可转位车刀设计 35# （6~10题）

可转位车刀设计 35# （6~10题）,可转位车刀设计,35#,（6~10题）,可转位,车刀,设计,35,10 一、 原始条件及设计要求 已知工件为35#钢。 工件材料 σ/GPa HB D±0.1/mm L/mm A 35钢 0.52 143-178 70 250 3.2 技术要求： （1）表面无接痕； （2）表面硬化程度不超过20%； （3）表面无残余应力和微裂纹。 任务参考： （1）选择（设计）刀具 （2）确定切削用量 （3）强度校核 二、 刀具结构型式的确定 机夹可转位车刀是将可转位硬质合金刀片用机械的方法夹持在刀杆上形成的车刀，一般由刀片、刀垫、夹紧元件和刀体组成。 根据夹紧结构的不同可分为以下几种形式。 ·偏心式 偏心式夹紧结构利用螺钉上端的一个偏心心轴将刀片夹紧在刀杆上，该结构依靠偏心夹紧，螺钉自锁，结构简单，操作方便，但不能双边定位。当偏心量过小时，要求刀片制造的精度高，若偏心量过大时，在切削力冲击作用下刀片易松动，因此偏心式夹紧结构适于连续平稳切削的场合。 ·杠杆式 杠杆式夹紧结构应用杠杆原理对刀片进行夹紧。当旋动螺钉时，通过杠杆产生夹紧力，从而将刀片定位在刀槽侧面上，旋出螺钉时，刀片松开，半圆筒形弹簧片可保持刀垫位置不动。该结构特点是定位精度高、夹固牢靠、受力合理、适用方便，但工艺性较差。 ·楔块式 刀片内孔定位在刀片槽的销轴上，带有斜面的压块由压紧螺钉下压时，楔块一面靠紧刀杆上的凸台，另一面将刀片推往刀片中间孔的圆柱销上压紧刀片。该结构的特点是操作简单方便，但定位精度较低，且夹紧力与切削力相反。 不论采用何种夹紧方式，刀片在夹紧时必须满足以下条件：①刀片装夹定位要符合切削力的定位夹紧原理，即切削力的合力必须作用在刀片支承面周界内。②刀片周边尺寸定位需满足三点定位原理。③切削力与装夹力的合力在定位基面(刀片与刀体)上所产生的摩擦力必须大于切削振动等引起的使刀片脱离定位基面的交变力。 选择刀片加固结构，考虑到加工在普通机床上进行，且属于连续加工，采用偏心式刀片加工结构。 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1.6μm,为精加工,但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. 参照《机械制造技术基础课程补充资料》表2.1典型刀片结构简图和特点,采用偏心式刀片加固结构较为合适。 三、 刀具材料的确定 选择刀片材料， 35#钢：属于合金结构钢，塑性韧性良好，中碳钢，调质后切削加工型好。 成分：碳0.37～0.45％，硅0.17～0.37％，锰0.5～0.8，铬0.8～1.1％ 调质处理：850℃淬火加热油淬，520℃回火后，抗拉强度为980Mpa，屈服强度为800Mpa，断面收缩率45%，伸长率18%，冲击韧性为588.3KJ/㎡，热导率33.6w/(m.k). 由表4-3查出35#钢各项性能的加工性等级为：4-5-2-3-6，所以35#钢是较难切削的金属材料。 加工工件材料为35#钢,正火处理,连续切屑,且加工工序为粗车,半精车了两道工序.由于加工材料为钢材料,因此刀片材料可以采用YG系列,YG8宜粗加工,YG3宜精加工,本题第三步要求达到半精加工,因此材料选择YG3硬质合金。 四、 刀具几何参数的合理选择及其计算 刀具角度： 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:根据《机械制造技术基础》表3.16,工件材料为中碳钢(正火),半精车,因此前角可选=10°, ② 后角:根据《机械制造技术基础》表3.17,工件材料为铸造材料,精车,因此后角可选=7° ③ 主偏角:根据《机械制造技术基础》表3.16,主偏角=75° ④ 刃倾角:为获得大于0的后角及大于0的副刃后角,刃倾角=-5 后角的实际数值及副刃后角和副偏角在计算刀槽角度时经校验确定. 刀具几何参数： 选取如下五个主要角度。 粗加工 前角γo=13º 硬质合金刀具的抗弯强度较低，故前角选择小，为了增大刀的强度使刀更加锋利，减小切屑变形和摩擦。 后角αo=8º 后角主要影响刀具后面与切削表面间摩擦，为了提高刀具的强度。大的后角可以减小摩擦，提高已加工表面质量，延长刀的寿命 主副偏角Kr=75º Kr’=15º 增大主偏角，使背向力Fp减小，让切屑平稳，切屑厚度增加，切屑性能变好。 刃倾角λs=-3º 选用负的刃倾角可以增大刀头强度，提高切削刃的抗冲击能力。 精加工 前角γo=15º 精加工切削量小，大的前角可以使刀更加锋利，减少摩擦降低切屑力与热 后角αo=10º 为了提高刀具的强度。大的后角可以减小摩擦，提高已加工表面质量，延长刀的寿命 主副偏角Kr=75º Kr’=15º 减小表面粗糙度 刃倾角λs=3º 防止切屑划伤已加工表面。 综上得 角 γo αo αo’ Kr Kr’ λs 粗加工 13° 8° 8° 75° 15° -3° 精加工 16° 10° 10 75° 15° 3° 5、 刀具结构设计及结构尺寸计算和验算 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: 刀杆主偏角 ==75 ② 刀槽刃倾角 ==-5 ③ 刀槽前角 将=20, =25, =-5代入下式 tan ==-0.089 则=-5.089,取=-5 ④ 验算车刀后角a. 车刀后角a的验算公式为: tan a= 当=0时,则上式成为: tan a=- 将=-5, =-5代入上式得a=5.05 前面所选后角a=6,与验算值有差距,故车刀后角a应选a=5才能与验算角度接近 而刀杆后角a≈a=5 ⑤ 刀槽副偏角 k=k=180-= k=,= 因此k=180-- 车刀刀尖角的计算公式为 cos=[cos]cos 当=90时,上式变为cos= - cos 将=-5, =-5代入上式得=90.4 故k≈k=180-75-90.4=14.6 取k=14.6 ⑥ 验算车刀副后角a 车刀副后角的验算公式为: tan a= 当a=0时, tan a= - 而tan=sin+tan sin tan=sin+tan sin 将=-5, ==-5,==90.4代入上式 tan=tan(-5)sin90.4+tan (-5)sin90.4 ＝＞ =-4.97 tan=sin90.4+tan (-5)sin90.4 ＝＞ =-4.97 再将=-4.97 =-4.97代入得 tan a= - ＝＞ a=4.93可以满足切削要求 刀槽副后角a≈a,故a=4.93,取a=5 综上述计算结果,可以归纳出: 车刀的几何角度: =20, =6, =75, k=14.6,=-5, a=4.93 刀槽的几何角度: =-5 , a=5, k=75 , k=14.6, =-5, a=5 六、 刀具强度、刚度校核 可转位车刀变形量 δ1=±Fm×L/EA=±644.688×320/20.6×104×π×252=±0.00505mm 接触变形量 δ2=0.0013× =0.0013×2 =0.0070mm 在这里Fyj=Fm/3=3352.6/3=1118N Z=πdm/Dw=3.14×50/3.969=39.56 Z∑=39.56×3.5×1=138.48 总变形量 δ=δ1+δ2=0.0027+0.0070=0.0097mm<0.015mm 查表知E级精度允许的误差为0.015mm，故强度合格 已知FP=38N跨度150mm许用应力800Mpa 许可用挠度【W】=0.02 E=210GPa I=2370cm4 W==0.16699＜0.2 所以刚度满足。 七、 确定刀具工作图的技术条件 偏心式75硬质合金可转位外圆车刀如下图 八、 设计体会 课程设计即将结束，回顾整个过程，我觉得受益匪浅。 课程设计是应用所学基础理论，专业知识与技能去分析和解决生产实际问题的一次综合训练。通过这次课程设计巩固、扩大和强化了自己所学到的理论知识与技能，提高自己设计计算、制图、编写技术文件的能力，学会正确使用技术资料、标准、手册等工具书，并在设计中培养自己理论联系实际，严肃认真的工作作风和独立工作能力，为毕业后从事技术工作打下了良好的基础。 我是在保证产品质量、提高生产率、降低成本、并充分利用现有生产条件保证工人具有良好而安全的劳动条件的前提下，进行工艺设计的。 由于自己能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学们批评指正。一次又一次的学习，我们慢慢地在体会，研究和感悟，终于开始领会到将近成功的那一份喜悦，从开始撰写，查找资料，程序设计上，我们学会了细心和耐心，也品尝到了酸、甜、苦、辣，无数的成功与失败更加肯定了我们的研究成果。兴趣是自发形成的，而默契是慢慢培养出来的。当前的社会，科技迅速发展，知识更新速度大大加快，只有我们共同去探索，用自己的双手去征服每一片天空，用我们新的力量去打造一片创新的领域。 本次课程设计过程中虽然遇到了很多困难，但是在老师和同学的帮助下，都顺利的渡过了。感谢我的课程设计指导教师，他对我进行了细心的指导和帮助，他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，都始终给予我细心的指导，无论何时何地都会为我解答疑问。在多次修改过后，才完成了毕业论文。 感谢本文所涉及到的各位学者，本文参考了他们的研究文献。本文通过各学者的研究成果的启发得以完成。 最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位专家表示衷心的感谢！祝愿所有老师工作顺利，身体健康。 -8- 参考文献 [1]曹宝新，齐群.画法几何及土建制图[M] .北京：中国建材工业出版社，2001，36-79. [2]詹迪维.刀具设计手册[M].北京：机械工业出版社，2011,244-249. [3]孙恒，陈作模.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2006,66-70. [4]郑文纬，吴克坚.机械原理[M].北京：高等教育出版社，1997,55-60. [5]师忠秀，王继荣.机械原理课程设计[M].北京:科学出版社，2006,128-130. [6]彭文生，李志明，黄华梁.机械设计[M].北京:高等教育出版社，2006,78-80. [7]吴克坚，于晓红，钱瑞明.车刀设计[M].北京:高等教育出版社，2003,245-246. -9-