（卓越工程师）
设计说明书
（可转位车刀设计）
题目：90°偏心夹紧外圆车刀设计
学院：机械工程学院
专业：机械设计制造及其自动化
姓名：
指导教师：
完成日期：2013年11月4日
佳木斯大学机械工程学院
2013年11月
目录
第1章原始条件 (3)
第2章设计步骤 (4)
2.1选择刀片夹固结构 (4)
2.2选择刀片材料 (4)
2.3选择刀片合理角度 (4)
2.4选择切削用量 (4)
2.5选择刀片型号和尺寸 (4)
2.6选择硬质合金刀垫型号和尺寸 (5)
2.7计算刀槽角度 (5)
2.8计算铣制刀槽时需要的角度。 (7)
2.9 选择刀杆材料和尺寸 (8)
2.10选择偏心销及其相关尺寸 (8)
第1章 原始条件
加工一批零件，工件材料为ZG40Cr ，使用机床为CA6140，推荐参数为：表面粗糙度要求达到 6.3a R m μ，100~150/min c V m =，0.06~0.12/f mm r =，0.05~1p a mm =。使用刀具为90°偏心夹紧外圆车刀。
第2章 设计步骤
2.1选择刀片夹固结构
考虑到加工是在CA6140车床上进行，且属于连续切削，刀片的夹固方式为偏心式夹固结构。
2.2选择刀片材料
有原始条件给定：被加工件材料为ZG40Cr ，连续切削，完成粗车工序，按照硬质合金的选用原则，选取刀片材料为YT30。
2.3选择刀片合理角度
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行程特点，选取如下四个主要角度：
（1）前角15o γ=?； （2）后角8o α=?； （3）主偏角90r κ=?； （4）刃倾角5s λ=-?
后角的实际数值以及副后角和副角在计算刀槽角度时经校验后确定。
2.4选择切削用量
根据切削用量的选择原则，确定切削用量为： 粗车时：切削速度 120/min c V m =；
进给量 0.1/f mm r =； 切削深度 0.5p a mm =。
2.5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90°，根据刀片形状的选用原则，选用偏8°刀片（这样既可以提高刀尖强度，又增加了散热面积，使刀具寿命有所提高，还可以减小已加工表面的残余面积，使表面粗糙度数值减小）。
（3）选择刀片精度等级。根据节刀片精度等级的选用原则，选用U 级。 （4）选择刀片内切圆直径d （或刀片边长L ）。根据已选定的0.5p a mm =，90r κ=?和5s λ=-?，代入下式，可求出刀刃的实际参加工作长度se L 为：
0.5
0.502sin cos sin 90cos(5)
p
se r s
a L mm κλ=
=
=?-?；
则所选用的刀片边长L 应为
1.5 1.50.5020.753se L L mm >=?=
（5）选择刀片厚度s 。根据已选定的粗车时切削深度0.5p a mm =，进给量0.1/f mm r =；通过选择刀片厚度的诺模图，求得刀片厚度1S mm ≥。
（6）选择刀尖圆弧半r ε。根据已选定的粗车时0.5p a mm =， 0.1/f mm r =，利用刀尖圆角的诺模图，求得连续切削时的0.2r mm ε=。
（7）选择刀片断屑槽形式和尺寸，根据刀片断屑槽形式和尺寸的选择原则，根据已知的原始条件，选用A 型断屑槽，断屑槽的尺寸在选定刀片型号和尺寸后便可确定。
综合以上七方面的选择结果，确定选用的刀片型号是FN ΔM130408*-A2，其具体尺寸为13.5L mm =；9.525d mm =； 4.76s mm =；1 3.81d mm =；0.8r mm ε=；
刀片刀尖角82ε=?；刀片刃倾角0sb λ=?；断屑槽宽度4n w mm =；取法前角15nb γ=?。
2.6选择硬质合金刀垫型号和尺寸
选用硬质合金刀垫，其形状和尺寸的选择，取决于刀片夹固接结构以及刀片的型号和尺寸。选择与刀片形状相同的刀垫，为三角形，中心有圆孔。其基本尺寸长度12L mm =，厚度 4.76s mm =，中心孔直径17.6d mm =。材料硬质合金YG8。
2.7计算刀槽角度
根据可转为车刀几何角度、刀片几何角度和刀槽几何角度之间的关系。 刀槽角度的计算步骤是：
（1）刀槽主偏角rg k 90rg r k k ==? （2）刀槽刃倾角sg λ 5sg s λλ==-?
（3）刀槽前角
oR γ 可转位车刀的刃倾角s λ较小，所以，og
γ可用下述近似公式计算
8og o γα=-=-?。
（4）验算车刀后角o α
车刀后角o α的验算公式为(cos )cos 1cos nb og s s
o nb og s
tg tg tg tg tg αγλλααγλ-=
+
当0nb α=?时，则上式成为2cos o og s tg tg αγλ=- 将8og γ=-?，5s λ=-?带入上式，得
2(8)cos (5)0.139o tg tg α=--?-?=
则7.94o α=?，与所选后角值很近，可以满足切削要求。 而刀杆后角og o αα= 故7.94og α=?，取8og α=?。
（5）刀槽主偏角'rg k ，因为''180rg r r r k k k ε==?--，而r g r εε=，rg r k k =，式中，r ε为刀尖角。
所以'180180rg rg rg r r k k k εε=?--=?--
车刀刀尖角r ε
的计算公式为sin cos r og s s ctg ctg tg εεγλλ??=??
当90b ε=?时，上式变为sin cos r og s s ctg tg εγλλ=-
将8og γ=-?，5s λ=-?带入上式得(8)sin(5)cos(5)0.012r ctg tg ε=--?-?-?=- 则90.7r ε=?。
故''1809090.70.7rg r k k ==?-?-?=-?
（6）验算车刀副后角'o α，车刀副后角'o α的验算公式为
('cos ')cos ''1'cos 'nb og sg sg
o nb og sg
tg tg tg tg tg αγλλααγλ-=
+
当0nb α=?时，上式变为2''cos 'o og sg tg tg αγλ=-
而'cos sin og og rg sg rg tg tg tg γγελε=-+
'sin cos og og rg sg rg tg tg tg λγελε=+
将8og γ=-?，5sg s λλ==-?，90.7rg r εε==?，代入'cos sin og og rg sg rg tg tg tg γγελε=-+得
'(8)cos(90.7)(5)sin(90.7)0.089og tg tg tg γ=--??+-??=-
所以得' 5.08og γ=-?。
'(8)sin(90.7)(5)cos(90.7)0.139og tg tg tg λ=-??+-??=-
所以'7.94sg λ=-?
再将' 5.08og γ=-? ，'7.94sg λ=-? 代入
2''cos 'o og sg
tg tg αγλ=-，得
2'( 5.08)cos (7.94)0.087o tg tg α=--?-?=
所以' 4.984o α=? 可以满足切削要求。
刀槽副后角 ''og o αα=， ' 4.984og α=? 取'5og α=?，综合上述计算结果，可归纳出车刀的几何角度：
车刀的几何角度：15o γ=?；8o α=?；90r κ=?；'0.7r k =-?；5s λ=-?；' 4.984o α=? 刀槽的几何角度：8og γ=-?；8og α=?；90rg k =?；'0.7rg k =-?；5sg λ=-?；'5og α=?
2.8计算铣制刀槽时需要的角度。
（1）计算刀槽最大负前角gg γ及其方位角gg τ，当用预制斜铁铣制刀槽时，需要计算出负前角gg γ最大及其方位角gg τ。
刀具最大负前角gg γ的计算公式为gg tg γ= 将 8og γ=-?，5sg λ=-?代入上式，得
0.166gg tg γ==-
9.4gg γ=-?，
刀槽最大负前角gg γ所在剖面的方位角gg τ的计算公式为/gg og sg tg tg tg τγλ=，将
8og γ=-?，5sg λ=-?代入上式得(8)/(5) 1.606gg tg tg tg τ=-?-?=
所以58gg τ=?。
（2）计算刀槽切深剖面前角pg γ和进给剖面前角fg γ。
刀槽切深剖面前角pg γ的计算公式为cos sin pg og rg sg rg tg tg k tg k γγλ=+ 刀槽进给剖前面角fg γ的计算公式为sin cos fg og rg sg rg tg tg k tg k γγλ=- 将8og γ=-?，5sg λ=-?，90rg k =?代入两式得
(8)cos(90)(5)sin(90)(5)pg tg tg tg tg γ=-??+-??=-?
()()8sin(90)(5)cos(90)8fg tg tg tg tg γ=-??--??=-?
2.9 选择刀杆材料和尺寸
（1）选择刀杆材料：选用45钢为刀杆材料，热处理硬度为HRC38～45，发蓝处理。 （2）选择刀杆尺寸
1）选择刀杆截面尺寸：因加工使用CA6140普通车床，其中心高为220mm ，查表可知，并考虑到为提高刀杆强度，选取刀杆截面尺寸22030B H mm ?=?。
由于切削深度进给量 0.1/f mm r =；切削深度 0.5p a mm =，可不比校验刀杆强度。 2）选择刀杆尺寸：根据刀杆长度的选择原则，故选择刀杆长度尺寸为140mm 。
2.10选择偏心销及其相关尺寸
（1）选择偏心销材料：偏心销材料选用40Cr ，热处理硬度为HRC40～45，发蓝处理。 （2）选择偏心销直径c d 和偏心量e
根据偏心销直径c d 计算公式，1(0.2~0.4)c d d mm =-，前面已经选定17.6d mm =，取括号内最大数值0.4mm ，则 7.60.47.2c d mm =-=。
偏心量e 可用117.2
0.36~0.517~1027~102
c d e mm ≤==求得，取0.4e mm =；为使刀片
夹固可靠，选用自锁性能较好的螺钉偏心销，并取螺钉偏心销转轴直径d 2为M6。
（3）计算偏心销转轴孔中心在刀槽前刀面上的位置，根据以下公式
1sin cos 22
c d d d
m e ββ-=+-
1cos sin 22
c d d d
n e ββ-=
-- 根据前边已选定的尺寸17.6d mm =，7.2c d mm =；0.4e mm =；13.5d mm =
取30β=?，
则13.57.67.4
0.4sin 30cos30 6.77622m mm -=
+?-?= 13.57.67.20.4cos30sin 30 6.30422
n mm -=-?-?=