公式为:

tan α0=tanαnb −tanγ0g cosλs

1+tanαnb tanγ0g cosλs

当αnb =0°时,

将γ0g =−5°, λs =−5°代入上式得α0=4.98°

前面所选后角α0=5°,与验算角度接近。

而刀杆后角αog ≈α0=5°

（5）刀槽副偏角K γg ‘

K γg ‘=K γ’=180−K γ=εr

K γg ‘=K γ’，εrg =εr

因此K γg ‘=180−K γ−εr

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

将εrg =60°， γ0g =−5°，λs =−5°代入上式得εr =57.18°

故 K γg ‘≈K γ’=180-90-57.18=32.82°

取K γg ‘=32.8°

（6）验算车刀副后角α0‘

车刀副后角的验算公式为:

tan α0‘= tanαnb ‘−tanγ0g ’cosλsg ‘

1+tanαnb ‘tanγ0g ’cosλsg ‘

当αnb =0°时, tan α0‘=−tanγ0g ’cosλsg ‘2

而tan γ0g ’=tan γ0s cos εrg +tan λsg ‘sin εrg

tan λog ‘=tan γ0s sin εrg + tan λsg ‘cos εrg

将λos =γ0s =−5°，λsg =λs =−5°，εrg =εr =57.18°

tan γ0g ’=tan(-5)cos57.18+tan (-5)sin57.18

求得γ0g ’=−5.42°

tan λog ‘=)5tan(-sin 57.18+tan (-5)cos57.18

求得λog ‘=−6.89°

再将γ0g ’=−5.42°， λog ‘=−6.89°代入得

tan α0‘=-tan （-5.42）cos ²（-6.89）

α0‘=4.97°可以满足切削要求

刀槽副后角α0g ‘≈α0‘,故α0g ‘=4.97°,取α0g ‘=5°

综上述计算结果,可以归纳出:

车刀的几何角度: γ0=10°, α0=5°, K γ =90°, K γ’=30°, λs =-5°, α0‘=4.97°