硬质合金可转位车刀设计.docx

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七、硬质合金可转位车刀设计

［原始条件］

加工推动架工序1中车￠50端面，工件材料HT200，铸件。

表面粗糙度要求达到Ra6.3，需采用粗车完成其端面车削，总余量为3mm，使用机床为CA6140普通车床。

试设计一把硬质合金可转位车刀。

设计步骤为：

（1）选择刀片夹固结构。

考虑到加工在CA6140普通车床上进行，且属于连续切削，由《切削手册》表4-22典型刀片夹固结构简图和特点，采用偏心式刀片夹固结构。

（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HT200，连续切削，完成粗车工序，按照硬质合金的选用原则，选取刀片材料（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的选择原则，并考虑到可转位车刀几何角度的形成特点，选取如下四个主要角度：

①前角γo=15°；②后角ao=5°；③主偏角kr=90°；④刃倾角λs=-6°。

后角ao的实际数值以及副后角a¢o和副偏角k¢rg在计算刀槽角度时，经校验后确定。

（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。

粗车时：

切削深度ap=3mm，进给量f=0.5mm/r，切削速度v=122m/min；

（5）选择刀片型号和尺寸：

①选择刀片有无中心固定孔。

由于刀片夹具结构已选定为偏心式，因此应选用中心有固定孔的刀片。

②选择刀片形状。

按选定的主偏角kr=90°，根据《切削手册》表4-20刀片形状的选择原则，选用正三角形刀片。

③选择刀片精度等级。

由《切削手册》表4-17刀片精度等级的选择原则，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ap=3mm，kr=90°和λs=0°，将ap、kr和λs代入《金属切削刀具课程设计指导书》公式（2.5），可求出刀刃的实际参加工作长度Lse为

Lse===3.0mm

则所选用的刀片边长L应为

L＞1.5Lse=1.5×3.016=4.50mm

因为是正三角形刀片，L=√3dd=2.60mm

⑤选择刀片厚度s。

根据已选定的ap=3mm、f=0.5mm/r，根据刀片厚度的诺模图求得刀片厚度s≥3.8mm。

⑥选择刀尖圆弧半径rε。

根据已选定的ap=3mm、f=0.5mm/r及通过刀尖圆弧半径诺模图，求得连续切削时的rε=0.8mm。

⑦由于工件材料为HT200，所以刀片可以无断屑槽。

综合以上七方面的选择结果，确定选用的刀片型号是：

TNUM160408-V2（《金属切削刀具课程设计指导书》表2.11），其具体尺寸为

L=16.5mm；s=4.76mm；d1=3.81mm；m=13.494mm；rε=0.8mm

刀片刀尖角εb=60°；刀片刃倾角λsb=0°；断屑槽宽Wn=2mm；取法前角γnb=20°。

刀片法后角anb=0°

（6）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，中心有圆孔。

T16B其尺寸为：

L=14.77mm；厚度s=3.18mm；中心孔直径d1=5.6mm。

材料为YG8。

（7）计算刀槽角度。

可转位车刀几何角度、刀片几何角度、刀槽几何角度之间的关系，《金属切削刀具课程设计指导书》图2.5所示。

刀槽角度计算步骤是；

①刀杆主偏角krg

krg=kr=90°

②刀槽刃倾角λsg

λsg=λs=-6°

③刀槽前角γog

将γo=15°、γnb=20°、λs=-6°代入式（2.8），得

tanγog==-0.087

则γog=-5°，取γog=-5°。

④验算车刀后角ao。

车刀后角ao的验算公式为

tanao=

（1）

当anb=0°时，则式

（1）成为

tanao=-tanγogcos2λs

（2）

将γog=-5°、λs=-6°代入式

（2），得tanao=-tan（-5°）cos2（-6°）=0.87，则

ao=4.946°

与所选角度值相近，可以满足切削要求。

而刀杆后角aog≈ao，故aog=5°。

⑤刀槽副偏角

k¢rg=kr=180°-kr-εr

因为εrg=εr，krg=kr

所以k¢rg=180°-krg-εrg=180°-kr-εr（3）

车刀刀尖角εr的计算公式为：

cosεr=[cosεrb-tangogsinls]cosls（4）

当εrb=60°时，将gog=-5°、ls=-6°代入式（4），得

cosεr=[cosεrb-tangogsinls]cosls=0.499

εr=60.05°（60°3′）

故k¢rg≈k¢r=180°-90°-60.05°=29.95°

取k¢rg=30°

⑥验算车刀副后角a¢o。

车刀副后角a¢o的验算公式为

tana¢o=（5）

当anb=0°时，式（5）成为

tana¢o=-tanγ¢ogcos2λ¢sg（6）

而tanγ¢og=-tanγogcosεrg+tanλsgsinεrg（7）

tanλ¢sg=tanγogsinεrg+tanλsgcosεrg（8）

将γog=-5°、lsg=-6°、εrg=εr=60.05°代入式（7）、（8）中，得

tanγ¢og=-tan（-5°）cos60.05°+tan（-6°）sin60.05°=-0.047

所以γ¢og=-2.713°

tanλ¢sg=tan（-5°）sin59.87°+tan（-6°）cos60.05°=-0.128

所以λ¢sg=-7.310°

再将γ¢og=-2.713°、λ¢sg=-7.31°代入式（6），得

tana¢o=-tan（-2.715°）cos2（-7.31°）=0.047

所以a¢o=2.669°，可以满足切削要求。

刀槽副后角a¢og≈a¢o，故a¢og=2.669°，取a¢og=3°。

综合上述计算结果，可以归纳出：

车刀的几何角度

γo=15°ao=4.946°kr=90°k¢r=30°ls=-6°a¢o=2.669°

刀槽的几何角度

γog=-5°、αog=5°krg=90°k¢rg=7.5°lsg=-6°a¢og=3°

（8）计算铣制刀槽时需要的角度

①计算刀槽最大负前角γgg及其方位角τgg。

将γog=-5°、lsg=-6°代入tanγgg=-，得

tanγgg=-=-0.137

γgg=-7.79°（-7°47′13″）

将γog=-5°、lsg=-6°代入tanτgg=tan（γog）/tan（lsg），得

tanτgg=tan（-5°）/tan（-6°）=0.382

τgg=39.77°（39°46′26″）

②计算刀槽切深剖面前角γpg和进给剖面前角γfg。

将γog=-5°、lsg=-6°，kr=90°代入式（7）和式（8），可得

tanγpg=tan（-5°）cos90°+tan（-6°）sin90°=-0.105

tanγfg=tan（-5°）sin90°-tan（-6°）cos90°=-0.087

所以γpg=-6

γfg=-5

（9）选择刀杆材料和尺寸。

①选择刀杆材料。

选用45号钢为刀杆材料，热处理硬度为HRC38～45，发黑处理。

②选择刀杆尺寸

选择刀杆截面尺寸。

因加工使用CA6140普通车床，其中心高为220mm。

按照文献5表2.37，并考虑到为提高刀杆强度，选取刀杆截面尺寸B×H=20×25（mm2）。

由于切削深度ap=3mm，进给量f=0.5mm/r，可以不必校验刀杆强度。

选择刀杆长度尺寸。

参照本章2.5.1.3节刀杆长度尺寸选择原则，选取的刀杆长度为150mm。

（10）选择偏心销及其相关尺寸。

①选择偏心销材料。

偏心销材料选用40Cr，热处理硬度为HRC40～45，发黑。

②选择偏心销直径dc和偏心量。

偏心销直径可用文献5式（2.1）求出，即

dc=d1-（0.2～0.4）mm

前面已经选定d1=2.6mm，取括号内最大数值0.4mm，则

dc=3.81-0.4=3.41mm

偏心量可用下式求出，即

e≤

为计算方便，取μ1=μ2=0.13，dc=d2，=1，则由文献5式（2.2）得e≤0.13dc=0.13×3.41=0.4433mm，取e=0.45mm。

为使刀片夹固可靠，选用自锁性能较好的螺钉偏心销，并取螺钉偏心销转轴直径d2为M6。

③计算偏心销转轴孔中心在刀槽前刀面上的位置。

根据前面已经选定的各尺寸

d1=3.81mm，d=16.5mm，

dc=3.41mm，e=0.45mm

取β=30°，代入则

m=+0.45sin30°-cos30°=8.302mm

n=-0.45cos30°-sin30°=7.760mm

（11）绘制车刀工作图和零件图。

①硬质合金可转位外圆车刀，见附图5。

②硬质合金可转位外圆车刀刀杆，见附图6。

（12）编写设计说明书。