圆体成形车刀设计
圆体成形车刀设计
1.1 前言
成形车刀又称为样板刀,它是加工回转体成形表面的专用刀具,它的切削刃形状是根据工件廓形设计的。成型车刀主要用于大量生产,在半自动或自动车床上加工内、外回转体的成型表面。当生产批量较小时,也可以在普通车床上加工成形表面。
成型车刀的种类很多,按照刀具本身的结构和形状分为:平体成形车刀,棱体成形车刀和圆体成形车刀三种。相较传统的车刀,成形车刀的具有显著的优势:稳定的加工质量,生产率较高,刀具的可重磨次数多,使用期限长。但是它的设计、计算和制造比较麻烦,制造成本也比较高。一般是在成批、大量生产中使用。目前多在纺织机械厂,汽车厂,拖拉机厂,轴承厂等工厂中使用。
1.2设计要求
设计要求:按照要求完成一把成型车刀,并且能够用该刀具加工出图示的工件。
1.3 选取刀具材料
工件材料为:硬铝;硬度HBS100 ;强度σb = 420MPa。
参考附录表5《金属切削刀具设计简明手册》选取刀具材料:W18Cr4V。
1.4选择前角及后角
由表(2-4)《金属切削刀具设计简明手册》得:
1.5 刀具廓形及附加刀刃计算 根据设计要求取
γ
f=27°,λf=13°。
κr=20°,a=3mm,b=1.5mm,c=5mm,d=0.5mm
Lc---成形车刀切削刃总宽度,
Lc=l+a+b+c+d
如图(2)所示:以0—0线(过9—10段切削刃)为基准,计算出1—12各点处的计算半径r。
(注:为了避免尺寸偏差值对计算准确性的影响,故常采用计算尺寸---计算长度和计算角度来计算)
图( 2 )
rjx=基本半径±半径公差
2
25.40.12
rj1=rj2=(-)-102=7.788mm
24
rj3=r4=rj10-1.5⨯cos45︒=7.94mm rj5=r7=rj6-1⨯cos45︒=8.29mm
rj6=9mm; rj8=rj12-
1
=9.928mm
tg20︒
200.1
rj10=r9=(-)mm=9.975mm;
24
;
25.40.1
r11=rj12=(±)=12.675mm;
24
;
; ;
(以上各个半径就是标注点的相对0—0线的半径长度,rjx半径是进行刀具切削的各个点的设计绘制的。)
再以1、2点为基准点,计算长度 L:
jx
公差
L=基本长度±
jx
2
Lj4
0.45
=15±mm=14.775mm ;
2
Lj6=35.0mm; Lj5=25.0mm; Lj7=48.00mm;
1.6 计算切削刃的总长度 Lc
=48+a+b+c+d=58mm;
(由于刀具的一部分是辅助用的加工部分,则可以对刀具的外部半径进行圆整,
最后考虑到加工刀具的精度问题取 L为58mm.)
c取dmin=2r1=15.576mm 则
LLc
1.7 确定结构尺寸
dmin=58
15.576=
为了达到加工结构的优化和合理的加工工艺,应使:
d0=2R0≥2(Amax+e+m)+d(见表2—3)
由表(2—3)查得《金属切削刀具设计简明手册》 : C1312车床(刀具结构为C型) d
选用毛坯直径为28mm,则Amax
=52mm ;d=12mm;
=14-rj7=14-6.59=7.41mm;
d
代入上试,可得(e+m)≤R-A-=12mm;
0max
2
最终取m=8mm.
1.8用计算法求原体成形车刀廓形上的各个点所在圆半径 R
x 1.8.1计算廓形上的各个点所在圆半径 R
x
计算过程如表(1—1)《金属切削刀具设计简明手册》所示:
表(1—1)
备注: 以上各个值的计算公式为:λfx Cx
=arcsin(
rj0rjx
sinγf),
=rjxcosγfx-rj0cosrf;B
x
=B0-Cx;
hh) ; Rx= ε=arg(;
x
Bxsinεx
标注廓形径向尺寸时,应该选公差要求最严的1—12段廓形为尺寸标准基准,其它
各点用廓形深度∆R见表(1—1)。
1.8.2 根据表(1—1)可确定各个点廓形深度∆R的公差 1 )
rj1,rj2
的∆R为:0;
2)
rj3,rj4
的∆R为:0.01;
3)
j5j7
的∆R为:0.02;
的∆R为:0.04;
4)
rj11,rj12
5)
rj9,rj10
的∆R为:0.1;
6)
rj8,rj6的∆R为:0.04;
1.9 最小后角的校验
由于7—11段切削刃与进给方向的夹角最小,所以这段切削刃上后角最小。
则有:
a0=arctg[tgε89-rf89sin20︒]
()
=7.9︒≥(2︒-3︒)
所以后角校验合格。
1.10 车刀廓形宽度
Lx即为相应工件廓形的计算长度Ljx
其数值及公差按表(2—5)确定
各个值分别为:
L4=Lj4=14.775±0.10mm;
=25±0.02mm; L=L5j5
6j6;
=48±0.5mm; L=L7j7
1.11 绘制刀具的加工工作图和样板工作图
根据以上得到的结果,按照数据进行刀具图的绘制,绘制A图一张。根据相关的要
2
求制定粗糙度等等的标注。(详细说明见图纸)
矩形花键拉刀的设计
2.1 前言
拉刀上有很多刀齿,后一个刀齿(或后一组刀齿)的齿高要高于(或齿宽宽于)前一个刀齿(或前一组刀齿),所以当拉刀作直线运动时(对某些拉刀来说则是旋转运动),便能依次地从工件上切下很薄的金属层。
所以拉刀具有以下优点:加工质量好,生产效率高,使用寿命长,而且拉床结构简单。但拉刀结构复杂,制造麻烦,价格也比较高,一般是专用刀具,因而多用于大量和批量生产的精加工。
拉刀按加工表面的不同,可分为加工圆形、方形、多边形、花键槽、键槽等通孔的内拉刀和加工平面、燕尾槽、燕尾头等外表面的外拉刀。按结构的不同,可分为整体式拉刀和装配式拉刀。
2.2 选定刀具类型和材料的依据
1选择刀具类型:
采用的刀具类型不同将对加工生产率和精度有重要影响。总结更多的高生产率刀具可以看出,增加刀具同时参加切削的刀刃长度能有效的提高其生产效率。例如,用花键拉刀加工花键孔时,同时参加切削的刀刃长度l=B×n×Zi,其中B为键宽,n为键数,Zi为在拉削长度内同时参加切削的齿数。若用插刀同时参加切削的刀刃长度比插刀大得多,因而生产率也高得多。
2正确选择刀具材料:
刀具材料选择得是否恰当对刀具的生产率有重要的影响。因为硬质合金比高速钢及其他
工具钢生产率高得多,因此,在能采用硬质合金、的情况下应尽力采用。由于目前硬质合金的性能还有许多缺陷,如脆性大,极难加工等,使他在许多刀具上应用还很困难,因而,目前许多复杂刀具还主要应用高速钢制造。
拉刀结构复杂,造价昂贵,因此要求采用耐磨的刀具材料,以提高其耐用度;考虑到还应有良好的工艺性能,根据《刀具课程设计指导书》表29,选择高速工具钢,其应用范围用于各种刀具,特别是形状较复杂的刀具。
2.3 刀具结构参数及各部分功用
1拉刀的结构
图1
表1
2 切削方式:采用分层拉削方式中的同廓式拉削方式 3拉削余量:对于花键孔A=De-Do 4拉刀刀齿结构:
表2
2.4 拉刀几何参数的选择和设计
1:选择拉刀材料:W18Cr4V
2:拟订拉削余量切除顺序和拉削方式
拉削余量切除顺序为:键测与大径——小径,拉刀切削齿的顺序是:花键齿——圆形齿。实际采用分层拉削渐成式。
后面用d、h和y表示角齿、花键齿和圆形齿;用c、g、j和x表示粗切、过度、精切和校准齿;用w和m表示工件预制孔和拉削孔。 3:选择切削齿几何参数
前脚:γ0=20°,精切齿与校准齿倒棱前脚γ0t=20° 后脚:粗切齿:α0=2°30′+1° ba1=0.10
精确齿:α0=2°+30′ba1=0.15 校准齿:α0=1°+30′ba1=0.2
4:确定校准齿直径 倒角齿不设校准齿
查表4—16(《刀具课程设计指导书》)得,花键齿、圆形齿的扩张量均为4um,则花键齿校准齿和圆形齿校准齿直径为 dhx=34.10-0.004=34.096mm; dyx=28.021-0.002=28.0019mm;
5:计算切削余量; 按表4-1(《刀具课程设计指导书》)计算圆形拉削余量为1mm,预制孔径为27mm,
实际拉削余量 Ay=28.0019-27=1.0019mm
花键余量 Ah=34.096-(29.898 -0.1)=4.298 mm 6:选择齿升量; 查表4-4(《刀具课程设计指导书》) 选择为 花键齿:afh=0.050mm(矩形花键拉刀栏) 7:设计容屑槽 ⑴ 齿距计算
查表4-7
pg
pj=px=(0.6~0.8)p=6mm ⑵选择容屑槽 查表4-8
采用曲线槽,粗切齿用深槽,h=3mm, 精切齿用基本槽 h=2.5mm
(3)校验容屑系数:查表4-9得,容屑系数K=3 (4)校验同时工作齿数 查表4-7得l/p=30/8=3.8
所以:zemin=4 zemax=4+1=5,满足3≤ze≤8的校验条件 8:花键齿截形设计
花键齿键宽Bh按下列式子计算 Bhmax=Bmax-δb Bhmin=Bhmax-∆b
式中,Bmax为花键键槽宽最大极限尺寸;δb为拉削扩张量(查表得δb=0.004mm);
∆b为拉刀键齿制造公差带宽,为保证键赤耐用度高,∆b应在制造范围内取最小值,这里取 ∆b=0.010mm。则
Bhmax=7.036-0.004=7.032mm Bhmin=7.032-0.010=7.022mm
拉刀键齿侧面应制出Kr=0°的修光刃f,其下应磨出侧隙角1°30′。(工厂常在齿高为1.25mm及以下的刀齿上磨侧隙。) 9:确定分屑槽参数
除校准齿和与其相邻的一个精切齿外,拉刀切削齿均磨制三角形分屑槽(表4-13)。由
于在每个圆形齿上都存在着不工作刃段,圆形齿段不必磨分屑槽。 10:选择拉刀前柄
按表4-17选择Ⅱ型——A无周向定位面的圆柱形前柄,
公称尺寸d1=25mm 卡爪底径d2=19mm
11:校验拉刀强度
通过计算分析,确认倒角齿拉削力最大,因而应计算拉刀倒角齿拉削力(表4-20、4-21和4-22) ∑aw=z(Bhmax+2f)=6*(7.032+2*0.5)mm=48.192mm Fmax=Fz′∑awk0k1k2k3k4*10-3=98.55KN
拉刀最小截面积在卡槽底颈处,则拉应力 σ=Fmax/Amin=Fmax/(π/4×292)=0.2GP
σ
12:确定拉刀齿数及每齿直径
1)花键齿齿数 初拟花键过渡齿与精切齿的齿升量为0.04,0.03,0.02,0.01,0.005mm,逐步递减,共切除余量 A``=0.21mm。花键粗切齿齿数
Ah-A``4.89-0.21
+1=+1=45.75 zhc=
2afh2⨯0.05
取46齿,多切去了
0.25⨯0.05⨯2=0.025mm的余量,应减去0.0125mm
的齿升量。因此,减去一个精切齿并将齿升量调整为0.04,0.03,0.015,0.0075mm。
1
lfh,为精切齿,前2齿则为过渡齿。 后2齿齿升量〈2
2)圆形齿齿数 初拟方案与花键齿相同,即拟切去A``余量,计算圆形粗切齿齿数为
A-A``zyc==9.23
2afy
取10齿,少切了
0.15⨯0.005⨯2mm=0.015mm的余量,需增加一
个精切齿,其齿升量为0.0075mm。这样,圆形齿段具有粗切齿6个,过渡齿2个,精切齿2个。 3)校准部齿数
圆形齿和花键齿校准齿齿数查表4-14,得
花键校准齿齿数 hx
z=4
圆形校准齿齿数 yx
z=4
4)各齿直径基本尺寸 见表4-41。
13:拉刀齿部长度 参照图4-2。
花键齿段长度 h
l=8⨯46+6⨯5+8=406mm
圆形齿窜长度 y拉刀齿部长度
l=8⨯10+6⨯6=116mm
l=ly+lh=522mm
)mm
14:设计拉刀其他部分 按表4-17,4-19,4-23计算:
-0.020
前柄 1 1-0.053颈部
l=90mmd=25f8(
l2=m+BS+A-l3=(10+80+40-15)mm=115mm
d2=d1-0.5mm=24.5mm
l=15mm
-0.020
前导部 l3=30mm d3=dwmin=27f7(-0.0410)mm 前柄伸入夹头长度 l`1=l1-5mm=85mm
过渡锥
前柄 端 部 至第1刀齿的距离 :
L`1=l1+m+B+A+l3=(90+15+80+35+30)mm=250mm
后导部4
0.02
l=20mm d4=dmymin=28f7(--0.041)mm
后柄 5
15 拉刀总长及其校验
l=80mm
·
d5=25f8(
-0.02-0.059
)mm
L=L+l+l4+l5=896
拉刀几何参数汇总如下
表3
2.5 对技术条件的说明
1 拉刀各部分的表面光洁度
表3
(1
(2)拉刀外圆直径在全长上的最大径向跳动量之差 (3)切削齿外圆直径偏差:0.020 (4)精切齿外圆直径偏差按-0.01mm
(5)校准齿外圆直径偏差(包括与校准齿直径相同的精切齿),查得-0.009mm (6)矩形花键拉刀其他尺寸偏差
① 键宽偏差:根据工件键宽的精度确定,可再-0.01-0.02之间
② 花键齿圆周相邻齿距误差,应小于拉刀键宽偏差,但不得大于0.02mm ③ 花键齿圆周不等分累积误差
④ 花键齿的底径偏差按d11或只准负偏差
⑤ 花键齿两侧面的不平行度,螺旋度及键齿对拉刀轴线不对称度在键宽公差范围内;倒角齿对拉刀轴线不对称度不大于0.05mm ⑥拉刀倒角齿计算值M的偏差:-0.02mm
2键槽拉刀的尺寸偏差 ①切齿齿高偏差(mm)
③刀体侧面和底面不直度偏差:键宽为3-12mm时为0.06/100 ④键宽偏差取为工件槽宽公差的1/3,但不大于0.02mm,符号取(-) ⑤键齿对刀体中心线的不对称度在拉刀键宽公差范围内 ⑥键齿对刀体中心不对称的在键宽公差以内
3拉到其他部分长度偏差
①拉刀总长偏差:当L
⑥容屑槽深偏差:当h
小结
通过这次矩形花键拉刀、成形车刀课程设计收获了很多,也深刻的体会到作设计绝不能急躁,只有在明确了基本的设计方法和思路,对一些基本的刀具有了一个更深的了解,后才可以着手画图,否则必然会事倍功半。
经过一段时间的查阅资料,和与同学们的讨论后,两个设计都基本上满足了题目的要求。这两个刀具在某些数据的选择上和所查资料上的数据稍微有点偏差,但都在允许范围内。当然由于知识有限此次的设计也有许多不足之处,在今后的学习中我会更加注意这方面知识的积累,使自己避免出现同样的问题。
参考文献
[1] 许先绪主编.《非标准刀具设计手册》.北京:机械工业出版社.1992 [2] 刘华明主编.《刀具课程设计指导书》.哈尔滨:哈尔滨工业大学.1981
[3] 陈锡渠、彭晓南主编.《金属切削原理与刀具》.北京:北京大学出版社.2006 [4] 陆剑中、孙家宁主编.《金属切削原理与刀具》.北京:机械工业出版社.2006 [5] 乐兑谦主编.《金属切削刀具》.北京:机械工业出版社.2001
[6] 庞学慧、武文革、成云平. 《互换性与测量技术基础》.北京:国防工业出版社.