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1、Harbin Institute of Technology大作业设计说明书课程名称： 机械制造技术基础 设计题目： 可转位车刀设计 院 系： 机电工程学院 班 级： 0908108 设 计 者： 何阳 学 号： 1090810822 指导教师： 王娜君 设计时间： 2012年4月 哈尔滨工业大学 硬质合金可转位车刀设计1.初始条件 设计螺纹车刀，加工M25的外螺纹，加工材料为45钢，机夹形式为楔销（块）式，刀片有后角。假定刀具完成粗车、半精车两道工序，所用车床为CA6140普通车床。2.题目分析 （1）加工外螺纹，说明在此之前已经完成直径为25mm的圆柱面加工； （2）所加工的普通螺纹由GB
2、/T 196-81知其属于极少用的第三系列公称直径，其螺距P=1.5mm，中径d2=24.026mm，小径d1=23.376mm。3.刀片选择 随着对螺纹车刀研究的积累，现在已经有公司生产专门针对螺纹车刀刀具的硬质合金刀片，虽然没有形成标准，但是每个公司已经有自己的生产标准。但是选用此类刀片的话，刀槽不需要特殊设计，只需与基面平行即可。为了体现螺纹刀具刀槽的设计，故本题选用通用刀片。（1）选择刀片夹固结构。由于已知条件知，刀片夹固结构为楔销（块）式。（2）选择刀片材料（硬质合金牌号）。由原始条件给定：被加工工件材料为45钢，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
3、料（硬质合金牌号）为YT15。（3）选择车刀合理角度。根据刀具合理几何参数你的选用原则，并考虑到可转位车刀几何角度的形成特点，选取如下五个主要要角度：刀尖角r=60；纵向前角0=0（同左侧刃前角1=0，右侧刃前角2=0）；左侧刃后角1=35，右侧刃后角2=35；刃倾角=0（左右两侧刃）；左侧刃偏角r=60。 后角的实际数值，以及刃倾角，前角在计算刀槽角度时，经校验后确定。 说明：由于螺纹车刀（此处设计的为平体车刀）可归属于成型车刀，切削普通螺纹时其刀尖角须与螺纹牙型角相等，为60； 取前角0=0是为了减少加工螺纹的理论误差，考虑到牙型精度。但是带来的问题是车削性能差，有振刀现象。 因为车螺纹是
4、刀具两个刃同时切削（对于小螺距），其切削力比车外圆大很多。为了增强刀尖强度及改善散热条件，后角选取要比车外圆是要小些，但是又不至于太小（否则不能切削）。故取后角为35； 由于螺纹车刀是对称的。此处选择的条件就注定了用硬质合金刀片的话，如果不特殊刃磨，安放在刀夹上只能平放着，及刀槽的角度与刀片角度完全一样。但是螺纹车刀由于有螺纹升角的影响，实际工作后角左右两个主任并不相等。故为了使切削过程中左右两刃工作后角相等，会使刀槽做一些改变。这样，对于上述条件就不能完全满足了，因此在后面的处理中，会对初选的角度做一些调整。（4）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。 由于螺纹车刀的进给量
5、已经由螺距确定（在数值上f=P），又由于切削螺纹时，切削力和发热量都比切削外圆时大，故采用多次走到的方式。 由参考文献【3】表2.5-2，知需走刀三次，最后一次走刀为修型作用，相当于半精加工，以此：f=1.5mm/r，分为三次走刀。第一次：ap=0.4mm,第二次ap=0.3mm，第三次ap=0.1mm.由参考文献【2】表7-1类比，取切削速度v=80m/s说明：若按参考文献【3】式（2.5-1）及表2.5-1和表2.5-2计算，如下： 切削速度 式中：v车削速度m/min T刀具耐用度（使用寿命）min i走刀次数 Cv切削速度系数 m,xv,yv切削速度指数 Kv加工条件时切削速度的修正指
6、数 对于普通螺纹，螺距P2mm，加工材料b=0.75GPa时，Cv=244 xv=0.23,yv=0.3,m=0.2.粗加工与半精加工同一把车刀，Kv=0.75.i=3,t取60min。解得v=92m/min。考虑到采用的是前角为零的车刀，且切削工件的直径不大，故为了提高系统刚度，减少刀具震动，提高加工精度，考虑综合因素，取速度v=80m/min。（5）选择刀片型号和尺寸 选择刀片有无中心孔。由于刀片夹固结构为楔块式，因此选用有中心固定孔的刀片。 选择刀片形状。由于刀尖角为60，故选用三角形刀片。 刀片精度等级。参照参考文献【1】2.4、2.5节刀片精度等级的选择原则，选用U级。 选择刀片内切
7、圆直径d（或刀片边长L）。由于螺纹车刀与外圆车刀不一样，外圆车刀的已加工表面是圆柱面，而螺纹车刀的已加工表面是螺纹槽，故刀片的实际长度应为几次径向进给的量的总和。故将个参数带入参考文献【1】式（2.5），求出刀刃的实际参加工作长度Lse为： = mm 则所选刀片边长L应为 L1.5Lse=1.50.924mm=1.386mm因为是三角形刀片，所以： 选择刀片厚度s。根据已选的ap=0.8mm，f=1.5mm/r.通过参考文献【1】图2.3（选择刀片厚度的诺模图），求得刀片厚度s4.8mm选择刀尖角圆弧半径r。根据已选的ap=0.8mm，f=1.5mm/r.通过参考文献【1】图2.4（选择刀尖角
8、圆弧半径的诺模图），求得连续切削式的刀片厚度r2.4mm.但是考虑到M25的螺纹螺距P=1.5mm，如果用这样大的刀尖角圆弧半径加工的话，加工出来的螺纹牙型是圆弧形，显然不能满足加工精度要求。故强制性的采用刀尖圆弧半径r=0.4mm，以保证加工精度。虽然这样降低了刀尖的强度，但是可以通过多次走到减小进刀深度达到保护刀尖强度的目的。选择刀片断屑槽的型式和尺寸。由于有了封闭式断屑槽，就会有前角的产生，而螺纹车刀需要零前角，或者极小的前角。并且刀片已经有后角，又考虑到螺纹加工的屑不太多，故选用无断屑槽。 综合以上七方面的选择结果，确定选用的刀片型号是TBUA160404（参考文献【4】表2-12）。
9、其具体尺寸为： L16.5mm，d=9.5250.08mm，s=4.760.13mm，d1=3.810.08mm， m=13.8870.13mm，r=0.40.1mm，法向后角nb=5，刀片刃倾角nb=04.选用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。本题选择与刀片形状相同的刀垫：正三角形，有圆孔。由参考文献【1】表2.16知其尺寸为： d=8.53mm, s=3.18mm, m=12.395mm, d=5.6mm, r=0.4mm L=14.77mm, D=7mm, C=1.5mm, 型号为T16B,材料为YG8.5.计算刀槽角度 可转位车
10、刀几何角度、刀片几何角度和刀槽几何角度之间的关系。由参考文献【1】图2.5所示。螺纹升角：由于螺纹升角的影响，螺纹车刀工作时，工作角度与标注角度相差太大（特别是对于大螺距螺纹和多线螺纹），且一侧的后角增大而另一侧的后角减小。为了使两侧有相同的工作后角，一种方法是车刀两侧刃的标注后角取不同值，另一种方法是采用法向安装，使车刀前刀面安装在螺纹槽的法平面内。本题对于通用的三角形刀片来说，不可能刃磨使两侧刀刃的后角取不同值，因此本题采用法向安装的方法，即是螺纹车刀绕对称轴转动一个螺纹升角的大小（对于右旋螺纹，由刀尖方向看去，顺时针旋转），法向安装使得前面所提的要求刃倾角s=0，前角0=0不能同时满足，
11、需要略作调整。由于法向安装会导致刀尖角减小，而高速切削会使得实际的螺纹牙型角偏大，故法向安装进一步提高了螺纹牙型的精确性。刀槽角度的计算步骤为：对于螺纹车刀，虽然两个刃都是主切削刃。但是从几何上看来，可以类比的视为主切削刃和副切削刃，因此可以运用外圆车刀的计算刀槽角度的方法计算，为此在角度方面仍按照主切削刃和副切削刃的定义习惯来书写，并定义为左侧刃视为主切削刃，把右侧刃视为副切削刃。 刀杆左刃偏角（几何上类似于主偏角）rg： rg=r=60 刀槽的刃倾角sg: 说明：由几何关系得出：刀槽前角og:刀具前角0=-0.99-1（说明：由几何关系得出）由参考文献【1】式（2.8）故og=0=-0.9
12、9-1验算车刀后角0，车刀后角的验算公式为：解得0=5.99（说明：刀片法向后角nb=5）与所选角度值相近，故可满足切削要求，而刀杆后角og0，故取og=6刀槽右侧刃偏角（几何上可视为副偏角） 因为 ， 所以 车刀刀尖角r的计算公式为 解得=59.985故验算车刀右侧刃后角（几何上相当于副后角）0，车刀“副后角”的验算公式为：而 将带入，得： 解得og=0.991（也可由对称性得出）解得sg =0.57（也可由对称性得出）再将og=0.99，sg =0.57带入式中得：所以：0=4.01。可以满足切削要求。刀槽“副后角”og0，取og=4综合上述计算，可以归纳出：车刀的几何角度 左侧刃： 右侧
13、刃：刀槽的几何角度：左侧：右侧：6.计算铣制刀槽时需要的角度计算刀具最大负前角gg及其方位角gg 。由参考文献【1】式（2.9），得 gg=-5.032由参考文献【1】式（2.10），得gg=-60.32计算刀槽切深剖面前角pg和进给剖面前角fg由参考文献【1】式（2.11）和式（2.12）得所以 pg=-0.00640 pg=-1.15由上述的计算可以看出。这与前面所说的沿刀片的对称轴旋转一个螺纹升角的角度，考虑到计算误差积累的问题，实际上应修正为：pg=0 pg=-1.147.选择刀杆材料和尺寸选择刀杆材料。选用45号钢为刀杆材料，热处理硬度为HRC3845，发黑处理。选择刀杆尺寸、选择刀
14、杆截面尺寸。因加工使用CA6140普通车床，其中心高为220mm。按照参考文献【1】表2.37，并考虑到为提高刀杆强度，选取刀杆截面尺寸BH=2025（mm2）由于切削深度apmax=0.4mm,进给量f=1.5mm/r，可以不必校验刀杆强度。、选择刀杆长度尺寸。参照参考文献【1】2.5.1.3节刀杆长度尺寸选用原则，选取的刀杆长度为150mm8.绘制车刀工作图和零件图 如图纸所示。参考文献：【1】 王娜君.金属切削刀具课程设计指导书.2000年【2】 程志杰.不重磨式螺纹车刀.1979年【3】 肖诗纲.螺纹刀具.1986【4】 刘华明.刀具设计指导书【5】 刘华明.金属切削刀具课程设计指导资料
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