可轉(zhuǎn)位車刀設(shè)計(jì) HT200 （1~5題）

可轉(zhuǎn)位車刀設(shè)計(jì) HT200 （1~5題）,可轉(zhuǎn)位車刀設(shè)計(jì),HT200,（1~5題）,可轉(zhuǎn)位,車刀,設(shè)計(jì) 一、 原始條件及設(shè)計(jì)要求 工件材料 σb/GPa HB L/mm D/mm A 熱處理狀態(tài) HT200 0.18 170~248 200 HT200 6.3 ------ 研究內(nèi)容： 對(duì)可轉(zhuǎn)位車刀的功能原理分析，對(duì)整體機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行方案選取及分析設(shè)計(jì)，對(duì)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分及機(jī)械傳動(dòng)等部分進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。 通過搜集的相關(guān)資料對(duì)數(shù)控控制、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等相關(guān)學(xué)科進(jìn)一步掌握，對(duì)本課題可轉(zhuǎn)位車刀進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。 通過前期的資料收集，查閱相關(guān)的書籍和文獻(xiàn)資料 ，對(duì)可轉(zhuǎn)位車刀機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 研究路線： 1.搜集市面上的現(xiàn)有可轉(zhuǎn)位車刀結(jié)構(gòu)原理及功能，分析各種可轉(zhuǎn)位車刀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比； 2.可轉(zhuǎn)位車刀機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 2.可轉(zhuǎn)位車刀鑄鐵結(jié)構(gòu)部分受力分析校核； 3.可轉(zhuǎn)位車刀的驅(qū)動(dòng)數(shù)控設(shè)計(jì)； 4.可轉(zhuǎn)位車刀外形設(shè)計(jì)、受力部件的設(shè)計(jì)； 5.輔助部分設(shè)計(jì)； 6.穩(wěn)定性分析； 7.驗(yàn)證最終成果的合理性。 研究思路： (1)進(jìn)行二維繪圖設(shè)計(jì)軟件等軟件的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。 (2)以理論為基礎(chǔ)，以實(shí)踐為根本。 (3)通過上網(wǎng)找資料和閱讀學(xué)校圖書館的相關(guān)書籍做好理論知識(shí)的儲(chǔ)備。 (4)進(jìn)行一些優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的學(xué)習(xí)。 (5)可以在老師的指導(dǎo)、同學(xué)的幫助下解決問題 (6)采用文獻(xiàn)查閱法幫助學(xué)習(xí)解決問題 預(yù)期結(jié)果： 1.搜集相關(guān)可轉(zhuǎn)位車刀資料，了解國內(nèi)外目前可轉(zhuǎn)位車刀的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景； 2.對(duì)可轉(zhuǎn)位車刀的整體功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)； 3.驅(qū)動(dòng)部分進(jìn)行選型設(shè)計(jì)、機(jī)械傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)、機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； 4.控制系統(tǒng)選型； 提交論文和相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙，附件等； 二、 刀具結(jié)構(gòu)型式的確定 機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀是將可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片用機(jī)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(jié)構(gòu)的不同可分為以下幾種形式。 ·偏心式 偏心式夾緊結(jié)構(gòu)利用螺釘上端的一個(gè)偏心心軸將刀片夾緊在刀桿上，該結(jié)構(gòu)依靠偏心夾緊，螺釘自鎖，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但不能雙邊定位。當(dāng)偏心量過小時(shí)，要求刀片制造的精度高，若偏心量過大時(shí)，在切削力沖擊作用下刀片易松動(dòng)，因此偏心式夾緊結(jié)構(gòu)適于連續(xù)平穩(wěn)切削的場合。 ·杠桿式 杠桿式夾緊結(jié)構(gòu)應(yīng)用杠桿原理對(duì)刀片進(jìn)行夾緊。當(dāng)旋動(dòng)螺釘時(shí)，通過杠桿產(chǎn)生夾緊力，從而將刀片定位在刀槽側(cè)面上，旋出螺釘時(shí)，刀片松開，半圓筒形彈簧片可保持刀墊位置不動(dòng)。該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(nèi)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(shí)，楔塊一面靠緊刀桿上的凸臺(tái)，另一面將刀片推往刀片中間孔的圓柱銷上壓緊刀片。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)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(shí)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(nèi)。②刀片周邊尺寸定位需滿足三點(diǎn)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(dòng)等引起的使刀片脫離定位基面的交變力。 選擇刀片加固結(jié)構(gòu)，考慮到加工在普通機(jī)床上進(jìn)行，且屬于連續(xù)加工，采用偏心式刀片加工結(jié)構(gòu)。 表面粗糙度要求1.6μm,為精加工,但由于可轉(zhuǎn)為車刀刃傾角通常取負(fù)值,切屑流向已加工表面從而劃傷工件,因此只能達(dá)到半精加工。 三、 刀具材料的確定 在切削HT200（170~229HBW, δb=0.637GPa）時(shí)，刀具壽命T=60min的切削速度作為標(biāo)準(zhǔn)，在相同加工條件下，切削其他材料的v60與v060的比值Кr稱為相對(duì)加工性能指標(biāo)，即 Кr=2.5~3為易切鑄鐵；Кr>3為非鈦材料；Кr≤0.5為不銹鑄鐵、高錳鑄鐵、鈦合金等難加工材料。 （1）HT200工材是合金鑄鐵，屬于碳鑄鐵一類，塑性韌性良好，經(jīng)調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火），綜合力學(xué)性能升高。 （2）加工HT200工材應(yīng)加入切削液，需要粗加工和精加工，所以不能使用超硬質(zhì)材料刀具進(jìn)行加工，超硬質(zhì)材料刀具在高溫時(shí)易與水發(fā)生反應(yīng)。也不能用高速鑄鐵刀具，因?yàn)镠T200精加工是采用高速切削，而高速鑄鐵刀具會(huì)受溫度的限制，不能用于高速切削。 （3）常用的刀具材料高速鑄鐵、硬質(zhì)合金、陶瓷材料和超硬材料四類。所以，綜上HT200的性能和刀材的特點(diǎn)，應(yīng)該選用硬質(zhì)合金刀具加工。常用的硬質(zhì)合金刀具有YG、YT、YW。但YG不能加工鑄鐵，主要用于加工鑄鐵、有色金屬等脆性材料和非金屬材料。 （4）YT30適合對(duì)材料的精加工和連續(xù)切削，YT15適合精加工，耐磨性好于YT30。YW1和YW2硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱溫度、抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性均比YT類高，可用于加工鑄鐵和鑄鐵，適用于粗加工和精加工。但是考慮到我國鉭，鈮的儲(chǔ)備量和成本等一些綜合因素，故最好選用YT類。由于只要求精加工和粗加工，所以最優(yōu)選擇的刀具材料為YT15，YT15含鈦量為15%，是硬質(zhì)合金中含鈦較高的，850℃下硬度為620HV。 四、 刀具幾何參數(shù)的合理選擇及其計(jì)算 刀具角度： 根據(jù)《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》刀具合理幾何參數(shù)的選擇,并考慮可轉(zhuǎn)位車刀幾何角度的形成特點(diǎn),四個(gè)角度做如下選擇: 粗加工刀具的幾何角度 粗加工時(shí)不必太注重加工精度，所以前后角取小一些，保證刀具韌性，提高效率。 （1）前角 粗車時(shí)實(shí)際切削前角由圓弧產(chǎn)生為ro=10°～20°。這樣使刀具強(qiáng)度增加，切削變形小，刀口鋒利，減小切削力，提高加工效率，故選用ro=15°。 （2）后角 后角的范圍一般為a0=5°～7°，因?yàn)楫?dāng)a0= a0′時(shí)，提高刃磨質(zhì)量，提高刃口強(qiáng)度，便于下次在刀具磨損后磨刀具，提高加工效率。所以取用a0=6°。 （3）主偏角 采用Кr=90°，主要原因是本次加工的零件為齒輪鍛坯，同時(shí)可使切削深抗力Fp減小幾乎為零，在較大的切削深度和進(jìn)給量下，不至于引起較大震動(dòng)。副偏角采用Кr′=6°～10°，使刀尖強(qiáng)度提高，改善散熱條件，提高刀具耐用度，減小加工面粗糙度，提高加工表面質(zhì)量。 （4）刃傾角 粗車時(shí)為了提高刀尖強(qiáng)度，使切削力首先受力不在刀尖上，保護(hù)刀尖，故取λs=0°～5° 根據(jù)我們需要車削的工件的需求，我們選擇三角形作為粗車時(shí)車刀刃形。 刀尖修磨形式有三種：修圓刀尖、倒角刀尖和倒角帶修光刃。其中我們選擇修圓刀尖。增大修圓刀尖圓弧半徑rε，能明顯的減小表面粗糙度，并能增加刀頭強(qiáng)度和改善散熱條件。但過大的刀尖圓弧半徑使切削力Fy增大和影響斷屑。根據(jù)下圖故選擇刀尖圓弧半徑為1.5mm。 采用斷屑槽通過設(shè)置斷屑槽對(duì)流動(dòng)中的切屑施加一定的約束力，使切屑應(yīng)變?cè)龃螅行季砬霃綔p小。斷屑槽的尺寸參數(shù)應(yīng)與切削用量的大小相適應(yīng)，否則會(huì)影響斷屑效果。 在刀具主剖面內(nèi)通常有三種形狀的斷屑槽：直線圓弧形、全圓弧形、折線形。 選擇斷屑槽為直線圓弧形，外傾式。因?yàn)榍行家渍坌《?，并流向加工表面，切屑范圍廣。 精加工是保證加工尺寸精度和表面粗糙度，所以前后角應(yīng)選的大一些。 （1）前角 因?yàn)榧庸ご嘈圆牧嫌捕容^高的材料時(shí)前角小些，由題目知材料為HT200，前角范圍在13o到18o由表（4—5）知，實(shí)際切削前角由圓弧產(chǎn)生為ro=15°～20°故用ro=18。 （2）后角 由于精車主要減少摩擦，增加其表面質(zhì)量，后角應(yīng)選擇較大一點(diǎn)，由書知其范圍a0=6°～8°，故取a0= a0′， a0=7° （3）主偏角 采用Кr=90°，在較大的切削力和進(jìn)給量下，不至于引起較大震動(dòng)。副偏角采用Кr′=6°～10°，使刀尖強(qiáng)度提高，改善散熱條件，提高刀具耐用度，減小加工面粗糙度，提高加工表面質(zhì)量，采用Кr=90°，Кr′=6°～10°。 （4）刃傾角 精加工時(shí)，為防止切削劃傷已加工表面，選擇刃傾角為λs=0°～5°，故精車刀的刃傾角選擇為5°。 內(nèi)斜式是適用于背吃刀量ap較小的半精加工和精加工，具有+λs,使切屑流向刀具后面而折斷。 計(jì)算銑制刀槽時(shí)所需的角度 ① 計(jì)算刀槽最大副前角及其方位角 將=-5 , ==-5代入下式得: tan=- ＝＞ =-7.05 將=-5 , ==-5代入下式得: tan= ＝＞ =HT200 ② 計(jì)算刀槽切深剖面前角和進(jìn)給剖面前角 將=-5 , =-5, k=75代入下式 tan=sin+tan sin ＝＞ =-6.12 tan=sin+tan sin ＝＞ =-3.54 5、 刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算和驗(yàn)算 刀槽角度的計(jì)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(yàn)算車刀后角a. 車刀后角a的驗(yàn)算公式為: tan a= 當(dāng)=0時(shí),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(yàn)算值有差距,故車刀后角a應(yīng)選a=5才能與驗(yàn)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(jì)算公式為 cos=[cos]cos 當(dāng)=90時(shí),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(yàn)算車刀副后角a 車刀副后角的驗(yàn)算公式為: tan a= 當(dāng)a=0時(shí), 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(jì)算結(jié)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 六、 刀具強(qiáng)度、剛度校核 經(jīng)過前面的幾個(gè)步驟已經(jīng)可以把刀具設(shè)計(jì)出來，但是前面所提都是理論，當(dāng)真正進(jìn)行切削加工時(shí)，刀具是否會(huì)如理論一致呢？ 1、表面質(zhì)量 加工工件時(shí)分為精加工和粗加工，粗加工時(shí)速度較慢，車床速度=560r/min，加工完后表面較為粗糙，表面質(zhì)量一般Ra=6.3。精加工時(shí)車速較快，車床速度=630r/min,加工完成后表面比較光滑，表面質(zhì)量Ra=3.2。 2、切削力 當(dāng)?shù)毒邔?shí)際參加切削加工時(shí)，會(huì)出現(xiàn)作用在工件和刀具上的大小相等，方向相反的切削力。切削力的出現(xiàn)會(huì)影響工藝系統(tǒng)強(qiáng)度、剛度和被加工工件質(zhì)量。 （1）切削用量影響 背吃刀量和進(jìn)給量增大都會(huì)使切削力增大，增加一倍，切削力也增加一倍，但增加一倍，切削力只增加70%~80%。可見，在實(shí)際切削過程中，適當(dāng)?shù)臏p小，增加可切除更多的金屬層，獲得更高生產(chǎn)效率。而我們選取的=1.5mm、=0.7mm/r，可以滿足這點(diǎn)。 切削速度對(duì)切削力的影響可見本書P15圖3-18，而我們?cè)O(shè)計(jì)的、=94.2m/min，這正好避免了積削瘤的產(chǎn)生帶來切削力增加的影響。 （2）工件材料的影響 工件材料的硬度和強(qiáng)度越高，其剪切屈服強(qiáng)度σ0.2就越高，產(chǎn)生的切削力就越大。本次工件的材料為HT200，其硬度和強(qiáng)度都較大，所以切削時(shí)，產(chǎn)生的切削力大。 （3）刀具幾何參數(shù)的影響 由書本P51圖3-19,3-20，可知，前角增大，切削力減小，而主偏角在30~60是減小，在60~75為最小，當(dāng)超過時(shí)，就會(huì)急劇增大，我們?cè)O(shè)計(jì)的主偏角Кr=90，這樣會(huì)使切削力增大。 七、 確定刀具工作圖的技術(shù)條件 偏心式75硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位外圓車刀如下圖 八、 設(shè)計(jì)體會(huì) 課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束，回顧整個(gè)過程，我覺得受益匪淺。本設(shè)計(jì)師在我的指導(dǎo)教師老師的指導(dǎo)下順利完成的。經(jīng)過將近期努力，從查閱資料、拆裝有關(guān)機(jī)器、圖紙和論文的修改及打印等過程當(dāng)中，老師夠給予了我最無私的幫助和耐心的指導(dǎo)，還有機(jī)械教研組的各位老師，在這里一并表示最衷心的感謝。 特別是老師的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，執(zhí)著的事業(yè)追求，以及樸實(shí)無華的人格魅力深深感染了我，無論在思想上還是學(xué)習(xí)上，都對(duì)我有很大的影響。 通過這次設(shè)計(jì)，使我對(duì)以前學(xué)過的知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固，增強(qiáng)了我的獨(dú)立思考的能力和實(shí)踐能力，提高了我的創(chuàng)新意識(shí)，也使我明白了一些道理，只要努力就一定會(huì)有結(jié)果。同時(shí)，老師們的那種精神是我們學(xué)習(xí)的寶貴財(cái)富，也將激勵(lì)我勇敢的面對(duì)未來的挑戰(zhàn)。在這里再一次對(duì)幫助和指導(dǎo)過我的老師，特別是我的指導(dǎo)教師老師表示我最衷心的感謝。 最后，向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行評(píng)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。 -10- 參考文獻(xiàn) [1]徐灝.刀具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991,136-138. 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