可转位车刀设计 45# （6~10题）

可转位车刀设计 45# （6~10题）,可转位车刀设计,45#,（6~10题）,可转位,车刀,设计,45,10 一、 原始条件及设计要求 已知工件为45号钢（正火），经热处理后HBS为220-235。 工件材料（热处理状态） D/mm d/mm L/mm l/mm B 45#正火 78 56 300 120 1.6 设计目的及要求： 目的： 1.根据课堂讲授内容，学生做相应的自主练习，消化课堂所讲解的内容。 2.通过调试典型例题或习题积累调试程序的经验。 3.通过完成辅导教材中的编程题，逐渐培养学生的编程能力，用计算机解决实际问题的能力。 意义： 1.有助于加深我们对操作系统这门课程的理解，我们在课堂上学的都是基础理论知识，对于如何用程序语言来描述所学知识还是有一定难度。通过课程设计，我们可以真正理解其内涵。 2.有利于我们逻辑思维的锻炼，程序设计能直接有效地训练学生的创新思维、培养分析问题、解决问题能力。即使是一个简单的程序，依然需要学生有条不理的构思。 3.有利于培养严谨认真的学习态度，在程序设计过程里，当我们输入程序代码的时候，如果不够认真或细心，那么可能就导致语法错误，从而无法得出运行结果。那么，这个我们反复调试，反复修改的过程，其实也是对我们认真严谨治学的一个锻炼。 研究内容： 对可转位车刀的功能原理分析，对整体机械结构进行方案选取及分析设计，对动力驱动部分及机械传动等部分进行选型设计，对控制系统进行分析设计。 通过搜集的相关资料对数控控制、结构设计等相关学科进一步掌握，对本课题可转位车刀进行分析设计。 通过前期的资料收集，查阅相关的书籍和文献资料 ，对可转位车刀机械结构进行优化设计。 研究路线： 1.搜集市面上的现有可转位车刀结构原理及功能，分析各种可转位车刀的结构特点和优缺点对比； 2.可转位车刀机械传动结构设计； 2.可转位车刀钢结构部分受力分析校核； 3.可转位车刀的驱动数控设计； 4.可转位车刀外形设计、受力部件的设计； 5.辅助部分设计； 6.稳定性分析； 7.验证最终成果的合理性。 研究思路： (1)进行二维绘图设计软件等软件的学习和应用。 (2)以理论为基础，以实践为根本。 (3)通过上网找资料和阅读学校图书馆的相关书籍做好理论知识的储备。 (4)进行一些优化设计理论的学习。 (5)可以在老师的指导、同学的帮助下解决问题 (6)采用文献查阅法帮助学习解决问题 预期结果： 1.搜集相关可转位车刀资料，了解国内外目前可转位车刀的研究现状及发展前景； 2.对可转位车刀的整体功能结构进行分析设计； 3.驱动部分进行选型设计、机械传动部分设计、机械执行机构设计； 4.控制系统选型； 提交论文和相关设计图纸，附件等； 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。 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。 三、 刀具材料的确定 选择刀片材料，硬质合金牌号，由原始条件给定：被加工材料为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，选取刀片材料为YT15. 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=20, ② 后角:根据《机械制造技术基础》表3.17,工件材料为中碳钢(正火),半精车,因此后角可选=6 ③ 主偏角:根据题目要求,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： ① 选择刀片有无中心孔.由于刀片加固结构已选定为偏心式,因此应选用有中心固定孔的刀片. ② 选择刀片形状.按选定主偏角=75,参照《刀具设计手册》2.4.4.2刀片形状的选择原则,选用正方形刀片. ③ 选择刀片的精度等级.参照《刀具设计手册》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=3mm, 主偏角=75,刃倾角=-5,将,,代入下式可得刀刃的实际参加工作长L为 L===3.118mm 令刀片的刃口长度(即便长)L>1.5 L=4.677mm,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=3mm,进给量f=0.6mm/r及《刀具设计手册》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.根据已选择的背吃刀量=3mm,进给量f=0.6mm/r及《刀具设计手册》选择刀尖圆角半径的诺莫图2.4,求得连续切削时=1.2mm ⑦ 选择刀片断屑槽型式和尺寸.参照《刀具设计手册》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A型断屑槽. 综上7方面的选择结果,根据《刀具设计手册》表2.10确定选用的刀片型号为SNUM150612-A4. L=d=14.88mm;s=6.35mm;d=6.35mm;m=2.79mm; =1.2mm 刀片刀尖角=90;刀片刃倾角=0;断屑槽宽W=4mm;取法前角=25 5、 刀具结构设计及结构尺寸计算和验算 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 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《刀具设计手册》表2.18选择型号为S15B型刀垫.尺寸为:长度L=14.88mm,厚度s=4.76mm中心孔直径d=7.6mm.材料为高速钢YG8。 ①选择刀杆材料:为保证刀杆强度,增加刀杆使用寿命,刀杆材料一般可用中碳钢,采用45号钢,热处理硬度为HRC38-45,发黑处理 ②选择刀杆尺寸: ⑴选择刀杆截面尺寸.车床中心高度为220mm,根据《刀具设计手册》表2.37,选取截面尺寸为:20×25(mm) 由于切削深度及进给量太小,故强度足够 ⑵选择刀杆长度尺寸:参照《刀具设计手册》2.5.1.3刀杆长度选择原则,选取刀杆长度为160mm。 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 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。 -9- 参考文献 [1]  郑泽民.高速切削刀具的发展现状，工具技术，20017 [2] 王耀南.高速切削刀具磨损寿命的研究 ，工具技术，2004 [3] 张毅.金属切削理论，机械工业出版社，2007 [4] 吴宗泽.刀具设计实用手册，化学工业出版社，1999 [5] 卢秉恒.机械制造技术基础，机械工业出版社，2007 [6] 蔡自兴.机器人学基础，机械工业出版社，2016 -10-