硬质合金可转位车刀设计

文章编号:C N23-1249(2008)06-0064-02可转位车刀刀体及刀片的改进和研究孙宇辉(哈尔滨锅炉厂有限责任公司,黑龙江哈尔滨150046)摘　要:在锅炉管子制造中,有大量的管端坡口需加工。

且形式不一、加工性能不好,效率不高,成本较大,影响制造周期。

结合产品工艺和图纸发现坡口角度变化特点,合理选用和使用可转位车刀,改变刀体形状和可转位刀片,大幅降低成本,提高生产效率。

关键词:管端坡口;可转位车刀刀体;可转位刀片中图分类号:T H706 文献标识码:BI m pr ove m en t and Res ear ch on Turnable La the Tool C utter Body and Bl adeSu n Yuhu i(Harbin Boile r Co .L td .,Harbin 150046,C hina )Abstra ct:A lot of gr ooves of tube end need t o be pr ocessed during manufac turing .And the f or m is different,the p r oce ss perf or m ance is not good,the efficiency isn ’t high,the c ost is high and influ 2ence the m anufacture peri od .Com bining p r oduc t cr aft and dr auings,the change of gr oove angle can be f ound .The r easonable using of turnable lathe t ool and the changing of the sha pe of cutter body can significantly dec line cost and raise p r oducti on efficiency .Key wor ds:gr oove of tube end;tur nable lathe t ool cutter body;turnable cutte r blade　收稿日期3　作者简介孙宇辉(),男,高级技师。

收稿日期:1997年12月硬质合金可转位螺纹车刀的合理使用南京晨光集团有限责任公司(210006)　周永麟【摘要】　介绍了可转位螺纹车刀的切削进给方式和切削用量选择,分析了影响螺纹加工质量的因素,提出了解决螺纹加工质量的措施。

关键词　可转位螺纹车刀　合理应用Proper A pplicatio n of Indexable Carbide T hreading T oolsZhou Yonglin【ABSTRACT 】The feeding method and cutting data o f index able carbide threadingtools are intro duced .The factors affecting the threading quality are analyzed and the measures to enhance the thr eading quality are also proposed.Key w ords:index able threading to ol pr oper applicatio n一、螺纹车削的进给方式1.径向直接进给切削这是一种最常用的方法,刀具径向直接进刀,如图1所示。

该方法的优点是刀具的左右两侧刀刃都参加切削,两侧面均匀磨损,能保证螺纹牙形清晰。

由于螺纹车刀两侧刃所受的轴向切削分力有所抵消,部分地克服了车削时因轴向切削分力导致车刀偏歪的现象。

该方法的缺点是车刀左右两侧同时切削,存在排屑较困难,散热不好,集中受力等问题,可能导致切削刃变形,刀尖易磨损,某些材料的切屑不易控制。

如进给量过大,还可能产生“扎刀”现象。

该方法较适合于螺距为1.5mm 以下的螺纹车削。

2.单侧面进刀切削图1　径向切削刀具与径向成30°夹角进刀切削,如图2所示。

优点是切屑从刀刃上卷开,形成条状屑,切削热分布在次切削刃上,散热较好。

缺点是另一刃不切削而发生摩擦,导致积屑瘤、光洁度不佳和工件硬化。

课程大作业说明书课程名称：机械制造技术基础设计题目：可转位车刀设计院系：班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：目录一．设计题目 (1)二．选择刀片夹固结构 (1)三、选择刀片结构材料 (1)四、选择车刀合理角度 (1)五、选择切屑用量 (2)六、刀片型号和尺寸 (2)七、选择硬质合金刀垫型号和尺寸 (3)八、计算刀槽角度 (3)九、计算铣制刀槽时所需的角度 (6)十、选择刀杆材料和尺寸 (7)十一、选取杠杆、弹簧及相关尺寸 (7)十二、绘制车刀结构简图 (8)参考文献 (8)一．设计题目车削如下图所示零件，其加工顺序为：①车直径150外圆及大端倒角---②车大端端面----③粗车直径142外圆---④精车直径142外圆---- ⑤车小端端面及倒角。

设计车大端端面的可转位车刀。

夹紧方式推荐选用杠杆式。

二．选择刀片夹固结构工件的直径为，工件长度。

因此可以在普通机床CA6140上加工。

表面粗糙度无要求，为粗加工。

由题目已知条件，选用推荐的杠杆式夹固结构。

三、选择刀片结构材料加工工件材料为45号钢,淬火处理,连续切屑,且加工工序为粗车.由于加工材料为钢料,因此刀片材料可以采用YT 系列,对于淬火刚的车削，材料选择YT726硬质合金。

四、选择车刀合理角度根据《机械制造技术基础》刀具合理几何参数的选择,并考虑可转位车刀几何角度的形成特点,四个角度做如下选择:①前角0γ:根据《机械制造技术基础》表3.16,工件材料为中碳钢(淬火)，半精车,因此前角可选0γ=-5°。

② 后角0α:根据《机械制造技术基础》表3.17，工件材料为中碳钢(正火),粗车,因此后角可选0α=12°。

③ 主偏角r κ:对于淬硬钢，主偏角r κ=30°～60°，取主偏角r κ=60°。

④ 刃倾角s λ:车淬硬钢，s λ=-5°～-12°，取s λ=-5°。

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y设计说明书一、选择刀片夹固结构工件的直径D 为 50mm,工件长度L=360mm.因此可以在普通机床CA6140上加工.表面粗糙度要求1.6μm,为精加工,但由于可转为车刀刃倾角s λ通常取负值,切屑流向已加工表面从而划伤工件,因此只能达到半精加工.参照《机械制造技术基础课程补充资料》表2.1典型刀片结构简图和特点,采用偏心式刀片加固结构较为合适.二、选择刀片结构材料加工工件材料为45号钢,正火处理,连续切屑,且加工工序为粗车,半精车了两道工序.由于加工材料为钢料,因此刀片材料可以采用YT 系列,YT15宜粗加工,YT30宜精加工,本题要求达到半精加工,因此材料选择YT30硬质合金.三、选择车刀合理角度根据《机械制造技术基础》刀具合理几何参数的选择,并考虑可转位车刀几何角度的形成特点,四个角度做如下选择:① 前角0γ:根据《机械制造技术基础》表3.16,工件材料为中碳钢(正火),半精车,因此前角可选0γ=20,② 后角0∂:根据《机械制造技术基础》表3.17,工件材料为中碳钢(正火),半精车,因此后角可选0∂=6③ 主偏角γκ:根据题目要求,主偏角γκ=75④ 刃倾角s λ:为获得大于0的后角0∂及大于0的副刃后角'0∂,刃倾角s λ=-5 后角0∂的实际数值及副刃后角'0∂和副偏角'γκ在计算刀槽角度时经校验确定.四、选择切屑用量根据《机械制造技术基础》表3.22:粗车时,背吃刀量p a =3mm,进给量f=0.6mm/r,切削速度v=110m/min 半精车时, 背吃刀量p a =1mm,进给量f=0.3mm/r,切削速度v=130m/min五、刀片型号和尺寸① 选择刀片有无中心孔.由于刀片加固结构已选定为偏心式,因此应选用有中心固定孔的刀片.② 选择刀片形状.按选定主偏角γκ=75,参照《机械制造技术基础课程补充资料》2.4.4.2刀片形状的选择原则,选用正方形刀片.③ 选择刀片的精度等级.参照《机械制造技术基础课程补充资料》2.4.4.3节刀片精度等级的选择原则,一般情况下选用U 级. ④ 选择刀片内切圆直径d(或刀片边长L).根据已确定的背吃刀量p a =3mm, 主偏角γκ=75,刃倾角s λ=-5,将p a ,γκ,s λ代入下式可得刀刃的实际参加工作长L se 为 L se =scos sin λκγρ∂=cos(-5)75sin 3=3.118mm令刀片的刃口长度(即便长)L>1.5 L se =4.677mm,保证切削工作顺利进行. ⑤ 选择刀片厚度.根据已选择的背吃刀量p a =3mm,进给量f=0.6mm/r 及《机械制造技术基础课程补充资料》选择刀片厚度的诺莫图图 2.3,求得刀片厚度S ≥4.8mm.⑥ 选择刀尖圆弧半径εr .根据已选择的背吃刀量p a =3mm,进给量f=0.6mm/r 及《机械制造技术基础课程补充资料》选择刀尖圆角半径的诺莫图 2.4,求得连续切削时εr =1.2mm⑦ 选择刀片断屑槽型式和尺寸.参照《机械制造技术基础课程补充资料》2.4.4.4节中刀片断屑槽类型和尺寸的选择原则,根据已知的已知条件,选择A 型断屑槽. 综上7方面的选择结果,根据《机械制造技术基础课程补充资料》表2.10确定选用的刀片型号为SNUM150612-A4.L=d=14.88mm;s=6.35mm;d 1=6.35mm;m=2.79mm; εr =1.2mm刀片刀尖角b ε=90;刀片刃倾角sb λ=0;断屑槽宽W n =4mm;取法前角bn γ=25六、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,取决于刀片加固结构及刀片的型号和尺寸,选择与刀片形状相同的刀垫,正方形,中间有圆孔.根据《机械制造技术基础课程补充资料》表2.18选择型号为S15B 型刀垫.尺寸为:长度L=14.88mm,厚度s=4.76mm 中心孔直径d 1=7.6mm.材料为高速钢YG8七、计算刀槽角度可转为车刀几何角度,刀片几何角度,刀槽几何角度之间的关系:刀槽角度的计算:① 刀杆主偏角rg k rg k =γκ=75 ② 刀槽刃倾角sg λsg λ=s λ=-5③ 刀槽前角og r 将0γ=20, bn γ=25, s λ=-5代入下式tan og γ=snb sbn λγγλγγcos tan tan 1cos /tan tan 00+-=-0.089则og γ=-5.089,取og γ=-5 ④ 验算车刀后角a 0.车刀后角a 0的验算公式为: tan a 0=sog nb s og nb a a λγλγcos tan tan 1)cos tan (tan +-当nb a =0时,则上式成为: tan a 0=-s og λγ2cos tan将og γ=-5,s λ=-5代入上式得a 0=5.05前面所选后角a 0=6,与验算值有差距,故车刀后角a 0应选a 0=5才能与验算角度接近而刀杆后角a og ≈a 0=5 ⑤ 刀槽副偏角 k 'rg =k 'r =180-γκ=r ε k rg =γκ,rg ε=r ε 因此k 'rg =180-γκ-r ε 车刀刀尖角r ε的计算公式为cos r ε=[cos rb εs og s og λγλλsin tan )(tan 12-+]cos s λ当rb ε=90时,上式变为cos r ε= -s og λγsin tan cos s λ 将og γ=-5,s λ=-5代入上式得r ε=90.4故k 'rg ≈k 'r =180-75-90.4=14.6 取k 'rg =14.6 ⑥ 验算车刀副后角a '0 车刀副后角的验算公式为: tan a '0=''''''cos tan tan 1cos tan tan sgognbogog nb a a λγλγ+-当a nb =0时, tan a '0= -'2'cos tan sg og λγ而tan 'og γ=os γtan sin rg ε+tan'sg λsin rg εtan 'og λ=os γtan sin rg ε+tan'sg λsin rg ε将os λ=-5, sg λ=s λ=-5,rg ε=r ε=90.4代入上式 tan 'og γ=tan(-5)sin90.4+tan (-5)sin90.4 ＝＞ 'ogγ=-4.97 tan 'og λ=)5tan(-sin90.4+tan (-5)sin90.4 ＝＞ 'og λ=-4.97再将'og γ=-4.97'og λ=-4.97代入得tan a '0= -)97.4(cos )97.4tan(2-- ＝＞ a '0=4.93可以满足切削要求 刀槽副后角a 'og ≈a '0,故a 'og =4.93,取a 'og =5 综上述计算结果,可以归纳出: 车刀的几何角度: 0γ=20, 0∂=6, γκ=75, k 'r =14.6,s λ=-5, a '0=4.93 刀槽的几何角度:og γ=-5 , a og =5, k rg =75 , k 'rg =14.6, sg λ=-5, a 'og =5八、计算铣制刀槽时所需的角度① 计算刀槽最大副前角gg γ及其方位角gg τ将og γ=-5 , sg λ=s λ=-5代入下式得:tan gg γ=-sg og λγ22tan tan + ＝＞ gg γ=-7.05 将og γ=-5 , sg λ=s λ=-5代入下式得:tan gg τ=sgog λλtan tan ＝＞ gg τ=45② 计算刀槽切深剖面前角pg γ和进给剖面前角fgγ将og γ=-5 , sg λ=-5, k rg =75代入下式tan pg γ=os γtan sin rg ε+tan 'sg λsin rg ε ＝＞ pg γ=-6.12tan fg γ=os γtan sin rg ε+tan'sg λsin rg ε ＝＞ fg γ=-3.54九、选择刀杆材料和尺寸① 选择刀杆材料:为保证刀杆强度,增加刀杆使用寿命,刀杆材料一般可用中碳钢,采用45号钢,热处理硬度为HRC38-45,发黑处理 ② 选择刀杆尺寸:⑴选择刀杆截面尺寸.车床中心高度为220mm,根据《机械制造技术基础课程补充资料》表2.37,选取截面尺寸为:20×25(mm 2)由于切削深度及进给量太小,故强度足够⑵选择刀杆长度尺寸:参照《机械制造技术基础课程补充资料》2.5.1.3刀杆长度选择原则,选取刀杆长度为160mm.十、选取偏心销机器相关尺寸① 选择偏心销材料:偏心销材料选用40Cr,热处理硬度为HRC40~45,发黑处理.② 选择偏心销直径d c 和偏心量偏心销直径可用下式: d c =d 1-(0.2~0.4mm) 故可取d c =6mm偏心量e 可用: e=mm d c 2)10~7(1=0.3~0.428mm则e 可取0.4mm为使刀具夹固可靠,可选用自锁性能较好的螺钉偏心销,并取螺钉偏心销转轴半径d 2=M6③计算偏心销转轴孔中心在刀槽前刀面上的位置,根据前面已选好的各尺寸d 1=6mm, d=15.875mm d c =6mm, e=0.4mm 取β=30,代入下式m=30sin 75.02875.15+=8.31mm n=30cos 75.02875.15-=8.59mm 十一、绘制车刀结构简图偏心式75硬质合金可转位外圆车刀如下图参考文献[1] 李旦,韩荣第,巩亚东,陈明君.机械制造技术基础.哈尔滨工业大学出版社.2009.2[2] 王娜君.机械制造技术基础课程补充材料.2010.3[3] 袁长良.机械制造工艺装备设计手册.中国计量出版社;1992.1[4] 陆剑中,孙家宁.金属切削原理与刀具.机械工业出版社;2005.3。

可转位车刀设计样本H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y设计说明书一、选择刀片夹固结构工件的直径D为142mm,工件长度L=100mm.因此可以在普通机床CA6140上加工.表面粗糙度要求 1.6μm,为精加工,但由于可转为车刀刃倾角通常取负值,切屑s流向已加工表面从而划伤工件,因此只能达到半精加工.参照《机械制造技术基础课程补充资料》表2.1典型刀片结构简图和特点,采用偏心式刀片加固结构较为合适.二、选择刀片结构材料加工工件材料为HT200,正火处理,连续切屑,且加工工序为粗车,半精车了两道工序.由于加工材料为铸铁料,因此刀片材料可以采用YG系列,YG8宜粗加工,YG3宜精加工,本题第三步要求达到半精加工,因此材料选择YG3硬质合金.三、选择车刀合理角度根据《机械制造技术基础》刀具合理几何参数的选择,并考虑可转位车刀几何角度的形成特点,四个角度做如下选择:①前角γ:根据《机械制造技术基础》表3.16,工件材料为中碳钢(正火),半精车,因此前角可选γ=10°,②后角∂:根据《机械制造技术基础》表3.17,工件材料为铸造材料,精车,因此后角可选∂=7°③主偏角κ:根据《机械制造技术基础》表γ3.16,主偏角γκ=75°④刃倾角λ:为获得大于0的后角0∂s及大于0的副刃后角'∂,刃倾角sλ=-5后角∂的实际数值及副刃后角'0∂和副偏角'κ在计算刀槽角度时经校验确定.γ四、选择切屑用量根据《机械制造技术基础》表3.22:精车时, 背吃刀量pa =1mm,进给量f=0.3mm/r,切削速度v=130m/min 。

五、刀片型号和尺寸① 选择刀片有无中心孔.由于刀片加固结构已选定为偏心式,因此应选用有中心固定孔的刀片.② 选择刀片形状.按选定主偏角γκ=75,参照《机械制造技术基础课程补充资料》2.4.4.2刀片形状的选择原则,选用正方形刀片.③ 选择刀片的精度等级.参照《机械制造技术基础课程补充资料》2.4.4.3节刀片精度等级的选择原则,一般情况下选用U 级.④ 选择刀片内切圆直径d(或刀片边长L).根据已确定的背吃刀量pa =3mm,主偏角γκ=75,刃倾角sλ=-5,将pa ,γκ,sλ代入下式可得刀刃的实际参加工作长L se为L se=scos sin λκγρ∂=cos(-5)75sin 3=3.118mm令刀片的刃口长度(即便长)L>1.5 L se=4.677mm,保证切削工作顺利进行.⑤选择刀片厚度.根据已选择的背吃刀量a=3mm,进给量f=0.6mm/r及p《机械制造技术基础课程补充资料》选择刀片厚度的诺莫图图2.3,求得刀片厚度S≥4.8mm.⑥选择刀尖圆弧半径r.根据已选择的ε背吃刀量a=3mm,进给量pf=0.6mm/r及《机械制造技术基础课程补充资料》选择刀尖圆角半径的诺莫图 2.4,求得连续切削时r=1.2mmε⑦选择刀片断屑槽型式和尺寸.参照《机械制造技术基础课程补充资料》2.4.4.4节中刀片断屑槽类型和尺寸的选择原则,根据已知的已知条件,选择A型断屑槽.综上7方面的选择结果,根据《机械制造技术基础课程补充资料》表2.10确定选用的刀片型号为SNUM150612-A4.=6.35mm;L=d=14.88mm;s=6.35mm;d1m=2.79mm; εr=1.2mm刀片刀尖角ε=90;刀片刃倾角sbλ=0;断b屑槽宽W取法前角bnγ=25n=4mm;六、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,取决于刀片加固结构及刀片的型号和尺寸,选择与刀片形状相同的刀垫,正方形,中间有圆孔.根据《机械制造技术基础课程补充资料》表2.18选择型号为S15B型刀垫.尺寸为:长度L=14.88mm,厚度s=4.76mm中心孔直径=7.6mm.材料为高速钢YG8d1七、计算刀槽角度可转为车刀几何角度,刀片几何角度,刀槽几何角度之间的关系:刀槽角度的计算:①刀杆主偏角krgk=γκ=75rg② 刀槽刃倾角sgλsgλ=sλ=-5③ 刀槽前角ogr 将0γ=20,bnγ=25, sλ=-5代入下式tanogγ=snb s bnλγγλγγcos tan tan 1cos /tan tan 0+-=-0.089则ogγ=-5.089,取ogγ=-5④ 验算车刀后角a 0.车刀后角a 0的验算公式为:tan a 0=sog nb s og nb aa λγλγcos tan tan 1)cos tan (tan +-当nba =0时,则上式成为: tan a 0=-sogλγ2cos tan将ogγ=-5, sλ=-5代入上式得a 0=5.05前面所选后角a 0=6,与验算值有差距,故车刀后角a 0应选a 0=5才能与验算角度接近 而刀杆后角a og≈a 0=5⑤ 刀槽副偏角 k 'rg=k 'r=180-γκ=rεk rg=γκ,rg ε=rε因此k 'rg=180-γκ-rε车刀刀尖角rε的计算公式为cos rε=[cos rbεs og s ogλγλλsin tan )(tan 12-+]cos s λ当rbε=90时,上式变为cos rε= -sogλγsin tancos sλ将ogγ=-5, s λ=-5代入上式得rε=90.4故k 'rg≈k 'r=180-75-90.4=14.6取k 'rg=14.6⑥ 验算车刀副后角a '0车刀副后角的验算公式为: tan a '0=''''''cos tan tan 1cos tan tan sgognbogog nb aa λγλγ+-当a nb=0时, tan a '0= -'2'cos tan sgogλγ而tan 'ogγ=osγtan sin rg ε+tan'sg λsin rg εtan 'ogλ=osγtan sin rg ε+tan'sg λsin rg ε将osλ=-5,sgλ=sλ=-5,rgε=rε=90.4代入上式tan'ogγ=tan(-5)sin90.4+tan(-5)sin90.4 ＝＞'ogγ=-4.97 tan 'ogλ=)5tan(-sin90.4+tan (-5)sin90.4＝＞'og λ=-4.97再将'og γ=-4.97'og λ=-4.97代入得 tan a '0= -)97.4(cos )97.4tan(2-- ＝＞a '0=4.93可以满足切削要求刀槽副后角a 'og≈a '0,故a 'og=4.93,取a 'og=5综上述计算结果,可以归纳出: 车刀的几何角度:γ=20,∂=6,γκ=75, k 'r=14.6,sλ=-5, a '0=4.93刀槽的几何角度:ogγ=-5 , a og=5,k rg=75 , k 'rg =14.6,sgλ=-5, a 'og=5八、计算铣制刀槽时所需的角度① 计算刀槽最大副前角ggγ及其方位角ggτ将ogγ=-5 ,sgλ=sλ=-5代入下式得:tan gg γ=-sgog λγ22tan tan + ＝＞ggγ=-7.05将ogγ=-5 ,sgλ=sλ=-5代入下式得:tan ggτ=sgogλλtan tan ＝＞ ggτ=45② 计算刀槽切深剖面前角pgγ和进给剖面前角fgγ将ogγ=-5 ,sgλ=-5, k rg =75代入下式tan pgγ=osγtan sin rgε+tan'sg λsin rg ε ＝＞pgγ=-6.12tan fgγ=os γtan sin rgε+tan'sg λsin rg ε ＝＞fgγ=-3.54九、选择刀杆材料和尺寸① 选择刀杆材料:为保证刀杆强度,增加刀杆使用寿命,刀杆材料一般可用中碳钢,采用45号钢,热处理硬度为HRC38-45,发黑处理② 选择刀杆尺寸:⑴选择刀杆截面尺寸.车床中心高度为220mm,根据《机械制造技术基础课程补充资料》表 2.37,选取截面尺寸为:20×25(mm 2)由于切削深度及进给量太小,故强度足够 ⑵选择刀杆长度尺寸:参照《机械制造技术基础课程补充资料》2.5.1.3刀杆长度选择原则,选取刀杆长度为160mm.十、选取偏心销机器相关尺寸① 选择偏心销材料:偏心销材料选用40Cr,热处理硬度为HRC40~45,发黑处理.② 选择偏心销直径d c和偏心量偏心销直径可用下式: d c=d 1-(0.2~0.4mm)故可取d c=6mm偏心量e 可用: e=mm d c2)10~7(1=0.3~0.428mm则e 可取0.4mm为使刀具夹固可靠,可选用自锁性能较好的螺钉偏心销,并取螺钉偏心销转轴半径d 2=M6③计算偏心销转轴孔中心在刀槽前刀面上的位置,根据前面已选好的各尺寸d 1=6mm, d=15.875mmd c=6mm, e=0.4mm取β=30,代入下式m=30sin 75.02875.15+=8.31mm n=30cos 75.02875.15-=8.59mm十一、绘制车刀结构简图偏心式75硬质合金可转位外圆车刀如下图参考文献[1] 李旦,韩荣第,巩亚东,陈明君.机械制造技术基础.哈尔滨工业大学出版社.2009.2[2] 王娜君.机械制造技术基础课程补充材料.2010.3[3] 袁长良.机械制造工艺装备设计手册.中国计量出版社;1992.1[4] 陆剑中,孙家宁.金属切削原理与刀具.机械工业出版社;2005.3。

可转位车刀的选择及设计1.在工程应用中的优点与缺点可转位车刀就是机夹式刀具，有刀片，刀排锁紧装置组成，车削时遇刀具磨损了，只要松开锁紧转一个角度紧固就能继续使用了，比焊接式普通刀具方便，可转位车刀：价格较高，形状是标准的，如果工件有临时变化那又要重新买了，因为这不能重磨。

由于不需要磨刀所以工人上手比较快，适合于大批量高精度的数控加工。

避免了硬质合金钎焊时容易产生裂纹的缺陷;可转位刀片适合用气相沉积法在硬质合金刀片表面沉积薄层更硬的材料(碳化钛氮化钛和氧化铝),以提高切削性能;换刀时间较短;由于可转位刀片是标准化和集中生产的,刀片几何参数一致性强,切屑控制稳定。

因此可转位刀具得到广泛应用,如各种车刀、镗刀、铣刀、外表面拉刀、大直径深孔钻和套料钻等2.主要应用领域可转位式刀具取代了焊接刀具,并且,应用,显示了它的优越性。

但是,推广速度仍然比较缓慢。

当然,原因是多方面的，其中,刀杆结构与刀片的精化(重磨)问题,在部份企业不易解决,是影响推广的因素之一。

3.刀片材料，选型中注意的几类问题多数可转位刀具的刀片采用硬质合金,也有采用陶瓷、多晶立方氮化硼或多晶金刚石车外圆的刀片:选用原则主要是根据加工工艺的具体情况决定。

一般要选通用性较高的及在同一刀片上切削刃数较多刀片。

粗车时选较大尺寸，精、半精车时选较小尺寸。

S形:四个刃口，刃口较短(指同等内切圆直径)，刀尖强度较高，主要用于75°、45°车刀，在内孔刀中用于加工通孔。

T形:三个刃口，刃口较长，刀尖强度低，在普通车床上使用时常采用带副偏角的刀片以提高刀尖强度。

主要用于90°车刀。

在内孔车刀中主要用于加工盲孔、台阶孔。

C形:有两种刀尖角。

100°刀尖角的两个刀尖强度高，一般做成75°车刀，用来粗车外圆、端面，80°刀尖角的两个刃口强度较高，用它不用换刀即可加工端面或圆柱面，在内孔车刀中一般用于加工台阶孔。

90°偏头可转位端面车刀设计一：选择刀片夹固结构工件的直径D 为260mm.由于在普通机床CA6140上加工.表面粗糙度要求3.2μm,为精加工,但由于可转位车刀刃倾角s λ通常取负值,流向已加工表面从而划伤工件,因此只能达到半精加工.参照典型刀片结构简图和特点,采用偏心式刀片加固结构较为合适.二： 选择刀片结构材料.加工工件材料为35钢，正火处理，连续切削，完成粗车半精车两道工学，按照硬质合金的选用原则，选取刀片材料为YT15. 三：选择车刀合理角度根据《机械制造技术基础》刀具合理几何参数的选择,并考虑可转位车刀几何角度的形成特点,四个角度做如下选择:① 前角0γ:根据《机械制造技术基础》表3.16,工件材料为中碳钢(正火),半精车,因此前角可选0γ=18°② 后角0∂:根据《机械制造技术基础》表3.17,工件材料为中碳钢(正火),半精车,因此后角可选0∂=7° ③ 主偏角γκ:取常用主偏角γκ=90°④ 刃倾角s λ:为获得大于0的后角0∂及大于0的副刃后角0∂,刃倾角s λ=-5°后角0∂的实际数值及副刃后角0∂和副偏角'γκ在计算刀槽角度时经校验确定.四：选择切屑用量根据《机械制造技术基础》表3.22:粗车时,背吃刀量p a =4mm,进给量f=0.7mm/r,切削速度v=130m/min 半精车时, 背吃刀量pa=1mm,进给量f=0.3mm/r,切削速度v=180m/min五： 刀片型号和尺寸（1） 选择刀片有无中心孔.由于刀片加固结构已选定为偏心式,因此应选用有中心固定孔的刀片.（2） 选择刀片形状.按选定主偏角γκ=90°,参照刀片形状的选择原则,选用三角形刀片.（3） 选择刀片的精度等级.参照刀片精度等级的选择原则,选用M 级. （4） 选择刀片内切圆直径d(或刀片边长L).根据已确定的背吃刀量pa=4mm, 主偏角γκ=90°刃倾角s λ=-5°,将p a ,γκ,s λ代入下式可得刀刃的实际参加工作长L se 为: L se =scos sin λκγρ∂=4.015mm令刀片的刃口长度(即边长)L>1.5 L se =6.023mm,保证切削工作顺利进行. （5）选择刀片厚度.根据已选择的背吃刀量pa=4mm,进给量f=0.7mm/r 及选择刀片厚度的诺莫图,求得连续切削时刀片厚度S ≥4.8mm.取S=6.35mm.（6）选择刀尖圆弧半径εr .根据已选择的背吃刀量pa=4mm,进给量f=0.7mm/r 及选择刀尖圆角半径的诺莫图,求得连续切削时εr =1.2mm（7）选择刀片断屑槽型式和尺寸.刀片断屑槽类型和尺寸的选择原则,根据已知的已知条件,选择V 型断屑槽.综上7方面的选择结果, 确定选用的刀片型号为TNMM270612-V4. L=27.5mm;d=15.875mm;s=6.35mm;d 1=6.35mm;εr =1.2mm 刀片刀尖角b ε=60°;刀片刃倾角sbλ=0°;断屑槽宽W n =4mm;法后角nb a =0°;取法前角nb γ=25°六：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,取决于刀片加固结构及刀片的型号和尺寸,选择与刀片形状相同的刀垫,三角形,中间有圆孔.选择型号为T27B 型刀垫.尺寸为:L=27mm,厚度s=4.76mm 中心孔直径d 1=7.6mm.材料为硬质合金YG8七：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: 刀槽角度的计算:(1)刀杆槽主偏角rgkrgk=γκ=90°(2)刀杆槽刃倾角sgλsgλ=s λ=-5°(3)刀杆槽前角og r 将0γ=18°, nb γ=25°, s λ=-5°代入下式 ogγ=0γ-nb γ=18°-25°=-7°(4)验算车刀后角a 0 车刀后角a 0的验算公式为:tan a 0=sog nb ss og nb a a λγλλγcos tan tan 1cos )cos tan (tan +-当nb a =0°时,则上式成为:tan a 0=-s og λγ2cos tan将ogγ=-7°, s λ=-5°代入上式得a 0=6.947°前面所选后角a 0=7°,验算值与所选后角值接近,故可以满足切削要求. 而刀杆后角a og = a 0 =6.947°,取a og =7° (5)刀槽副偏角 k rg =k =180°-γκ-b ε=30°(6) 验算车刀副刃后角a 0 车刀副后角的验算公式为:tan a 0='''''cos tan tan 1cos )cos tan (tan sgog nb sgsg og nb a a λγλλγ+-当a nb =0°时, tan a 0= -'2'cos tan sg og λγ 而tan ogγ=og γtancos rgε+tan sg λsin rgεtan 'sg λ=og γtansin rgε+ tan sg λcos rgε将og γ=-7° , sgλ=s λ=-5° ,rgε=r ε=60°代入上式tan ogγ=tan(-7°)cos(60°)+tan (-5°)sin(60°) ＝＞ ogγ=-7.81°tan 'sg λ= tan(-7°)sin(60°)+tan (-5°)cos(60°) ＝＞ 'sgλ=-8.54° 再将og γ=-7.81° ,'sg λ=-8.54°代入得tan a 0= -)°54.8(cos )°81.7tan(2-- ＝＞ a 0=7.64°故可以满足切削要求 刀槽副后角a og ≈a 0,故a og =7.64°,取a og =8° 综上述计算结果,可以归纳出: 车刀的几何角度: 0γ=18°, 0∂=6.947°, γκ=90°, k =30°,s λ=-5°, a 0=7.64°刀槽的几何角度: ogγ=-7° , a og =7°, k rg =90° , k rg =30°, sgλ=-5°, a og =8°八： 计算铣制刀槽时所需的角度采用预制斜铁法计算刀槽最大副前角ggγ及其方位角ggτ将ogγ=-7° , sg λ=s λ=-5°代入下式得:tan ggγ=-sg og λγ22tan tan + ＝＞ ggγ=-8.57°将ogγ=-7° ,sgλ=s λ=-5°代入下式得: tan ggτ=sgog λλtan tan ＝＞ ggτ=54.5°九： 选择刀杆材料和尺寸① 选择刀杆材料:为保证刀杆强度,增加刀杆使用寿命,刀杆材料一般可用中碳钢,采用45号钢,热处理硬度为38~45HRC,发蓝处理 ② 选择刀杆尺寸:⑴ 选择刀杆截面尺寸.由于在CA6140中使用,选取截面尺寸为:32×25(mm 2)由于切削深度及进给量太小,故强度足够.⑵选择刀杆长度尺寸:根据刀杆长度选择原则,选取刀杆长度为170mm,代号P.十： 选取偏心销机器相关尺寸.① 选择偏心销材料:偏心销材料选用40Cr,热处理硬度为40~45HRC,发黑处理.② 选择偏心销直径d 和偏心量偏心销直径可用下式: d =d 1-(0.2~0.4mm) 故可取d =6mm偏心量e 可用: e=mmd c 2)10~7(1=0.3~0.428mm 则e 可取0.4mm为使刀具夹固可靠,可选用自锁性能较好的偏心螺钉销,并取偏心螺钉销转轴直径d 2=M6③计算偏心销转轴孔中心在刀槽前刀面上的位置,根据前面已选好的各尺寸d 1=6.35mm, d=15.875mm d =6mm, e=0.4mm 取β=30°,代入下式m=°/230cos ）6-6.35（-°30sin 4.02875.15+=7.98mm n=°/230sin ）6-6.35（°30cos 4.02875.15--=7.5mm参考文献:[1] 李旦,韩荣第,巩亚东,陈明君.机械制造技术基础.哈尔滨工业大学出版社.2009.2 [2] 王娜君.机械制造技术基础课程补充材料.2010.3[3] 袁长良.机械制造工艺装备设计手册.中国计量出版社;1992.1[4] 陆剑中,孙家宁.金属切削原理与刀具.机械工业出版社;2005.3。

已知：工件材料Y12，使用机床CA6140，加工后dm=18，Ra3.2,需粗、半精车完成，加工余量自定，设计装D刀片930偏头外圆车刀一.试设计一把硬质合金可转位外圆车刀。

设计步骤为：1 ．选择刀片夹固结构考虑到加工是在CA6140 普通车床上进行，属于连续切削，参照表1 一1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Y12易切削结构钢，连续切削，完成粗车、精车两道工序，按照硬质合金的选用原则，选取刀片材料（硬质合金牌号）为YT14 。

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．( l )前角=150, ( 2 )后角=50 ,( 3 )主偏角=930；（ 4 ）刃倾角=-50,后角0 的实际数值以及副后角和副偏角在计算刀槽角度时，经校验后确定。

4．选择切削用量根据切削用量的选择原则，查表确定切削用量为：粗车时：切削深度p a = 3mm ，进给量f=0 . 4m m ／r ，切削速度v= 110m ／min 精车时：ap = 0.5 mm ,f = 0. 3mm / r ,v=150m/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固结构已选定为偏心式，因此应选用有中心固定孔的刀片。

( 2 )选择刀片形状按选定的主偏角= 93° ，选用55°菱形车刀。

( 3 )选择刀片精度等级 选用U 级．( 4 )选择刀片内切圆直径d （或刀片边长L ）根据已选定的p a 、κr 、λs ，可求出刀刃的实际参加工作长度seL02.3)5cos(93sin 3cos sin =︒-︒==s r p se k a L λL>1.5Lse=4.53 因为是菱形 ，L=d>4.53( 5 ) 选择刀片厚度S ：根据p a ,f ，利用诺模图，得S ≥2.5 ( 6 ) 选择刀尖圆弧半径r ε：根据p a ,f ，利用诺模图，得连续切削r ε=0.4( 7 ) 选择刀片断屑槽型式和尺寸 无断屑槽确定刀片型号：DNUM150608-V2，尺寸为L=16.5，d=12.70,S=6.53,d1=5.16,m=6.477, r ε=0.8刀片参数：刀尖角εb=55°，刃倾角λn s =-5°，法后角αsn=0度°，法前角γn s =20° 6. 确定刀垫型号和尺寸硬质合金刀垫型号和尺寸的选择，取决于刀片夹固结构的需要及刀片的型号和尺寸：适合于偏心式夹固结构的需要，并与刀片型号为DNUM150608-V2 相对应的硬质合金刀垫的型号为：D15TB ，其具体尺寸为．L=14.282 ,d=11.70，S =3.18， r ε=0.4;D=8;C=1.57. 计算刀槽角度可转位车刀几何角度、刀片几何角度和刀槽几何角度之间的关系： ( 1 )刀杆主偏角︒==93r rz K K （ 2 ）刀槽刃倾角︒-==5s sg λλ（ 3 ）刀槽前角oc γ， 刀槽底面可看作前刀面，则刀槽前刀角oc γ的计算公式为:so nb s nb og λγαλγαγcos tan tan 1)cos tan (tan tan 0+-=将o γ=15°，nb γ=20°，s λ=-5°代入式得： ︒-=074.5og γ 取og γ=-5°（ 4 ）验算车刀后角0α车刀后角0α的验算公式是：sog nb s og nb λγαλγααcos tan tan 1)cos tan (tan tan 0+-=将︒=0nb α，︒-=︒-=55s og λγ，代入公式得： ︒=→=96.4087.0tan 00αα 与所选后角相近，可以满足切削要求。

可转位车刀的选择及设计1.在工程应用中的优点与缺点可转位车刀就是机夹式刀具，有刀片，刀排锁紧装置组成，车削时遇刀具磨损了，只要松开锁紧转一个角度紧固就能继续使用了，比焊接式普通刀具方便，可转位车刀：价格较高，形状是标准的，如果工件有临时变化那又要重新买了，因为这不能重磨。

由于不需要磨刀所以工人上手比较快，适合于大批量高精度的数控加工。

避免了硬质合金钎焊时容易产生裂纹的缺陷;可转位刀片适合用气相沉积法在硬质合金刀片表面沉积薄层更硬的材料(碳化钛氮化钛和氧化铝),以提高切削性能;换刀时间较短;由于可转位刀片是标准化和集中生产的,刀片几何参数一致性强,切屑控制稳定。

因此可转位刀具得到广泛应用,如各种车刀、镗刀、铣刀、外表面拉刀、大直径深孔钻和套料钻等2.主要应用领域可转位式刀具取代了焊接刀具,并且 ,应用 ,显示了它的优越性。

但是,推广速度仍然比较缓慢。

当然 ,原因是多方面的，其中,刀杆结构与刀片的精化(重磨)问题,在部份企业不易解决,是影响推广的因素之一。

3.刀片材料，选型中注意的几类问题多数可转位刀具的刀片采用硬质合金,也有采用陶瓷、多晶立方氮化硼或多晶金刚石车外圆的刀片:选用原则主要是根据加工工艺的具体情况决定。

一般要选通用性较高的及在同一刀片上切削刃数较多刀片。

粗车时选较大尺寸，精、半精车时选较小尺寸。

S 形:四个刃口，刃口较短(指同等内切圆直径)，刀尖强度较高，主要用于75°、45°车刀，在内孔刀中用于加工通孔。

T形:三个刃口，刃口较长，刀尖强度低，在普通车床上使用时常采用带副偏角的刀片以提高刀尖强度。

主要用于90°车刀。

在内孔车刀中主要用于加工盲孔、台阶孔。

C形:有两种刀尖角。

100°刀尖角的两个刀尖强度高，一般做成75°车刀，用来粗车外圆、端面，80°刀尖角的两个刃口强度较高，用它不用换刀即可加工端面或圆柱面，在内孔车刀中一般用于加工台阶孔。

硬质合金可转位刀片技术要求１带圆孔的、无孔和沉孔硬质合金可转位刀片的技术要求⑴、刀片后面平直度，向内凹不大于0.05mm，向外凸不大于0.03mm。

⑵、刀片基面平直度，带圆孔的和无孔刀片只允许向内凹，其值不大于0.05mm；沉孔刀片只允许向内凹，其值不大于0.03mm。

⑶、刀片表面不得有对使用有害的缺陷，刃口部分不得有掉边掉角；非工作部位掉边掉角不大于0.3mm。

⑷、刀片的主要性能及组织结构应符合YB849-75《硬质合金牌号》或相关标准的规定。

⑸、刀片断面组织应均匀一致，不得有对使用有害的缺陷。

⑹、凡新开发的或引进的新材料应高于YB849-75标准，符合企业推荐值。

２硬质合金可转位铣刀片的技术要求⑴、可转位铣刀片表面粗糙度应符合下表要求：允许偏差等级前面及后面（Ra) 修光刃后面（Ra）A 0.4 0.4C 0.8 0.8K 1.6 0.8E 1.6 0.8⑵、铣刀片常用精度等级A、C、E、K的d、m和s的允差，见下表。

d d的允许偏差 m的允许偏差 s的允许偏差偏差等级偏差等级偏差等级A、C、E K A C、K E A、C、E、K6.35 ±0.025 ±0.05 ±0.005 ±0.013 ±0.025 ±0.0259.525 ±0.0512.70 ±0.0815.875 ±0.1019.05 ±0.10⑶、刀片基面平直度，只允许向内凹，A级不大于0.005mm；C级不大于0.01mm；K级和E级不大于0.02mm。

⑷、刀片表面不得有对使用有害的缺陷，刃口部分不得有掉边掉角；非工作部位掉边掉角不大于0.3mm。

⑸、刀片的主要性能及组织结构应符合YB849-75《硬质合金牌号》或相关标准的规定。

⑹、刀片断面组织应均匀一致，不得有对使用有害的缺陷。

３硬质合金可转位刀片其他共性技术要术⑴、凡进行表面化学涂层（ＣＶＤ）的刀片，包括车刀片、铣刀片或其他硬质合金刀片，涂层前刀片刃口皆须进行倒圆处理，刃口圆弧半径γε≤5μｍ。

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3 mm，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?o= 5°；③主偏角k r = 90°；④刃倾角λs= -6°。

后角?o的实际数值以及副后角??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a p=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k r = 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a p=3mm，k r = 90°和λs= 0°，将a p、k r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L se为L se =s r pk a λcos sin =︒-︒6cos 90sin 3=3.0mm 则所选用的刀片边长L 应为L ＞1.5 L se =1.5×3.016=4.50mm因为是正三角形刀片，L=√3d d=2.60mm⑤选择刀片厚度s 。

硬质合金可转位组合成形车刀的设计与计算
陆海钰
【期刊名称】《刃具研究》
【年(卷),期】1997(000)001
【总页数】5页(P5-9)
【作者】陆海钰
【作者单位】上海刃具研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TG712.02
【相关文献】
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5.硬质合金可转位刀具技术讲座第三讲硬质合金可转位刀片 [J], 张翰潮
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