棱形成形車(chē)刀設(shè)計(jì)與加工工藝編制 1 摘要 成形車(chē)刀是加工回轉(zhuǎn)體成形表面的專(zhuān)用刀具，其刃形是根據(jù)工件廓形設(shè)計(jì)的，可用在各類(lèi)車(chē)床上加工內(nèi)外回轉(zhuǎn)體的成形表面，用成形車(chē)刀加工零件時(shí)可一次加工形成零件表面，操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)率高，加工后能達(dá)到公差等級(jí) IT8 IT10，粗糙度為 10 5um，并能保證較高的互換性。但成形車(chē)刀制造較復(fù)雜，成本較高，刀刃工作長(zhǎng)度較寬，故易引起震動(dòng)。 成形車(chē)刀主要用在加工批量較大的中，小尺寸帶成形表面的零件。為了培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力提倡創(chuàng)新精神，通過(guò)對(duì)棱形車(chē)刀的分析和設(shè)計(jì)，使學(xué)生從車(chē)刀的選材，廓形和結(jié)構(gòu)尺寸的精密計(jì)算，及線切 割加工程序的生成，最終初步掌握了工程設(shè)計(jì)工作的流程和方法。 通過(guò)這次設(shè)計(jì)我們對(duì)自己所學(xué)的知識(shí)又加深了了解和進(jìn)一步的鞏固。也鍛煉了我們把知識(shí)點(diǎn)系統(tǒng)，綜合的能力，以及對(duì)重點(diǎn)知識(shí)的篩選能力。這樣的理論聯(lián)系實(shí)際的機(jī)會(huì)，加強(qiáng)了我們自主創(chuàng)新的能力，使我受益非淺??！ 誠(chéng)然，在設(shè)計(jì)過(guò)程中也暴露了我對(duì)一些知識(shí)點(diǎn)認(rèn)識(shí)理解的模糊現(xiàn)象，在這次獨(dú)立完成設(shè)計(jì)過(guò)程中難免有不足之處，希望各位老師同學(xué)給予指導(dǎo)幫助！謝謝！ 關(guān)鍵詞 ： 成形車(chē)刀 廓形 樣板圖 刀夾 棱形成形車(chē)刀設(shè)計(jì)與加工工藝編制 2 第二章 設(shè)計(jì)題目 一 設(shè)計(jì)目的 1. 鞏固和充實(shí)所學(xué)知識(shí)，使之 系統(tǒng)化，并且有實(shí)用性。 2. 使學(xué)生初步掌握工程設(shè)計(jì)的流程和方法，并在質(zhì)量方面得到鍛煉；在使用專(zhuān)業(yè)軟件方面得到了鞏固。 3. 培養(yǎng)學(xué)生的正確的設(shè)計(jì)思路，樹(shù)立嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真，實(shí)事求是和刻苦鉆研的學(xué)習(xí)作風(fēng)。 二設(shè)計(jì)內(nèi)容 棱形成形車(chē)刀的設(shè)計(jì)與加工工藝編制 三設(shè)計(jì)要求 1設(shè)計(jì)成形車(chē)刀刀具 2編制成形車(chē)刀刀具加工工藝規(guī)程卡片 3編寫(xiě)數(shù)控線切割加工程序。 四論文要求 1畢業(yè)論文格式按學(xué)院的模版要求完成，字?jǐn)?shù)不少于 6000 字。 2階段性檢查安排在第四周和第七周。 3設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。 4工藝規(guī)程卡片一套。 5刀具工作圖 一張，樣板圖一張。 6編制數(shù)控加工程序。 棱形成形車(chē)刀設(shè)計(jì)與加工工藝編制 3 第三章 成形車(chē)刀刀具材料的 選擇 1） 選擇刀具材料： 參考附錄表 1，選用普通高速鋼 W18Cr4V 制造。 第四章 成形車(chē)刀的前角和后角 成形車(chē)刀的前角 f 和后角 f 可參考表 1-4 選取 ,但必須效驗(yàn)刀具廓形上 r 角最小處切削刃上的后角 o ,一般不得小于 2 -3 ,否則必須采取措施加以解決 . 表 2-4 成形車(chē)刀的前角和后角 被加工材料 材料的力學(xué)性能 前 角 f 成形車(chē)刀類(lèi)型 后 角 f 鋼 b (GPa) 0.8 5 鑄 鐵 HBS 160 180 10 棱 體 型 12 17 180 220 5 220 0 青 銅 0 黃 銅 H62 0 5 H68 1015 平 體 型 25 30 H80-H90 1520 棱形成形車(chē)刀設(shè)計(jì)與加工工藝編制 4 鋁 紫銅 2530 鉛黃銅 H pb59-1 0 5 鋁黃銅 HA159-3-2 注： 1.本表僅適用于高速鋼成形車(chē)刀。如為硬質(zhì)合金成形車(chē)刀，加工鋼料時(shí)，可取表中數(shù)值減去 5。 2.加工件為正方形 ,六角形棒料時(shí) , f 數(shù)值應(yīng)減小 2 5。 第五章 刀具廓形深度計(jì)算分析 1）選擇前角 f 和后角 f : 由附錄表 2-4 查得： f 15 后角 f 12。 2） 畫(huà)出棱形成形車(chē)刀刀具廓形計(jì)算圖。 零件計(jì)算分析圖 零件計(jì)算分析圖(2)(3)6543棱形成形車(chē)刀設(shè)計(jì)與加工工藝編制 5 零件平均尺寸 取刀具上 1， (2， )（ 3， ）為刀具輪廓形設(shè)計(jì)計(jì)準(zhǔn)點(diǎn)。 零件設(shè)計(jì)點(diǎn) 1、 2、 3、 4、 5、 6 點(diǎn)。各點(diǎn)的平 均直徑分別為： d1.2 (18 17.85) 2 17.925 r7 8.963 B 1、 2 10 d3 d1、 2=17.925 r3 8.963 B 2、 3 20 d4 （ 35 34.85） 2 34.925 r3、 4 17.463 B 2、 4 10 d5、 6 （ 30 29.9） 2 29.95 r5、 6 14.975 B5、 6 5 刀具廓形設(shè)計(jì) 計(jì)算刀具廓形深度： h r 1、 2 Sin f 8.963 Sin15 2.320 h2 5.382 r 1、 2 Cos f 8.963 Cos15 8.658 Cos（ f f） Cos（ 15 12） 0.891 P x ( rx2（ r1、 2 Sin f 2） )0.5 r1、 2 Cos f） Cos（ f f） P 5、 6 ( 14.9752 5.382） 0.5 8.658 * 0.891 5.467 P 4 ( 17.4632 5.382） 0.5 8.658 * 0.891 7.707 刀具廓形深度 P 4 ； P 4 =7.707 計(jì)算近似圓弧半徑 R 4 : Tan P4 2 ” 4 ” 7。 707 15 0。 51538 27.194 R 4 2 ” 4 ” Sin 2 15 Sin2( 7.194 ) 18.45 圓心的位置對(duì)稱(chēng)圓弧中心線 棱形成形車(chē)刀設(shè)計(jì)與加工工藝編制 6 校驗(yàn) 計(jì)算切削刃總寬度 L，并校驗(yàn)刀具廓形寬度 L 0.50 0.080 0.200 注： 表中所列公差值，其值差為對(duì)稱(chēng)分布 . （ mm） (2) 棱形成形車(chē)刀結(jié)構(gòu)尺寸公差 1）兩側(cè)面對(duì)燕尾槽基準(zhǔn)面垂直讀誤差在 100mm 長(zhǎng)度上不得超 過(guò) 0.02 0.03； 2）廓形對(duì)燕尾槽基準(zhǔn)面平行度誤差在 100 mm 長(zhǎng)度上不得超過(guò)0.02 0.03mm; 3）刀具高度 H 的偏差取為 0.02mm; 4）寬度 L 和厚度 B 偏差如未注出可按 h11 選??； 5）楔角 f ( f=90 f f) 偏差取為 (10-30); 6）廓形角度偏差如未注出 , 可取為 1 棱形成形車(chē)刀設(shè)計(jì)與加工工藝編制 9 第八章 成形車(chē)刀的樣板 成形車(chē)刀的廓形通常用樣板檢驗(yàn)，稱(chēng)此樣板為工作樣板，它的磨損情況用校驗(yàn)樣板檢驗(yàn)，故成形車(chē)刀樣板應(yīng)成對(duì)設(shè)計(jì)制造。 成形車(chē)刀樣板的廓形與成形車(chē)刀廓形（包括附加刀刃）完全相同，尺寸標(biāo)注基準(zhǔn)應(yīng)是刀具廓形的尺寸標(biāo)注基準(zhǔn)，即工件廓形表面精度要求最高的表面。樣板廓形尺寸偏差可取為 0.01mm（工件表面精度要求不高時(shí)，偏差可取大些）。樣板工作表面粗糙度為 Ra 0.08 0.16 um , 其余表面為 Ra 0.8 um. 樣板常用低碳鋼 15. 20 制造，滲碳淬火后 56 62 HRC，也可用碳素工具鋼 T10A 制造，厚度約為 1.5 2mm. 為手持樣板方便，樣板邊長(zhǎng)應(yīng)小于 30mm；邊角上鉆有工藝小孔，以便于穿掛和熱處理，廓形表面轉(zhuǎn)角處有小孔，以保證廓形很好密合， 也可防止熱處理時(shí)應(yīng)力集中。 棱形成形車(chē)刀設(shè)計(jì)與加工工藝編制 10 第九章 成形車(chē)刀的結(jié)構(gòu)尺寸 1.棱形成形車(chē)刀的結(jié)構(gòu)尺寸 棱形成形車(chē)刀多采用燕尾結(jié)構(gòu)，夾固可靠，能承受較大切削力。主要結(jié)構(gòu)尺寸有：刀體總寬度 Lo ， 刀體高度 H ，刀體厚度 B 以及燕尾尺寸 M 等。 （ 1）刀體總寬度 Lo ,Lo=Lc， 式中 Lc 成形車(chē)刀切削刃總寬度， Lc=L+a+b+c+d L 工件廓形寬度； a、 b、 c、 d 成形車(chē)刀的附加刀刃； a 為避免切削刃轉(zhuǎn)角處過(guò)尖而設(shè)的附加刀刃寬度，常取為 0.5 3mm. b 為考慮工件端面的精加工和倒角而設(shè)的附加刀刃寬度，其數(shù)值應(yīng)大于端面精加工余量和倒角寬度。為使該段刀刃在主剖面內(nèi)有一定后角，常做成偏角 Kr=15 45， b 值取為 1 3mm，如工件有倒角， Kr 值應(yīng)等于倒角角度值， b 值比倒角寬度大 1 1.5mm。 c 為保證后續(xù)切斷工序順利進(jìn) 行而設(shè)的預(yù)切槽刀刃寬度， c 值常取為 3 8mm。 d 為保證成形車(chē)刀刀刃延長(zhǎng)到工件毛坯表面之外而設(shè)的附加刀刃寬度，常 d=0.5 2mm。 實(shí)際生產(chǎn)中，有時(shí)也可去其他形式的切削刀刃，在此不在介紹。 在確定切削刃總寬度 Lc 時(shí)，還應(yīng)考慮機(jī)床功率以及工藝系統(tǒng)剛棱形成形車(chē)刀設(shè)計(jì)與加工工藝編制 11 度。因?yàn)閺较虺尚诬?chē)刀切削刃同時(shí)參加切削，徑向切削分力很大，易引起震動(dòng)。一般應(yīng)限制切削刃總寬度 Lc 與工件最小直徑 d min 的比值，使比值不超過(guò)下列數(shù)值即可：粗加工 2 3，半精加工 1.8 2.5，精加工 1.5 2。工件直徑較小時(shí)取小值，反之取大值。 當(dāng) Lc/dim 大于許用值或 Lc80mm（為經(jīng)驗(yàn)值），可采取下列措施： 1) 將工件廓形分段切削，改用兩把或數(shù)把成形車(chē)刀； 2) 改用切向進(jìn)給成形車(chē)刀； 3) 如已確定用徑向進(jìn)給，可在工件非切削部分增設(shè)輔助支撐 滾輪托架，以增加工藝系統(tǒng)剛度。 （ 2）刀體高度 H 刀體高度 H 與機(jī)床橫向刀架距中心高度有關(guān)。應(yīng)在機(jī)床刀夾空間允許的條件下，盡量取大些，以增加刀具的重磨次數(shù)。一般推薦 H=55 100mm。如采用對(duì)焊結(jié)構(gòu)，高速鋼部分長(zhǎng)度不小于 40mm（或 H/2）。 （ 3）刀體厚度 B 刀體厚度 B 應(yīng)保證刀體有足夠強(qiáng)度，要易于裝入刀夾，排屑方便，切削順 利。最小厚度應(yīng)滿足 B E Amax（ 0.25 0.5） Lo，其中 Amax 為工件最大廓形深度。 （ 4）燕尾測(cè)量尺寸 M 燕尾測(cè)量尺寸 M 值應(yīng)與切削刃總寬度 Lc相適應(yīng)。 此外，為調(diào)整棱體成形車(chē)刀的高度，增加成形車(chē)刀工作時(shí)的剛度，刀體底部做有螺孔以旋入螺釘，螺釘常取 M6。 棱體成形車(chē)刀的結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)表 2-1 棱形成形車(chē)刀設(shè)計(jì)與加工工藝編制 12 表 2-1 棱形成形車(chē)刀結(jié)構(gòu)尺寸 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 檢驗(yàn)燕尾尺寸 Lo=Lc F B H E f 滾柱直徑 D M 尺寸 偏差 15-20 15 20 55100 (可視機(jī)床刀夾而定) 7.2+0.36 0 5 5 0.005 22.89 0 0.1 22-30 20 25 27.87 32-40 25 9.2+0.36 0 8 8 0.005 37.62 0 0.12 45-50 30 45 42.62 55-60 40 12.2+0.43 0 12 52.62 0 0.14 65-70 50 60 62.62 75-80 60 72.62 注 : 1.若 采 用 的 滾 柱 直 徑 不 是 表 中 所 列 尺 寸 時(shí) ,M值可按下式計(jì)算 : M = F + d ( 1 + t g a / 2 ) . 2.燕尾 a = 6 0 , 其 偏 差 為 1 0 . 3.圓角 r 最大為 0 . 5 m m . 4.燕 尾 底 面 及 與 之 相 距 E 的 表 面 不 能 同 時(shí) 為工作表面 . 5 . s 1 與 h1 尺 寸 視 具 體 情 況 而 定 ,L 視 機(jī) 床 刀 夾而定 , 應(yīng)保證滿足最大調(diào)整范圍 . 棱形成形車(chē)刀設(shè)計(jì)與加工工藝編制 13 第十章 成形車(chē)刀使用簡(jiǎn)述 一成形車(chē)刀的安裝 成形車(chē)刀的安裝與工作位置會(huì)影響加工零件精度，因此，調(diào)整徑向成形車(chē)刀應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1）刀具上設(shè)計(jì)基準(zhǔn)點(diǎn) 1裝于零件中心位置上； 2）安裝后應(yīng)形成設(shè)計(jì)要求的前角 f 和后角 f 值； 3）形成車(chē)刀上定位基 準(zhǔn)應(yīng)與零件軸線平行； 4）成形車(chē)刀試切控制尺寸是零件直徑精度最高的尺寸。 二成形車(chē)刀的切削特點(diǎn) 成形車(chē)刀切削刃工作長(zhǎng)度較長(zhǎng)，進(jìn)給力大，易引起振動(dòng)，因此應(yīng)注意提高工藝系統(tǒng)剛性，此外，進(jìn)給速度應(yīng)較低且均勻，切削刃光整鋒利，澆注切削液充分等。 成型車(chē)刀的切削速度較低，通常切削碳鋼為 2040m/min。 三成形車(chē)刀重磨 成形車(chē)刀磨損后重磨，是在萬(wàn)能工具磨床上，用碗形砂輪沿前面進(jìn)行。重磨的基本要求是保持其原始前角和后角不變。 重磨成形車(chē)刀時(shí)，使棱形成形車(chē)刀的前面與砂輪的工作端面平行；是圓形成形車(chē)刀的中心與砂輪的 工作端面偏移 h 值： h=Rsin( f+ f)。 為檢驗(yàn)?zāi)コ龅那懊嫖恢谜_與否，對(duì)于棱形成形車(chē)刀可測(cè)量 其楔角 f=90 -( f+ f)值；對(duì)于圓形成形車(chē)刀可檢驗(yàn)它的前面是否與端面上劃出的檢驗(yàn)圓相切，檢驗(yàn)圓是以 h 值為半徑作的圓。 棱形成形車(chē)刀設(shè)計(jì)與加工工藝編制 14 第十一 章 刀具材料的熱處理工藝 鋼的熱處理工藝是指鋼在加熱和冷卻時(shí)內(nèi)部組織發(fā)生轉(zhuǎn)變的基本規(guī)律。根據(jù)這些基本規(guī)律和要求來(lái)確定加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻介質(zhì)等有關(guān)工藝參數(shù)。對(duì)于本課題的成形銑刀的熱處理工藝如下： 首先對(duì)高速鋼進(jìn)行退火處理，即將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí) 間，然后緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。其目的是細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力和熱加工缺陷。降低硬度、改善切削加工性能和冷塑性變形的性能。對(duì)鋼進(jìn)行退火后便于切削加工，以獲得需要的花鍵軸成形銑刀的尺寸，同時(shí)留有余量，保證熱處理后的磨削加工，達(dá)到較高的表面粗糙度。 其次加工成形之后對(duì)鋼進(jìn)行淬火，淬火是熱處理工藝中最重要的一種。經(jīng)過(guò)淬火后，提高了工件的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。淬火是將鋼奧氏體化后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度冷卻，使鋼在橫截面內(nèi)全部或一定范圍內(nèi)發(fā)生馬氏體等不穩(wěn)定組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。 最后是高溫回 火，回火溫度是 600 -650，高溫回火的組織是回火索氏體，高溫回火后刀體便具有較高的強(qiáng)度、塑性和韌性都較好的綜合機(jī)械性能，經(jīng)三次高溫回火后刀體便具有較高的熱硬性，其中 AI元素的作用提高了 W、 Mo 等元素在鋼中的溶解度，從而提高了鋁高速鋼的高溫硬度，熱塑性和韌性?；鼗鸬闹饕康南龖?yīng)力，改善組織，穩(wěn)定性能。 熱處理后對(duì)刀體進(jìn)行磨削，以保證較高的表面粗糙度和精度。 棱形成形車(chē)刀設(shè)計(jì)與加工工藝編制 15 第十二章 畫(huà)出刀具工作圖及樣板工作圖： 技術(shù)條件：樣板材料：熱 處 理 硬 度 5 5 6 2 .樣板成形面粗糙度 0 . 2 .成對(duì)樣板工作面吻合時(shí)應(yīng)不透光.4 . 樣 板 成 形 面 的 凹 槽 轉(zhuǎn) 角 處 應(yīng) 鉆 出 0 . 1 0 . 2工藝孔.其余重量工藝校對(duì)比例李大軍審核楊寶慧設(shè)計(jì)機(jī)電工程系成形車(chē)刀樣板檢驗(yàn)樣板工作樣板 0 0 . 1 0 . 2 0 . 2 0 . 10 . 1棱形成形車(chē)刀設(shè)計(jì)與加工工藝編制 16 第十三章 棱形成 形車(chē)刀的刀夾 成形車(chē)刀的刀夾有正反切之分，分別置于機(jī)床前，后，橫刀架上。 棱形成形車(chē)刀設(shè)計(jì)與加工工藝編制 17 參 考 文 獻(xiàn) 1 .主編：李云 機(jī)械制造工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)機(jī)械工業(yè)出版社出版 出版日期 1997 年 8 月第一版 2 .主編：徐圣群 簡(jiǎn)明機(jī)械加工工藝手冊(cè) 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 出版日期： 1997 年 5 月 3 .主編： 蘭建設(shè)機(jī)械制造工藝與夾具 機(jī)械工業(yè)出版社 出版 日期： 2004 年 1 月 4 主編：趙忠 金屬材 料及熱處理 機(jī)械工業(yè)出版社 出版日期： 2004 年 1 月 5 主編：陸建中 孫家寧 金屬切削原理與刀具 機(jī)械工業(yè)出版社 出版日期： 2004 年 1 月 6 主編：劉華明 金屬切削刀具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 出版日期： 2005 年 7 月 7主編：傅杰 Unigraphics 人民郵電出版社 出版日期：2005 年 7 月 8主編：范順成 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 機(jī)械工業(yè)出版社 出版日期： 2004 年 1 月 9主編：黃開(kāi)榜 張慶春 那海濤金屬切削機(jī)床哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 出版日期： 2004 年 8 月 10主編：張立仁 數(shù)控機(jī)床及應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 出版日期： 2005 年 9 月 棱形成形車(chē)刀設(shè)計(jì)與加工工藝編制 18 后 記 從踏入大學(xué)校園的那一刻起，在每一個(gè)不經(jīng)意間，光陰悄悄地逝去。驀然回 首，才發(fā)現(xiàn)人生竟是如此的短暫，短暫得讓人無(wú)法抓住每一瞬自己能體驗(yàn)到幸福的時(shí) 光。有時(shí)候，我一次次地問(wèn)：為什么總是在自己還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)它的時(shí)候，日子已經(jīng)流淌 ， 為什么總是在自己已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它的時(shí)候，卻總能感覺(jué)到昔年好 像 在昨天 。 三年前的今天仿佛還是昨