S刀片45°直頭外圓車刀設(shè)計

1、沈陽理工大學應(yīng)用技術(shù)學院機械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計第1部分 刀具部分 設(shè)計題目: 工件材料GCr15，使用機床CA6140，加工后dm=30,Ra=3.2,需粗，半精車完成，加工余量自定，設(shè)計裝S刀片45偏頭外圓車刀。 設(shè)計步驟：1.1選擇刀片夾固結(jié)構(gòu)考慮到加工是在CA6140普通機床上進行，屬于連續(xù)切削，參照典型車刀夾固結(jié)構(gòu)簡圖和特點，采用杠桿式刀片夾固結(jié)構(gòu)。 1.2選擇刀片材料由原始條件結(jié)構(gòu)給定：被加工工件材料為GCr15，連續(xù)切削，完成粗車、半精車兩道工序，按照硬質(zhì)合金的選用原則，選取刀片材料（硬質(zhì)合金牌號）為YG6X。1.3選擇車刀合理角度根據(jù)刀具合理幾何參數(shù)的選擇原則，并考慮到可轉(zhuǎn)位車刀：

2、幾何角度的形成特點，選取如下四個主要角度(1)前角=14，(2)后角=6,(3)主偏角=45，(4)刃傾角=-6后角的實際數(shù)值以及副后角和副偏角在計算刀槽角度時，經(jīng)校驗后確定。1.4選擇切削用量根據(jù)切削用量的選擇原則，查表確定切削用量為：粗車時：切削深度a=3 mm，進給量f=0.6mm/r，切削速度v=110m/min半精車時a=1 mm，f=0.3mm/r,v=130mm/min1.5選擇刀片型號和尺寸1.5.1選擇刀片有無中心固定孔由于刀片夾固結(jié)構(gòu)已選定為杠桿式，因此應(yīng)選用有中心固定孔的刀片。1.5.2選擇刀片形狀按選定的主偏角=45，選用正方形刀片。1.5.3選擇刀片精度等級選用U級1

3、.5.4選擇刀片邊長內(nèi)切圓直徑d（或刀片邊長L）根據(jù)已選定的,k，可求出刀刃的實際參加工作長度。為； L= =4.267mm L1.5L=6.401mm因為是菱形，Ld6.4011.5.5選擇刀片厚度S根據(jù)a,f，利用諾模圖，得S4.81.5.6選擇刀尖圓半徑r根據(jù)a,f, 利用諾模圖，得連續(xù)切削r=1.21.5.7選擇刀片切屑槽型式和尺寸根據(jù)條件，選擇A型。當?shù)镀吞柡统叽绱_定后，斷屑槽尺寸便可確定。確定刀片型號：SNUM190612-A5，尺寸為L=d=19.05mm,S=6.35mm,d1=7.93mm,m=3.452,r=1.2mm刀片參數(shù)： 精車刀尖角=90，刃傾角=0，法后角=0，

4、法前角=20，斷屑槽寬W=4mm1.6確定刀墊型號和尺寸硬質(zhì)合金刀墊型號和尺寸的選擇，取決于刀片夾固結(jié)構(gòu)的需要及刀片型號和尺寸：適合于杠桿式夾固結(jié)構(gòu)的需要，并于刀片型號SNUM190612-A5相對應(yīng)的硬質(zhì)合金刀墊的型號為：S15B,其具體尺寸為：L=d=18.05mm,S=6.35mm,d1=8.7mm, r=1.6,D=10.3mm C=2.0mm1.7計算刀槽角度可轉(zhuǎn)位車刀幾何角度、刀片幾何角度和刀槽幾何角度之間的關(guān)系1.7.1刀桿主偏角K=K=451.7.2刀槽刃傾角 =-61.7.3刀槽前角 刀槽底面可看作前刀面，則刀槽前刀角的計算公式為：tan=將=14，=20，=-6代入式得：

5、tan=-0.107 則=-6.107取=-61.7.4驗算車刀后角車刀后角的驗算公式為 tan=當=0時，將=1，=-6代入則 tan=0.1040則 =5.937與所選后角值相近，可以滿足切削要求。而刀桿后角=故=5.937，取=61.7.5刀桿副偏角K Krg=Kr而 K=180-K-又=，K=KK=180-K-=180-K-車刀刀尖角的計算公式為 cot=cot 將=90，=14，=-6代入得 cot=cot 則 =90.63故 K= K=1804590.63 =44.37取 K=44.51.7.6檢驗車刀副后角車刀副后角的驗算公式為 tan= 當=0時，則式為 tan=-tancos

6、而 tan=-tancos+tansin tan=tansin+tancos將=-6，=-6，=90.63代入得： tan=-tan（-6）cos90.63+tan（-6）sin90.63=-0.106則 =-6.05 tan=tan（-6）sin90.63+tan（-6）cos90.63 =-0.104則 =-5.94 再將=-6.05，=-5.94代入式得: tan=-tan(-6.05)cos(-5.94)=0.105則 =5.99可以滿足切削要求而刀桿副后角=故=5.99，取=6綜合上述計算結(jié)果，可以歸納為：車刀的幾何角度為:=14，=5.94，K =45，K=14.37，=-6，=5

7、.99刀桿于刀槽的幾何角度為；=-6，=6，K=45，K=14.5，=-6，=61.8選擇刀桿的材料和尺寸（1）選擇刀桿材料選用45鋼為刀桿材料，熱處理硬度為HRC38-45，發(fā)黑。（2）選擇刀桿尺寸1)選擇刀桿截面尺寸因為加工使用CA6140車床加工，其中心高為200mm,并考慮到位提高刀桿，選取刀桿的截面尺寸BH=2025mm由于切削深度ap=3，進給量f=0.6/r，可以不必校驗刀桿強度。2）選擇刀桿長度尺寸選取刀桿長度為150mm。1.9選擇偏心銷及其相關(guān)尺寸 （1）選擇偏心銷材料偏心銷材料選用40Cr,熱處理硬度為HRC40-45,發(fā)藍。 （2）選擇偏心銷直徑dc和偏心量edc=d1

8、-(0.20.4)mm前面已經(jīng)選定d1=6.35，括號內(nèi)取最大值0.4則dc=5.95mm。偏心值e即為使計算方便取=0.13，,=1，則上式成為取e=0.75為使刀片夾固可靠，選用自鎖性能較好的螺釘偏心銷，并取螺釘偏心銷轉(zhuǎn)軸直徑為M6。（3）計算偏心銷轉(zhuǎn)軸孔中心在刀槽前面上的位置用公式將m和n求出m=n=根據(jù)前面已選定的尺寸知 取則m=8.14mm n=7.19mm第2部分 工藝部分2.1 零件的作用 軸是組成機器零件的主要零件之一。一切做回轉(zhuǎn)運動的傳動零件（例如：齒輪，蝸輪等）都必須安裝在軸上才能進行運動及動力的傳遞。因此，軸的主要功用是支撐回轉(zhuǎn)零件和傳遞運動和動力。按照承受載荷的不同，軸

9、可以分為轉(zhuǎn)軸，心軸，和傳動軸三類。工作中，既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸。這類軸在各種機器中最為常見。只承受彎矩而不承受轉(zhuǎn)矩的軸稱為心軸。心軸又分為回轉(zhuǎn)心軸和靜止心軸兩種。只能承受轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩的軸叫傳動軸。2.2零件的工藝分析（1）對于7級精度、表面粗糙度Ra0.80.4m的一般傳動軸，其工藝路線是：正火車端面鉆中心孔粗車各表面精車各表面銑花鍵、鍵槽熱處理修研中心孔粗磨外圓精磨外圓檢驗。 （2）軸類零件一般采用中心孔作為定位基準，以實現(xiàn)基準統(tǒng)一的方案。在單件小批生產(chǎn)中鉆中心孔工序常在普通車床上進行。在大批量生產(chǎn)中常在銑端面鉆中心孔專用機床上進行。 （3）中心孔是軸類零件加工全過程中使用的

10、定位基準，其質(zhì)量對加工精度有著重大影響。所以必須安排修研中心孔工序。修研中心孔一般在車床上用金剛石或硬質(zhì)合金頂尖加壓進行。 （4）軸上的花鍵、鍵槽等次要表面的加工，一般安排在外圓精車之后，磨削之前進行。因為如果在精車之前就銑出鍵槽，在精車時由于斷續(xù)切削而易產(chǎn)生振動，影響加工質(zhì)量，又容易損壞刀具，也難以控制鍵槽的尺寸。但也不應(yīng)安排在外圓精磨之后進行，以免破壞外圓表面的加工精度和表面質(zhì)量。 （5）在軸類零件的加工過程中，應(yīng)當安排必要的熱處理工序，以保證其機械性能和加工精度，并改善工件的切削加工性。一般毛坯鍛造后安排正火工序，而調(diào)質(zhì)則安排在粗加工后進行，以便消除粗加工后產(chǎn)生的應(yīng)力及獲得良好的綜合機械

11、性能。淬火工序則安排在磨削工序之前。 2.3零件表面加工方法的選擇 傳動軸的加工面有鍵槽、端面、退刀槽、越程槽。因此主要采用車削和外圓磨削。因為軸兩邊的精度較高所以要進行磨削，所以外圓加工的方法為：粗車-半精車-磨削 外圓表面加工方案加工方案 經(jīng)濟加工精度等級（IT） 表面粗糙度Ra/m粗車11125012.5半精車8106.33.2精車671.60.8磨削670.80.4鍵槽加工方案 加工方案經(jīng)濟加工精度等級（IT）表面粗糙度Ra銑111212.52.4 加工方案的選擇2.4.1加工方案方案一工序 1 銑軸的兩端面，打中心孔工序 2 粗車外圓大小端各外徑工序 3 半精車，倒角工序 4 銑鍵槽

12、工序 5 精車，切退刀槽工序 6 調(diào)質(zhì)工序 7 去毛刺工序 8 磨削方案二工序1 車軸一端打中心孔工序2 車軸另一端打中心孔工序3 半精車倒角工序 4 精車，切退刀槽工序5 調(diào)質(zhì)工序6 銑鍵槽工序7 去毛刺比較上面兩方案，方案一在加工兩中心孔時存在同軸度誤差，若把銑鍵槽放在精車之前，在精車時斷續(xù)車削容易引起振動，影響加工質(zhì)量。綜上所述方案二合理本設(shè)計的加工方法如下：1.端面：公差等級IT12，表面粗糙度Ra12.5m,需進行銑削加工。2.35外圓表面：公差等級IT7，表面粗糙度為Ra1.6m，需進行粗車，半精車，精車。 3.40外圓表面：公差等級IT7，表面粗糙度為Ra12.5m，需進行粗車，

13、半精車，精車。4.60外圓表面：公差等級IT6，表面粗糙度為Ra1.6m，需要進行粗車，半精車或磨削加工。5.30外圓表面：公差等級IT6，表面粗糙度為Ra1.6m，需要進行粗車，半精車或磨削加工。6.20外圓表面：公差等級IT6，表面粗糙度為Ra1.6m，需要進行粗車，半精車或磨削加工。2.4.2加工的技術(shù)要求（1）尺寸精度軸類零件的主要表面常為兩類，一類是與軸承的內(nèi)圈配合的外圓軸頸，即支承軸頸，用于確定軸的位置并支承軸，尺寸精度要求較高，通常為IT5IT7；另一類為與各類傳動件配合的軸頸，即配合軸頸，其精度稍低，通常為IT6IT9。 （2）幾何形狀精度主要指軸頸表面、外圓面等重要表面的圓度

14、、圓柱度。其誤差一般應(yīng)限制在尺寸公差范圍內(nèi)，對于精密軸，需在零件圖上另行規(guī)定其幾何形狀精度。 （3）相互位置精度包括內(nèi)、外表面，重要軸面的同軸度、圓的徑向跳動、重要端面對軸心線的垂直度、端面間的平行度等。 （4）表面粗糙度軸的加工表面都有粗糙度的要求，一般根據(jù)加工的可能性和經(jīng)濟性來確定。2.5 傳動軸毛坯材料及加工余量毛坯2.5.1傳動軸毛坯： 軸類零件可根據(jù)使用要求、生產(chǎn)類型、設(shè)備條件及結(jié)構(gòu)，選用棒料、鍛件等毛坯形式。對于外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主；而對于外圓直徑相差大的階梯軸或重要的軸，常選用鍛件，這樣既節(jié)約材料又減少機械加工的工作量，還可改善機械性能。 根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的不同，毛坯

15、的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。中小批生產(chǎn)多采用自由鍛，大批大量生產(chǎn)時采用模鍛。2.5.2 傳動軸材料軸類零件應(yīng)根據(jù)不同的工作條件和使用要求選用不同的材料并采用不同的熱處理規(guī)范（如調(diào)質(zhì)、正火、淬火等），以獲得一定的強度、韌性和耐磨性。45鋼是軸類零件的常用材料，它價格便宜經(jīng)過調(diào)質(zhì)（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能，淬火后表面硬度可達4552HRC。 40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼適用于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸類零件，這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和淬火后，具有較好的綜合機械性能。 軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面高頻淬火后，表面硬度可達5058HRC，并具有較高的耐疲勞

16、性能和較好的耐磨性能，可制造較高精度的軸。一般在滿足使用要求的前提下，盡量采用國家資源豐富的材料 2.5.3確定鍛件加工余量及形狀：加工表面工序名稱加工余量工序尺寸尺寸公差表面粗糙度（m）35精車0.535Ra6.3m粗車236Ra12.5m毛坯4040精車0.0840H6Ra1.6m半精車0.840.4H12Ra6.3m粗車242H12Ra12.5m毛坯4560精車0.160H7Ra1.6m半精車0.960.2H9Ra6.3m粗車263H12Ra12.5m毛坯6530精車0.130H7Ra1.6m半精車0.930.2H9Ra6.3m粗車432H12Ra12.5m毛坯3520精車0.120H7

17、Ra1.6m半精車0.920.2H9Ra6.3m粗車422H12Ra12.5m毛坯252.6 工藝規(guī)程設(shè)計2.6.1定位基準的選擇 （1）粗基準的選擇：由于本傳動軸全部表面均需加工，而軸的中心線作為精基準，應(yīng)該選擇該傳動軸的一端面作為主要的定位粗基準。 （2）精基準的選擇：本零件是傳動軸，孔是其設(shè)計基準亦是其裝配基準和測量基準，為避免由于基準不重合而造成的誤差且考慮到要保證零件的加工精度和裝夾準確方便，依據(jù)“基準重合”原則和“基準統(tǒng)一”原則，應(yīng)該選擇傳動軸的中心線以及粗加工后的端面為主要的定位精基準。2.6.2熱處理（1）鍛造毛坯在加工前，均需安排正火或退火處理，使鋼材內(nèi)部晶粒細化，消除鍛造應(yīng)

18、力，降低材料硬度，改善切削加工性能。 （2）調(diào)質(zhì)一般安排在粗車之后、半精車之前，以獲得良好的物理力學性能。 （3）表面淬火一般安排在精加工之前，這樣可以糾正因淬火引起的局部變形。 （4）精度要求高的軸，在局部淬火或粗磨之后，還需進行低溫時效處理2.6.3擬定工藝規(guī)程定位精基準面中心孔應(yīng)在粗加工之前加工，在調(diào)質(zhì)之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。調(diào)質(zhì)之后修研中心孔為消除中心孔的熱處理變形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是為提高定位精基準面的精度和減小錐面的表面粗糙度值。擬定傳動軸的工藝過程時，在考慮主要表面加工的同時，還要考慮次要表面的加工。在半精加工35mm、40mm外圓時，應(yīng)車到圖樣規(guī)定

19、的尺寸，同時加工出各退刀槽、倒角和螺紋；三個鍵槽應(yīng)在半精車后以及磨削之前銑削加工出來，這樣可保證銑鍵槽時有較精確的定位基準，又可避免在精磨后銑鍵槽時破壞已精加工的外圓表面。 在擬定工藝過程時，應(yīng)考慮檢驗工序的安排、檢查項目及檢驗方法的確定。綜上所述，所確定的該傳動軸加工工藝過程見表。機械加工工藝過程卡片沈陽理工大學應(yīng)用技術(shù)學院機械加工工藝過程卡片產(chǎn)品類型ZSY零件圖號01-01共頁產(chǎn)品名稱減速箱零件名稱傳動軸第頁材料牌號GCr15毛坯種類鍛件每毛坯件數(shù)1臺件數(shù)1工序號工序名稱工序內(nèi)容車間工段設(shè)備工裝1下料下料2鉆中心孔 加一頭伸出長 40mm車端面鉆中心孔機加工CA6140三抓卡盤3粗車一加一

20、頂機加工CA6140一夾一頂4鉆中心孔調(diào)頭夾左端裝中心架車右端面鉆中心孔機加工CA6140三抓卡盤5粗車車右端 外圓機加工CA6140一夾一頂6調(diào)質(zhì)處理調(diào)制熱處理 217-255HBS熱處理7修中心孔修研中心孔機加工CA6140三抓卡盤8半精車半精車左端外圓 切槽 倒角機加工CA6140一夾一頂9半精車調(diào)頭半精車有段尺寸 切槽 倒角機加工CA6140一夾一頂10精車精車左端外圓至尺寸機加工CA6140雙頂尖11精車精車右端外圓至尺寸機加工CA6140雙頂尖12劃線花鍵槽線機加工13銑鍵槽銑鍵槽機加工X61322.6.4加工順序的安排（2）加工工藝路線為：下料鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)半精加工淬火精加工

21、劃鍵槽線銑槽粗磨 低溫時效精磨低溫時效檢驗。2.6.5制定工藝路線根據(jù)零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求，以及加工方法所能達到的經(jīng)濟精度，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下。可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具，并且盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)該考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。加工條件：加工材料采用GCr15，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的鍛件工序1 粗車軸的兩端面，打中心孔機床：采用組合車床加專用夾具 刀具：YT6硬質(zhì)合金外圓車刀工序2 粗車外圓大小端各外徑機床：CA6140臥式車床，轉(zhuǎn)速n=400r/min 刀具：查簡明手冊選用YT6硬質(zhì)合金外圓車刀，主偏角為45，后刀面最大磨損限度1

22、.01.4,刀具壽命60min. 切削速度 vc=dn/1000=3.14x47x400/1000=59.032m/min 進給量： f=0.05mm/r 進給速度：vf=fn=0.05x400=20mm/min 加工工時：tm=L/ vf 端面加工 毛坯40 段加工35 從40切削至36，背吃刀量ap=1.8mm;切削長度L= 20mm;加工工時tm=L/ vf=1min加工35 從40切削至36，背吃刀量ap=1.8mm;切削長度L= 20mm;加工工時tm=L/ vf=1min 毛坯45段加工40 從45切削至42，背吃刀量ap=4.3mm 切削長度L=8mm 加工工時 tm=L/ vf

23、=0.4min加工40 從45切削至42，背吃刀量ap=4.3mm 切削長度L=8mm 加工工時 tm=L/ vf=0.4min毛坯60段加工60 從65切削至62，被背吃刀量ap=4.3mm,切削長度為60mm 加工時間tm=L/ vf=3min毛坯35段加工30 從35切削至32，背吃刀量ap=4,3m,切削長度L=43mm 加工時間tm=L/ vf=2.15min 毛坯25段加工20 從25切削至22，背吃刀量為ap=4.3mm,切削長度L=53mm 加工時間tm=L/ vf=2.65mm第二道工序所需工時Tm=10.6min工序3 半精車，倒角加工35 從36切削至35.5，背吃刀量a

24、p=0.45mm切削長度L=20mm加工工時 tm=L/ vf=1min加工40 從42切削至40.4，背吃刀量ap=0.45mm切削長度L=8加工工時 tm=L/ vf=0.4min加工60 從62切削至60.2，背吃刀量ap=0.45mm切削長度L=60mm加工工時 tm=L/ vf=3min加工30 從32 切削至30.2， 背吃刀量 ap=0.45mm 切削長度L=43mm加工工時 tm=L/ vf=2.15min加工20 從22 切削至20.2， 背吃刀量 ap=0.45mm 切削長度L=53mm加工工時 tm=L/ vf=2.65min車倒角 車刀 選用kr=45的直頭通切車刀車4

25、5倒角工序所需工時Tm=10.6min工序4 精車，切退刀槽加工35 從35.5切削至35，背吃刀量ap=0.45mm切削長度L=20mm加工工時 tm=L/ vf=1min加工40 從40.4切削至40，背吃刀量ap=0.45mm切削長度L=8加工工時 tm=L/ vf=0.4min加工60 從60.2切削至60，背吃刀量ap=0.45mm切削長度L=60mm加工工時 tm=L/ vf=3min加工30 從30.2 切削至30， 背吃刀量 ap=0.45mm 切削長度L=43mm加工工時 tm=L/ vf=2.15min加工20 從20.2 切削至20， 背吃刀量 ap=0.45mm 切削長度L=53mm加工工時 tm=L/ vf=2.65min切退刀槽 取a=1.5和a=2的切槽刀 進給量f為手動,查得v=0.17m/s n=0.5工序所需工時Tm=10.6min工序5 調(diào)質(zhì)淬火加回火叫調(diào)質(zhì)處理，淬火時將工件加熱到臨界溫度以上，然后通過介質(zhì)迅速冷卻，回火時根據(jù)工件要求的硬度不同將