可轉位車刀設計 45# （6~10題）

可轉位車刀設計 45# （6~10題）,可轉位車刀設計,45#,（6~10題）,可轉位,車刀,設計,45,10 一、 原始條件及設計要求 已知工件為45號鋼（正火），經(jīng)熱處理后HBS為220-235。 工件材料（熱處理狀態(tài)） D/mm d/mm L/mm l/mm B 45#正火 78 56 300 120 1.6 設計目的及要求： 目的： 1.根據(jù)課堂講授內容，學生做相應的自主練習，消化課堂所講解的內容。 2.通過調試典型例題或習題積累調試程序的經(jīng)驗。 3.通過完成輔導教材中的編程題，逐漸培養(yǎng)學生的編程能力，用計算機解決實際問題的能力。 意義： 1.有助于加深我們對操作系統(tǒng)這門課程的理解，我們在課堂上學的都是基礎理論知識，對于如何用程序語言來描述所學知識還是有一定難度。通過課程設計，我們可以真正理解其內涵。 2.有利于我們邏輯思維的鍛煉，程序設計能直接有效地訓練學生的創(chuàng)新思維、培養(yǎng)分析問題、解決問題能力。即使是一個簡單的程序，依然需要學生有條不理的構思。 3.有利于培養(yǎng)嚴謹認真的學習態(tài)度，在程序設計過程里，當我們輸入程序代碼的時候，如果不夠認真或細心，那么可能就導致語法錯誤，從而無法得出運行結果。那么，這個我們反復調試，反復修改的過程，其實也是對我們認真嚴謹治學的一個鍛煉。 研究內容： 對可轉位車刀的功能原理分析，對整體機械結構進行方案選取及分析設計，對動力驅動部分及機械傳動等部分進行選型設計，對控制系統(tǒng)進行分析設計。 通過搜集的相關資料對數(shù)控控制、結構設計等相關學科進一步掌握，對本課題可轉位車刀進行分析設計。 通過前期的資料收集，查閱相關的書籍和文獻資料 ，對可轉位車刀機械結構進行優(yōu)化設計。 研究路線： 1.搜集市面上的現(xiàn)有可轉位車刀結構原理及功能，分析各種可轉位車刀的結構特點和優(yōu)缺點對比； 2.可轉位車刀機械傳動結構設計； 2.可轉位車刀鋼結構部分受力分析校核； 3.可轉位車刀的驅動數(shù)控設計； 4.可轉位車刀外形設計、受力部件的設計； 5.輔助部分設計； 6.穩(wěn)定性分析； 7.驗證最終成果的合理性。 研究思路： (1)進行二維繪圖設計軟件等軟件的學習和應用。 (2)以理論為基礎，以實踐為根本。 (3)通過上網(wǎng)找資料和閱讀學校圖書館的相關書籍做好理論知識的儲備。 (4)進行一些優(yōu)化設計理論的學習。 (5)可以在老師的指導、同學的幫助下解決問題 (6)采用文獻查閱法幫助學習解決問題 預期結果： 1.搜集相關可轉位車刀資料，了解國內外目前可轉位車刀的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景； 2.對可轉位車刀的整體功能結構進行分析設計； 3.驅動部分進行選型設計、機械傳動部分設計、機械執(zhí)行機構設計； 4.控制系統(tǒng)選型； 提交論文和相關設計圖紙，附件等； 二、 刀具結構型式的確定 機夾可轉位車刀是將可轉位硬質合金刀片用機械的方法夾持在刀桿上形成的車刀，一般由刀片、刀墊、夾緊元件和刀體組成。 根據(jù)夾緊結構的不同可分為以下幾種形式。 ·偏心式 偏心式夾緊結構利用螺釘上端的一個偏心心軸將刀片夾緊在刀桿上，該結構依靠偏心夾緊，螺釘自鎖，結構簡單，操作方便，但不能雙邊定位。當偏心量過小時，要求刀片制造的精度高，若偏心量過大時，在切削力沖擊作用下刀片易松動，因此偏心式夾緊結構適于連續(xù)平穩(wěn)切削的場合。 ·杠桿式 杠桿式夾緊結構應用杠桿原理對刀片進行夾緊。當旋動螺釘時，通過杠桿產(chǎn)生夾緊力，從而將刀片定位在刀槽側面上，旋出螺釘時，刀片松開，半圓筒形彈簧片可保持刀墊位置不動。該結構特點是定位精度高、夾固牢靠、受力合理、適用方便，但工藝性較差。 ·楔塊式 刀片內孔定位在刀片槽的銷軸上，帶有斜面的壓塊由壓緊螺釘下壓時，楔塊一面靠緊刀桿上的凸臺，另一面將刀片推往刀片中間孔的圓柱銷上壓緊刀片。該結構的特點是操作簡單方便，但定位精度較低，且夾緊力與切削力相反。 不論采用何種夾緊方式，刀片在夾緊時必須滿足以下條件：①刀片裝夾定位要符合切削力的定位夾緊原理，即切削力的合力必須作用在刀片支承面周界內。②刀片周邊尺寸定位需滿足三點定位原理。③切削力與裝夾力的合力在定位基面(刀片與刀體)上所產(chǎn)生的摩擦力必須大于切削振動等引起的使刀片脫離定位基面的交變力。 選擇刀片加固結構，考慮到加工在普通機床上進行，且屬于連續(xù)加工，采用偏心式刀片加工結構。 表面粗糙度要求1.6μm,為精加工,但由于可轉為車刀刃傾角通常取負值,切屑流向已加工表面從而劃傷工件,因此只能達到半精加工。 三、 刀具材料的確定 選擇刀片材料，硬質合金牌號，由原始條件給定：被加工材料為45鋼，連續(xù)切削，完成粗車，半精車兩道工序。按照硬質合金的選用原則，選取刀片材料為YT15. 四、 刀具幾何參數(shù)的合理選擇及其計算 刀具角度： 根據(jù)《機械制造技術基礎》刀具合理幾何參數(shù)的選擇,并考慮可轉位車刀幾何角度的形成特點,四個角度做如下選擇: ①前角:根據(jù)《機械制造技術基礎》表3.16,工件材料為中碳鋼(正火),半精車,因此前角可選=20, ② 后角:根據(jù)《機械制造技術基礎》表3.17,工件材料為中碳鋼(正火),半精車,因此后角可選=6 ③ 主偏角:根據(jù)題目要求,主偏角=75 ④ 刃傾角:為獲得大于0的后角及大于0的副刃后角,刃傾角=-5 后角的實際數(shù)值及副刃后角和副偏角在計算刀槽角度時經(jīng)校驗確定。 刀具幾何參數(shù)： ① 選擇刀片有無中心孔.由于刀片加固結構已選定為偏心式,因此應選用有中心固定孔的刀片. ② 選擇刀片形狀.按選定主偏角=75,參照《刀具設計手冊》2.4.4.2刀片形狀的選擇原則,選用正方形刀片. ③ 選擇刀片的精度等級.參照《刀具設計手冊》2.4.4.3節(jié)刀片精度等級的選擇原則,一般情況下選用U級. ④ 選擇刀片內切圓直徑d(或刀片邊長L).根據(jù)已確定的背吃刀量=3mm, 主偏角=75,刃傾角=-5,將,,代入下式可得刀刃的實際參加工作長L為 L===3.118mm 令刀片的刃口長度(即便長)L>1.5 L=4.677mm,保證切削工作順利進行. ⑤ 選擇刀片厚度.根據(jù)已選擇的背吃刀量=3mm,進給量f=0.6mm/r及《刀具設計手冊》選擇刀片厚度的諾莫圖圖2.3,求得刀片厚度S≥4.8mm. ⑥ 選擇刀尖圓弧半徑.根據(jù)已選擇的背吃刀量=3mm,進給量f=0.6mm/r及《刀具設計手冊》選擇刀尖圓角半徑的諾莫圖2.4,求得連續(xù)切削時=1.2mm ⑦ 選擇刀片斷屑槽型式和尺寸.參照《刀具設計手冊》2.4.4.4節(jié)中刀片斷屑槽類型和尺寸的選擇原則,根據(jù)已知的已知條件,選擇A型斷屑槽. 綜上7方面的選擇結果,根據(jù)《刀具設計手冊》表2.10確定選用的刀片型號為SNUM150612-A4. L=d=14.88mm;s=6.35mm;d=6.35mm;m=2.79mm; =1.2mm 刀片刀尖角=90;刀片刃傾角=0;斷屑槽寬W=4mm;取法前角=25 5、 刀具結構設計及結構尺寸計算和驗算 刀桿主偏角 ==75 ② 刀槽刃傾角 ==-5 ③ 刀槽前角 將=20, =25, =-5代入下式 tan ==-0.089 則=-5.089,取=-5 ④ 驗算車刀后角a. 車刀后角a的驗算公式為: tan a= 當=0時,則上式成為: tan a=- 將=-5, =-5代入上式得a=5.05 前面所選后角a=6,與驗算值有差距,故車刀后角a應選a=5才能與驗算角度接近 而刀桿后角a≈a=5 ⑤ 刀槽副偏角 k=k=180-= k=,= 因此k=180-- 車刀刀尖角的計算公式為 cos=[cos]cos 當=90時,上式變?yōu)閏os= - cos 將=-5, =-5代入上式得=90.4 故k≈k=180-75-90.4=14.6 取k=14.6 ⑥ 驗算車刀副后角a 車刀副后角的驗算公式為: tan a= 當a=0時, tan a= - 而tan=sin+tan sin tan=sin+tan sin 將=-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 再將=-4.97 =-4.97代入得 tan a= - ＝＞ a=4.93可以滿足切削要求 刀槽副后角a≈a,故a=4.93,取a=5 綜上述計算結果,可以歸納出: 車刀的幾何角度: =20, =6, =75, k=14.6,=-5, a=4.93 刀槽的幾何角度: =-5 , a=5, k=75 , k=14.6, =-5, a=5 硬質合金刀墊形狀和尺寸的選擇,取決于刀片加固結構及刀片的型號和尺寸,選擇與刀片形狀相同的刀墊,正方形,中間有圓孔.根據(jù)《刀具設計手冊》表2.18選擇型號為S15B型刀墊.尺寸為:長度L=14.88mm,厚度s=4.76mm中心孔直徑d=7.6mm.材料為高速鋼YG8。 ①選擇刀桿材料:為保證刀桿強度,增加刀桿使用壽命,刀桿材料一般可用中碳鋼,采用45號鋼,熱處理硬度為HRC38-45,發(fā)黑處理 ②選擇刀桿尺寸: ⑴選擇刀桿截面尺寸.車床中心高度為220mm,根據(jù)《刀具設計手冊》表2.37,選取截面尺寸為:20×25(mm) 由于切削深度及進給量太小,故強度足夠 ⑵選擇刀桿長度尺寸:參照《刀具設計手冊》2.5.1.3刀桿長度選擇原則,選取刀桿長度為160mm。 六、 刀具強度、剛度校核 可轉位車刀變形量 δ1=±Fm×L/EA=±644.688×320/20.6×104×π×252=±0.00505mm 接觸變形量 δ2=0.0013× =0.0013×2 =0.0070mm 在這里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 總變形量 δ=δ1+δ2=0.0027+0.0070=0.0097mm<0.015mm 查表知E級精度允許的誤差為0.015mm，故強度合格 七、 確定刀具工作圖的技術條件 偏心式75硬質合金可轉位外圓車刀如下圖 八、 設計體會 課程設計即將結束，回顧整個過程，我覺得受益匪淺。 課程設計是應用所學基礎理論，專業(yè)知識與技能去分析和解決生產(chǎn)實際問題的一次綜合訓練。通過這次課程設計鞏固、擴大和強化了自己所學到的理論知識與技能，提高自己設計計算、制圖、編寫技術文件的能力，學會正確使用技術資料、標準、手冊等工具書，并在設計中培養(yǎng)自己理論聯(lián)系實際，嚴肅認真的工作作風和獨立工作能力，為畢業(yè)后從事技術工作打下了良好的基礎。 我是在保證產(chǎn)品質量、提高生產(chǎn)率、降低成本、并充分利用現(xiàn)有生產(chǎn)條件保證工人具有良好而安全的勞動條件的前提下，進行工藝設計的。 由于自己能力所限，設計中還有許多不足之處，懇請各位老師、同學們批評指正。一次又一次的學習，我們慢慢地在體會，研究和感悟，終于開始領會到將近成功的那一份喜悅，從開始撰寫，查找資料，程序設計上，我們學會了細心和耐心，也品嘗到了酸、甜、苦、辣，無數(shù)的成功與失敗更加肯定了我們的研究成果。興趣是自發(fā)形成的，而默契是慢慢培養(yǎng)出來的。當前的社會，科技迅速發(fā)展，知識更新速度大大加快，只有我們共同去探索，用自己的雙手去征服每一片天空，用我們新的力量去打造一片創(chuàng)新的領域。 本次課程設計過程中雖然遇到了很多困難，但是在老師和同學的幫助下，都順利的渡過了。感謝我的課程設計指導教師，他對我進行了細心的指導和幫助，他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，都始終給予我細心的指導，無論何時何地都會為我解答疑問。在多次修改過后，才完成了畢業(yè)論文。 感謝本文所涉及到的各位學者，本文參考了他們的研究文獻。本文通過各學者的研究成果的啟發(fā)得以完成。 最后，向在百忙中抽出時間對本文進行評審并提出寶貴意見的各位專家表示衷心的感謝！祝愿所有老師工作順利，身體健康。 -9- 參考文獻 [1] ?鄭澤民.高速切削刀具的發(fā)展現(xiàn)狀，工具技術，20017 [2] 王耀南.高速切削刀具磨損壽命的研究 ，工具技術，2004 [3] 張毅.金屬切削理論，機械工業(yè)出版社，2007 [4] 吳宗澤.刀具設計實用手冊，化學工業(yè)出版社，1999 [5] 盧秉恒.機械制造技術基礎，機械工業(yè)出版社，2007 [6] 蔡自興.機器人學基礎，機械工業(yè)出版社，2016 -10-