复合刀具毕业设计二.docx
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复合刀具毕业设计二
2刀具的设计
刀具的设计包括刀具的材料、几何结构、标注表面度数、技术要求、相关参数。
本设计是复合刀其包括两个铰刀，铰刀的结构和几何参数的选择要求。
下面分别详细说明刀具的设计。
刀具的设计包括刀具的材料、刀具的几何结构、刀具标注表面度数、技术要求、相关参数。
下面分别详细说明刀具的设计。
2.1客户所提供的相关技术条件及达到的加工效果
技术要求：
1.刀体硬度：
40－45HRC
2.选用YG3X－40Gr
3.其它表面粗糙度为3.2μm
4.精加工刀具
加工效果：
1.表面光滑
2.焊接无空隙
3.整体效果美观
2.1.1.客户提供的被加零件图
客户提供的被加工零件图,如图2.1所示。
从被加工零件图可以看出，要加工的零件主要是加工零件外形，切削量少。
属于精加工主要尺寸是根据图形来选择，其他部分根据国标，和相关经验公式、相关技术手册来完成。
图2.1客户所提供被加工零件部位图
2.1.2由客户提供的刀具使用设备
使用设备：
数控加工中心，如图2.2所示。
加工中心是备有刀库，并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工的数字控制机床。
图2.2数控加工中心
自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。
加工中心按主轴的布置方式分为立式和卧式两类。
卧式加工中心一般具有分度转台或数控转台，可加工工件的各个侧面；也可作多个坐标的联合运动，以便加工复杂的空间曲面。
立式加工中心一般不带转台，仅作顶面加工。
2.1.3被加工零件的材料
被加工零件的材料:
铝件材料
铝材料是由纯铝中加入适量的硅、铜、镁、锰等稀有元素。
通过固熔强化，沉淀硬化及组织强化，可以得到高度的铝金属材料。
此材料用于汽车零件方面比较多，工作温度不超过100℃的结构中等强度零件，查相关手册铝材料的力学性能其最大硬度为150HBS，根据此条件需要选择刀具的硬度达到被加工材料的1.5～1.7倍，约为207HBS～255HBS。
2.1.4刀具的使用环境
复合刀具的使用环境相对普通车刀要求相对高些，具体参数如表2.1
表2.1刀具的使用参数
环境参数
震动参数
环境参数条件
备注
温度17℃～25℃
与普通机床相分开
允许范围15℃～40℃理想温差±2℃湿度
振动0.5G以下
（运行时）0℃～60℃（运输时）
减少震动的影响
20℃时40%～70%无结露
2.1.5刀具的冷却方式
刀具冷却方式：
内冷。
内冷的分析如下几个方面：
1.切削液通过刀体内部由喷孔喷射到刀具的切刀体具有内冷。
在铣刀中，刀具是旋转的，刀具的转速将是很高的，高转速中离心力将妨碍外部切削液的进入，如果切削液能通过刀体中心将对很多场合的应用带来好处，如垂直的盲孔。
切削液进入刀体，将撞击加工孔的底部，并向上、向外，给刀具提供冷却，润滑和帮助排屑。
对加工中心——内冷的设计限制是对通孔的应用场合。
因为切削液将不能送到我们所需要的地方——刀尖。
2.另一个有影响的应用是在卧式加工中心上的工作，由于重力影响，总是把切削液拉到孔的下半圆．因此，切削液的变化，将对刀具沿着孔作圆周运动有不同的影响．切削刃部，延长刀具的寿命。
3.冷却液通过刀柄时不需要特别的支撑螺钉，也不需要特别的密封件，刀体夹内径与切削刀杆之间的配合形成了密封，阻止冷却液外流，只能通过冷却油槽流动。
4. 热缩夹具为高速加工提供了最佳解决方案。
筒体直径小，这减小了作用于夹具区域的离心力。
没有移动部件，从而少了不平衡因素，并且降低了保养和维修成本。
2.1.6特殊要求
1.刀具基体材质没有特殊要求，焊接时无焊缝，焊实。
2.刀具强度达到要求，使用寿命超过普通刀具。
3.其它的按照技术要求的范围。
2.2根据已知资料对刀具进行设计
根据客户提供的加工零件图、刀具用的机床是加工中心，和刀具用于加工铝材料等相关数据进行刀具的设计。
2.2.1根据被加工零件材料选择刀具材料
1.刀具材料应具备的性能
刀具在工作是，要承受很大的压力和冲击力。
同时，由于切削时产生金属塑性变形以及刀具、切削、工件相互接触表面间产生的强烈摩擦。
使刀具切削上产生很高的温度和受到很大应力。
因此，作为刀具材料具备一下特征：
（1）高的硬度。
（2）高的耐磨性。
（3）足够的强度和韧度。
（4）高的耐热性。
（5）良好的热物理性能和耐热冲击性。
（6）良好的工艺性能。
（7）经济性。
2.这几个方面同时来考虑、综合分析、合理选择用的刀材料：
（1）选用刀片为YG3X、刀体为40Gr（硬质合金刀片，表2.2）。
（2）刀体硬度：
40－45HRC
YG3X适于铸铁.有色金属及合金.淬火钢合金钢小切削断面高速精加工。
详细性能和用途见表2.3所示：
表2.2硬质合金刀片
焊接硬质合金刀片牌号性能及用途
牌号
物理机械性能
性能特点及用途介绍
密度g/cm3
抗弯强度不低于N/2
硬度HRA
YG3X
15.0－15.3
1080
≥91.5
现在生产的钨钴合金中耐磨性最好的一种合金，但冲击性较差适合于铸铁、有色金属的精镗、精车等。
亦可用于合金钢、淬火钢的精加工。
YG6
14.6－15.0
1420
≥89.5
耐磨性较高，但低于YG3合金，对冲击和震动没有YG3合金敏感，能使用较YG6X合金为高的切削速度。
适合于铸铁、有色金属及合金与非金属材料连续切削时的粗车、间断切削时的半精车、精车、小断面精车、粗车螺纹、旋风车丝、连续断面的半精铣与精铣、孔的粗扩与精扩。
YG3X为刀片的材料具备了以上的有点，还可以在较高的切削速度下工作；此外这类钢粹透性较好，热处理变形小，耐磨性较好。
因此可以于截面积较大，要求热处理变形小，有一定的韧度。
比较理想的材料。
下面介绍合金结构钢的相关参数和应用要求，以及推荐用途、使用情况等技术要求见表2.3合金结构钢棒40Cr。
名称（title）:
合金结构钢棒40Cr
简介:
这类钢是在优质碳素结构钢基础上，适当地加入一种或几种合金元素，用来提高钢的强度、韧性和淬透性能。
这类钢在制成后，通常均需经过调质、化学热处理、表面淬火等热处理。
与优质碳素结构钢相比较，具有良好的综合力学性能，多轧制成圆、方、扁形状的钢材，用作机械或机器中的重要结构件
牌 号:
40Cr（优质钢）
执行标准:
GB/T3077
相近牌号:
规格（㎜）:
≤250
推荐用途:
用于较重要的调质零件，如在交变负荷下工作的零件，表面淬火后可用作负荷，耐磨性较高的而无很大冲击的零件，如齿轮、套筒、轴、曲轴、销子、连杆、螺栓、螺母以及进气阀等
使用情况:
多轧制成圆、方、扁形状的钢材，用作机械或机器中的重要结构件
2.2.2刀具柄部设计
在加工中心上，各种刀具分别装在刀具库上。
按程序规定随时进行选刀和换刀动作。
因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。
编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。
目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其刀柄有直柄（3种规格）和锥柄（4种规格）2种，共包括16种不同用途的刀柄。
1.型号选择
刀具句柄的选择是参考加工中心，夹具的型号进行选择。
其中大部分型号是国标，尺寸已经确定。
不需要进行验证（表2.4工具柄部型式。
）
表2.4工具柄部型式
JT
自动换刀机床用7:
24圆锥工具柄GB10944－89
BT
自动换刀机床用7:
24圆锥BT型工具柄JISB6339
ST
手动换刀机床用7:
24圆锥工具柄GB3837.3－83
MT
带扁尾莫氏圆锥工具柄GB1443－85
MW
无扁尾莫氏圆锥工具柄GB1443－85
ZB
直柄工具柄GB6131－85
表2.5圆柱行轴伸（GB/71569－2005摘要）
D
L
6,7
长系列
短系列
16
—
8,9
20
—
16,18,19
40
28
20,22,24
50
36
25,28
60
42
D的极限偏差
30,32,35,38
80
58
D
32－50
55－630
40,42,45,48,50,55,56
110
82
极限偏差
k6
m6
60,63,65,70,71,75
140
105
根据上述表进行选择工具柄部型式代号：
ZB，直柄工具柄GB6131－85。
2.参数的确定
刀柄部长度60+3㎜，直径25㎜，有1×45°。
倒角根据自由表面过度圆角表图2.6
表2.6形零件自由表面过度圆角（参考）
㎜
D－d
2
5
8
10
15
R
1
2
3
4
5
直柄容易加工，工艺性能要求低。
直柄中心部分加工内冷，长度73㎜，直径4㎜以端面为参考面。
中心部分留出车空刀3×1。
如图2.3所示
图2.3柄部参数
2.3根据被加工零件图进行设计
刀具的设计主要式根据被加工零件的进行设计，其它的技术参数根数相关资料手册。
2.3.1铰刀的结构设计
刀具截型的设计根据客户提供的被加工零件图，刀头部份要伸入55㎜，这部分材料合刀体材料分开，刀片和刀头材料一样，因为刀片比较小，不容易加工。
其两部分钎焊在一起，设计时候分别来对待。
1.刀头参数：
长度为55㎜，直径6㎜，刀片长度15㎜，芯厚度为Φ3㎜，特别要求有效刀槽长为15㎜，后角6°，粗糙度Ra0.8μm刀头刀片图2.4㎜
图2.4刀头刀片
2.刀体参数：
定长105㎜，外圆Φ33－1.5，柄部外圆Φ25×60，空刀槽3×1，锥度Φ22×Φ7×16.5（半径24.4°），角度89.5°。
刀体内部留出钻出水孔，此刀属于内冷，有利于刀具的冷却，其参数为4－Φ2与Φ5。
如图2.5
图2.5刀体参数
2.3.2铰刀刀片的设计
刀片分为小刀片合大刀片，其中大刀片需要和刀体分开。
小刀片与刀头一起加工，大刀片要求留有后角6°。
其中代号为A410（10×6×3.5R6）四齿。
根据此数进行加工。
大刀片图2.6，大刀片截型图2.7，小刀片位置图2.8
图2.6大刀片图2.7大刀片截型
图2.8小刀片位置
2.3.3刀槽的设计：
尽量采用自由焊接形式。
当必须采用封闭槽形时，钎缝间隙为：
0.1－0.2；当钎焊面积大于300m㎡时需在刀体上开工艺槽，开工艺槽的原则为1.5×1.5㎜；若槽形为封闭形时在槽的底部还需开工艺孔，大小为：
φ1.5－φ2.0之间 。
刀槽的非焊接面的宽度应比刀头的厚度小1－1.5㎜，如图2.9所示刀槽跟部应带有圆弧、圆弧半径R的大小为刀片倒棱的1/2，刀槽表面的粗糙度为Rａ3.2－6.3μm
图2.9刀槽设计
2.4切削参数的确定
铰刀的结构与几何参数
1.铰刀的结构：
本设计是复合刀。
包括两个铰刀，下面介绍铰刀的结构和几何参数的选择要求。
铰刀由工作部分、颈部和柄部组成。
工作部分包括切削部分和修光部分，切削部分呈锥形，负担主要的切削工作；修光部分用于校准孔径、修光孔壁和导向。
为了减少修光部分与已加工孔壁的摩擦，防止孔径扩大，修光部分的后端应加工呈倒锥形状，其倒锥量为（0.0005～0.006）/100.。
铰刀的柄部为夹持和传递扭矩的部分。
2.铰刀的结构参数：
（1）直径及其公差。
铰刀是定尺寸刀具，直径及其公差的选择组要取决于被加工孔的直径及其精度，同时，也要考虑铰刀的使用寿命和制造成本。
铰刀的公称直径是指校准部分中圆柱部分的直径，它应等于被加工孔的基本尺寸，而其公差则与被铰销孔的公差，制造公差、磨损量储备、切削过程中孔径的变形性质有关。
根据加工中孔径的变形性质不同，铰刀的直径确定方法：
加工后孔径扩大和加工后孔径缩小两部分考虑
（2）齿数Z及尺槽型
齿数。
铰刀齿数一般为4～12个。
在铰削进给一定时，若增加铰刀齿数，则每个齿数的切削厚度减小导向性能好，刀尺负荷轻，铰孔质量高。
但是齿数过多，也会使刀齿强度降低，容屑空间减少，通常使在保证刀尺强度和容屑空间的条件下，选择较多的齿数为了版与测量直径，铰刀齿数一般去偶数。
刀齿在圆周上一般为等齿距分布。
本刀选择刀齿数为4，有容屑多，强度高的特点。
铰刀的齿槽形式。
铰刀的齿槽有直线型、折线形和圆弧形三种。
直线型：
形状简单，齿槽可以单角铣刀一次铣出，制造容易，一般用于d=1～20的铰刀。
折线形：
用于硬质合金铰刀，以保证硬质合金片有足够的刚性支撑面和刀齿强度。
圆弧形：
有较大的容屑空间和较好的刀齿迁都，齿槽用成型铣刀铣出，一般用于d>20的铰刀。
本设计选择直线型铰刀的槽型式。
铰刀齿槽方向有直槽和螺旋槽两种。
直槽铰刀刃磨、检验比较方便，生产中常用；螺旋槽铰刀切削过程中平稳。
本设计选择直槽刀型式
3.铰刀的几何角度
前角：
由于铰孔余量很小，切屑很薄，切屑与前刀面接触长很短，因此前角的作用不是主要因素。
为了便于制造，一般选取0°本设计选取0°
后角：
铰刀定尺寸刀具，为使切削部分的刀齿刃磨后直径尺寸变化不致太大，取较小的后角一般为6°～8°，高速钢铰刀切削部分的刀齿刃磨后应锋利不留刃带，校准部分刀齿则须留有0.05～0.3㎜宽的刃带，一起修光和导向作用，也便于铰刀制造和检验。
切削锥角2Φ：
切削锥角主要影响进给抗力的打下、孔的加工精度和表面粗糙度以及刀具耐用度。
对于机用铰刀，工作时的导向由机床及夹具来保证，故可选用较大的Φ值，减小切削长度和机动时间。
刃倾角：
为了便于制造硬质合金铰刀，一般取刃倾角为0°，铰削盲孔时使用带刃倾角的铰刀。
但在铰刀端部开一沉孔以容纳切屑。
刀具总体效果图2.9.1
图2.9.1刀具总体效果
1.刀具总体选择和优化设计效果图2.9.1。
2.其中总长度选择160，柄部直径Φ
×60，刀具中部89.5°。
3.锥度Φ22×Φ7×16.5（半角24.4°），长度3－1.5铣刃部85－90°容屑槽，Z=4。
4.芯厚Φ22，槽长距柄部2，铣刀片A410，外径留出磨量1.0，伸出89.5°底部1。
5.刀刃端钻绞Φ
×20
0.2平底孔，Ra0.2，孔口倒角0.5×45°。
6.钻4－Φ2出水孔与Φ5通，大刀刃端中心孔A2/3。
7.柄端钻Φ5×80，Φ5孔口锪1×60°。
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