可转位刀具设计

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1、1机械设计制造及其自动化专业（卓越工程师）设计说明书（工业产品造型设计）题 目： 可转位车刀设计 学 院： 机械工程学院专 业：机械设计制造及其自动化姓 名：指导教师：完成日期： 2013 年 11 月 26 日2目录目录一一 刀片材料的选择刀片材料的选择.2二二 刀具合理几何参数的选择刀具合理几何参数的选择.2三三 切削用量的选择切削用量的选择.3四四 刀片夹固结构的选择刀片夹固结构的选择.3五五 刀片形状和尺寸的选择刀片形状和尺寸的选择.3六六 刀片型号和基本参数的确定刀片型号和基本参数的确定.5七七 刀杆选择（刀杆材料、尺寸）刀杆选择（刀杆材料、尺寸）.5八八 刀槽角度的计算刀槽角度的计

2、算.5九九 选择硬质合金刀垫（国家标准）选择硬质合金刀垫（国家标准）.7十十 绘制刀具工作图和零件图绘制刀具工作图和零件图.83设计要求： 杠销式 75机夹不重磨车刀工件：40Mn，HB229 光轴，Ra12.5 机床：C620 推荐：V=80，p=410，f =0.40.8一一 刀片材料的选择刀片材料的选择硬质合金是由难熔金属碳化物（如 WC、TiC、TaC、NbC 等）和金属粘结 剂经粉末冶金方法制成的。 硬质合金分为三类：YT,YG,YW。 YG 类硬质合金主要用于加工铸铁和有色金属，YT 类主要用于加工钢料， YW 类抗弯强度、疲劳强度和冲击韧度高，抗氧化能力和耐磨性也比较好，可用 于

3、加工铸铁及有色金属。YT 类硬质合金适于加工钢料。加工钢料时，金属塑性 变形大，摩擦很剧烈，切削温度很高。YT 类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性， 特别是较高的耐热性，抗粘结扩散能力和抗氧化能力也很好。在加工钢料时， 刀具磨损小，刀具耐用度较高，所以在加工 40 Mn 材料工件时应选择 YT 类硬质 合金作为刀具材料。选取刀片材料为 YT15。二二 刀具合理几何参数的选择刀具合理几何参数的选择1.主偏角主偏角 kr 主偏角对可转位车刀的寿命影响较大。一般来说，减小主偏角 可提高刀具工作寿命。但当工艺系统或被加工工件刚性不足时，减小主偏角会 增大径向力，从而加大变形挠度，引起加工振动，降低加工精

4、度和加工表面质 量，同时影响刀具寿命，因此，应针对不同的加工条件选择不同的主偏角。设 计刀具时的主偏角推荐值见表 1。 表 1 可转位车刀主偏角推荐值 加工条件主偏角 kr推荐值 工艺系统刚性较好4575粗车工艺系统刚性较差7590 工艺系统刚性较好45精车工艺系统刚性较差6075 加工细长轴、薄壁件9095 工件中间切入、仿形加工4560，9095 硬质合金车刀的主偏角多选用 6075，在这里选用 75。 2.前角的选择 加工塑性材料时（钢） ，应选用较大前角。切削钢料时，切削变形很大， 切屑与前刀面的接触面积较长，刀屑之间的压力和摩擦力都很大，为了减小切 屑的变形和摩擦，宜选用较大的前角。

5、用硬质合金刀具加工一般钢料时，前角 可选用 10-20，在这里选取 15。 3 后角的选择4后角的作用主要是减小切削过程中刀具后刀面与加工表面之间的摩擦， 后角的大小还影响作用在后刀面上的力、后刀面与工件接触长度以及后刀面磨 损强度，因而对刀具耐用度及加工表面质量有很大影响。 刀具合理后角在 f0.25/r 时可选用 10-20，在 f0.23mm/r 时取为 5 -8。所以当 f0.4-0.8 时，后角应该选用 5-8。在这里选取 5。 4 刃倾角的选择 再加工一般钢料和铸铁时，无冲击的粗车取刃倾角为 0-5，精车 取 0-5。在这里选取-5。三三 切削用量的选择切削用量的选择题目中已经给出

6、 f=0.4-0.8四四 刀片夹固结构的选择刀片夹固结构的选择 可转位车刀的典型刀片夹固结构有：偏心式、杠杆式、上压式、楔销式、拉垫 式和杠销式等。这里选择杠销式，结构比较简单，夹紧力大，夹紧可靠，刀尖 位置精度高，操作方便，不阻碍切屑流动，便于观察切削区的工作情况。缺点 是夹紧力与切削力的方向相反。五五 刀片形状和尺寸的选择刀片形状和尺寸的选择 1 中心孔的选择 因为所选的是杠销式车刀，所以有中心孔。 2 刀片形状的选择 国家标准 GB207687 中规定的硬质合金可转位刀片有 17 种刀片形状， 常用的是：三角形、正方形、偏 8 度三边形、凸三边形等。选择刀片形状时， 主要依据被加工工件的

7、工序性质、工件形状、刀具耐用度和刀片的利用率等进 行。 三角形刀片的加工范围较广泛，90 度外圆车刀、90 内孔镗刀都可以采用三角形 刀片。其优点是：加工时径向切削力小，适用于在工艺系统刚性较差的条件下 使用。缺点是：刀尖角小，刀尖强度差，散热面积小，刀具耐用度较低。为改 进三角刀片的上述缺点，可选用偏 8 度三边形和凸三边形刀片，这两种刀片的 刀尖角都比三角形刀片的刀尖角大，这既可以提高刀尖强度又增加了散热面积， 因而使刀具耐用度也有所提高。此外，用偏 8 度三边形刀片加工外圆时候，还 可以减少已加工表面的残留面积，使表面粗糙度变小。 正方形刀片适用于主偏角为 45 度、60 度、75 度的

8、各种外圆车刀、断面车刀及 镗孔刀，通用性好。有较大的刀尖角，刀尖强度高，散热面积大，可以提高刀 具耐用度。因此正方形车刀适用较为普遍。 因为选择的是 75主偏角，所以选择正方形刀片较为合理。53 选择刀片等级精度 车削用硬质合金可转为刀片的精度等级有 U（普通等级）M（中等级） G（精密级）等 3 种。一般情况下选择 U 级。有特殊情况时才选用 M 和 G 级。 4 刀片基本尺寸的确定(1)刀片内切圆直径或者边长的确定 选择刀片内切圆直径或边长时，首先应根据切削深度、主偏角和刃倾角的大小，计算出主切削实际参加工parks作长度，然后令刀片的刃口长度（即边长）1.5，便能保证切削工作顺seLLs

9、eL利进行。直线切削刃的实际参加工作长度的近似计算公式为seLsincosp se rsaLk不同形状的刀片，其边长 L 和内切圆直径的关系不同，可以通过计算求得。d对于正方形刀片：，对于三角形刀片：。Ld3Ld所以根据计算=5/（0.9659*0.9962）=5.196mmseL刀片边长1.5=1.5*5.196=7.794LseL所以7.794Ld（2）刀片厚度的确定 刀片厚度主要应从保证刀片强度的观点出发进行 选择。当被加工材料选定后，刀片所受切削力的大小，主要取决于进给量 f 和 切削深度的大小，进给量和切削深度越大，切削力也越大，就应该选用较厚的 刀片。 已知背吃刀量为 5mm，进给

10、量为 0.4-0.8mm,根据诺模图可以知道刀片厚度s4.8mm1-1 选择刀片厚度的诺模图(3) 刀尖圆角半径的确定 国标 GB2077-87 中规定刀尖圆角半径为60.2、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0、2.4 和 3.2mm。刀尖圆角半径越大，刀尖强度 高，散热条件好，可以提高刀具耐用度，并使表面粗糙度变小；但刀尖圆角半 径如果过大，将使吃刀抗力增加，容易引起振动反而影响加工质量，甚至造成 损坏刀片或者闷车。合适的刀尖圆角半径可以根据背吃刀量和进给量的大小来 选择。根据背吃刀量为 5mm，进给量为 0.4-0.8 和诺模图可以知道连续切削的 刀尖圆角半径为 1.2mm，断续切削的

11、刀尖圆角半径为 1.6mm。1-2 选择刀尖圆角半径的诺模图六六 刀片型号和基本参数的确定刀片型号和基本参数的确定综上述各方面考虑，查表可确定选用刀片型号为 SUNM150612R-A4。其具体尺寸为：L=d=15.875mm，s=6.35mm,=6.35mm,r=1.2mm,m=2.79mm1d刀片刀尖角为 90 度，刀片刃倾角为 0 度；法后角为 0 度，断屑槽宽为 4mm，取法前角为 20 度七七 刀杆选择（刀杆材料、尺寸）刀杆选择（刀杆材料、尺寸）1 选择刀杆材料 选用 45 号钢为刀杆材料2 选择刀杆尺寸 因为加工使用 C620 普通车床，查表知中心高度为200mm，选择刀杆横截面积

12、为 B*H=16*25刀杆长度尺寸为 140mm2mm八八 刀槽角度的计算刀槽角度的计算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 1-6 所示7（1） 刀槽主偏角75rgrkk（2） 刀槽刃倾角rg6s （3） 刀槽前角的计算5ogo （4） 验算车刀后角=0在此处键入公式。.087tantancoscostan1tantancosnbogss o nbogs则=与所选后角值近似，满足切削要求；所以o4.9465og（5） 刀槽副偏角 而式中为刀尖角所以= ,= 车刀刀尖角的计算公式为当cot =(cot 1 +(tan cos )2 tan sin )cos = 90时，cot = tan sin cos 将= 5,= 5带入cot = 0.076 = 85.7= = 19（6） 验算车刀副后角8当tan = tan sin + tan cos = 0.09 = 5.14取综上所述得九九 选择硬质合金刀垫（国家标准）选择硬质合金刀垫（国家标准）选择硬质合金刀垫。其型号和尺寸与刀片夹紧结构和刀片的型号和尺寸有关心。 在此选择与刀片形状相同的刀片，正方形中心带孔，其尺寸为 L=14.88mm，厚 度 S=4.76mm，中心孔直径 d=7.6mm,材料为 YG8。9十十 绘制刀具工作图和零件图绘制刀具工作图和零件图 10