外圆车刀的设计详解.docx
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外圆车刀的设计详解
《金属切削原理与刀具》课程设计
（1）
刀
具
的
选
择
组别第七组
姓名姚飞学号*********
姓名高亚学号*********
姓名季学元学号*********
姓名徐成学号*********
姓名郭斌学号*********
姓名学号
题目：
用P10（YT15）车刀粗车（精车）40Cr齿轮锻坯，加工工艺系统刚性为中等，试选择刀具几何参数和切削用量。
内容：
1、画出毛坯图
2、确定加工表面
3、材料的切削加工性能分析
4、确定刀具的几何参数并画图：
几何角度、刃形、刀尖形状、刀
面型式、断屑槽、刀杆形状和尺寸
5、切削用量的选择（注：
切削速度进行计算）
6、切削液的选择
7、机床的选择及功率校核
8、切削效果评估
题目........................................................................2
第一章毛坯图.....................................................................4
第二章材料的切削加工性能分析........................5
第三章确定加工表面....................................................6
第四章确定刀具的几何参数并画图................................7
第五章切削用量的选择..................................................17
第六章切削液的选择....................................................20
第七章机床的选择及功率校核......................................21
第八章切削效果评估........................................................23
第一章毛坯图
40Cr齿轮锻坯
第二章材料的切削加工性能分析
1.锻坯的材料分析
（1）材料为40Cr合金结构钢、
（2）40cr钢材化学成分和力学性能
成分：
碳0.37—0.45%，硅0.17—0.37%，锰0.5—0.8，铬0.8～1.1%
退火硬度：
小于207HBS:
正火硬度：
小于250HBS
调质处理：
试样直径：
25mm，850度淬火加热油淬，520度回火后：
抗拉1000兆帕，屈服800兆帕，延伸9％，断面收缩45％，冲击韧性588.3千焦/平方米。
2.加工性能分析
40Cr有一定的韧性,切削时易缠刀和工件,不易断屑,在普通车床上加工采用YT15,粗加工时,刀具刃磨时前角不宜过大,适当留一些平刃（0.5mm-0.8mm）,采用低速大进给量切削加工
.
第三章加工表面
加工表面为圆柱面（如图）
第四章确定刀具的几何参数
刀具材料是P10（YT15），是T类硬质合金的突出优点是硬度高、耐热性好、高温时的硬度和抗压强度比YG类高、抗氧化性能好。
一.粗加工刀具几何参数设计
1.刀具的几何角度
（1）前角的设计
查课本表（4—5）得，根据刀具材料和工件材料的刀具的前角γ0=13°—18°
精加工的前角较大；粗加工和断续切削的前角较小；加工成形面前角应小，这是为了减小刀具的刃形误差对零件加工精度的影响。
硬质合金刀具的抗弯强度较低，前角较小
以上综述设计刀具前角γ0=15°
（2）后角的选择原则
精加工时为了减少摩擦，α0取较大值为8°—12°；粗加工时为提高刀具强度，α0取较小值为6°—8°。
加工塑性材料，较软材料时，后角取较大值；加工脆性材、硬性材料时，后角取较小值；加工易产生硬化层的材料时，后角取大值。
根据以上原则取α0=8°
（3）副后角的选择
由于副后角的选择原则与主后角基本相同。
故α0'也为8°
（4）主偏角的选择
主偏角大小优点：
减小主偏角可使刀具强度提高，散热条件好，加工表面粗造度小；主偏角小，切削宽度bD长，故单位切削刃长度上受力小。
增大主偏角，使背向力Fp减小，切削平稳；大的主偏角，切削厚度大，断屑性能好。
由上得由于粗加工更注重于增大主偏角的优点，故取κr=90º
（5）副偏角的选择
查课本表（4—7）得κr'为10°—6º取κr'=8º
（6）刃倾角的选择
一般精加工时，为防止切屑划伤已加工表面，选择λs=0—+5°；粗加工时，为提高刀具强度，选择λs=0—-5°
取λs=-5°
综上得
角
γ0
α0
α0'
κr
κr'
λs
度数
15°
8°
8°
90°
8º
-5º
正交参考系刀具角度图如下
2.刃形
选用刃口修圆（如图）
3.刀尖的形状
选用修圆刀尖（如图）
4.刀面型式
前刀面（Aγ）：
刀具上切削流过的表面。
后刀面（Aα）：
与过渡表面相对的表面。
副后刀面（Aα）：
与已加工表面相对的表面
5.断屑槽
选用折线型外倾式（如图）
查课本表（4—2）取LBn为3mm，设计外倾式角度为8º
6.刀杆形状和尺寸
二.精加工车刀几何参数设计
1.刀具几何角度设计
粗加工刀具与精加工刀具的区别：
a.粗加工刀具一般选用波浪形刀刃或者大排削槽，要刀刃接触面比较大，排削量大的刀具；精加工刀具一般选用刀刃锋利、刀具强度比较高的刀具，刃口锋利、强度高可以减少刀具让刀，减少侧面加工锥度的问题，提高精加工表面质量。
b.
（1）前角的选择：
一般粗车采取较小前角甚至负前角，目的是改善切削刃受力状况和散热条件，提高切削刃强度和抗冲击能力。
精车采用较大正前角，目的是为了减小切屑被切下时的弹塑性变形和切屑流出时与前面的摩擦阻力，从而减小切削力和切削热，提高已加工表面质量。
（2）后角的选择：
粗加工时，为保证刀具强度，应选较小后角；精加工时，为保证表面质量，应选较大后角；
（3）主偏角的选择：
粗加工时应选取较大的主偏角，以利于减少振动，提高刀具的耐用度和断屑；
（4）副偏角的选择：
精加工时的副偏角应取得小一些，以减少残留面积，减小表面粗糙度值；
（5）刃倾角的选择：
粗加工时选取负值，目的是提高散热条件和抗冲击力，精加工时取正值，提高表面质量。
根据粗加工刀具几何角度和粗加工刀具与精加工刀具的区别设计精加工几何角度如下表
角
γ0
α0
α0'
κr
κr'
λs
度数
18º
12º
12º
45º
10º
5º
正交参考系刀具角度图如下
2.刃形
选用刃口平棱（如图）
3.刀尖的形状
选用倒角刀尖（如图）
4.断屑槽
选用折线型外倾式（如图）
查课本表（4—2）取LBn为3mm，设计外倾式角度为8º
6.刀杆尺寸
第五章切削用量的选择
1:
加工尺寸要求
2：
粗加工切削用量选择
给精加工留0.3±0.08mm的厚度则粗加工要车削3.7mm,一次车削,留粗加工余量为0.7mm。
a:
粗加工进给量f取0.5mm/r
b:
粗加工背吃刀量ap=1.5mm
C:
粗加工切削速度的选择
切削速度是指切削刃上选定点相对工件主运动的瞬时速度
《金属切削原理与刀具》公式中切削速度vT=
的系数。
由于所设计的是加工材料为40Cr，而刀具材料为YT15，查课本表（3—4）得Cv=291，xv=0.15,m=0.2，yv=0.35，kMv=1，kKrv=0.81，kSv=0.8，ktv=1,。
故kv=kMv×kKrv×kSv×ktv=0.648。
取刀的寿命为120min.
将数据代入
得Vt粗=126.27m/min
转速n=
=
=609.3r/min
由于所使用的是C6136A的车床，查该机床的转速应与625r／min相近该转速，则实际转速为625r／min。
其实际切削速度：
v实=nπd／1000=625×3.14×66／1000=129.525m／min
3.精加工切削用量选择
精加工一次加工完毕，即车削用量为0.3mm
a:
精加工进给量f取0.2mm/r
b:
精加工背吃刀量ap=0.15mm
C:
精加工切削速度的选择
《金属切削原理与刀具》公式中切削速度vT=
的系数。
由于所设计的是加工材料为40Cr，而刀具材料为YT15，查课本表（3—4）得Cv=242，xv=0.15,yv=0.35,m=0.2，kMv=1，kKrv=0.81，kSv=0.8，ktv=1,。
故kv=kMv×kKrv×kSv×ktv=0.648。
刀的寿命为120min.
将数据代入
得Vt精=170.4m/min
转速n=
=
=847.93r/min
由于所使用的是C6136A的车床，查该机床的转速应与825r／min相近该转速，则实际转速为825r／min。
其实际切削速度：
v实=nπd／1000=825×3.14×66／1000=170.97m／min
第六章切削液的选择
切削液主要有四大作用：
a:
冷却b:
润滑c:
排屑和洗涤d:
防锈
乳化液是水和乳化油混合后再经搅拌，形成的乳白色液体。
乳化液主要是由矿物油或合成油（含量为50%～80%）、乳化剂、防锈剂、油性剂、极压抗磨添加剂和防腐剂等组成
此次加工选用乳化液可以满足冷却、润滑、排屑和洗涤的加工需求且乳化液配制简单。
第七章机床的选择及校核
1：
选用C6136A机床
机床主电动机功率为4KW
1.粗加工切削功率计算
查<金属切削原理与刀具》表（3-2）可查得系数：
CFc=2795，xFc=1，yFc=0.75，nFc=-0.15，KMf=
=
=1，
=0.93，
=1。
所以
=KMf×
×
=0.93
Fc粗=
=
=1117.68N
Pc粗=Fc×Vc×10-3=1117.68×129.525/60×10-3=2.4kW
2.精加工切削功率计算
查<金属切削原理与刀具》表（3-2）可查得系数：
CFc=2795，xFc=1，yFc=0.75，nFc=-0.15，KMf=
=
=1，
=0.93，
=1。
所以
=KMf×
×
=0.93
Fc精=
=
=39.44N
Pc精=Fc×Vc×10-3=39.44×170.97/60×10-3=0.112kW
3.机床功率校核
检验结果应为Pc而PC粗故机床功率校核合格。
第八章切削效果评估
1:
从散热看，粗加工刀具主偏角为90º，副偏角为8º刀头体积大自行散热性能良好，还有乳化液进行冷却，总体来说刀具在加工零件时，散热情况很好，加工中产生的热量对工件和刀具影响很小。
2：
从刀具磨损上看，工件在粗加工时背吃刀量为1.5mm，进给量也相对较小，对刀具的磨损较小，很好的延长了刀具的寿命，从而对工件加工误差影响较小。
3：
从排屑上看，刀具采用外倾式断屑槽，让断屑不会划伤已加工表面，还有乳化液可以冲掉已加工表面上的断屑，双向保护已加工表面的粗糙度。
4：
从切削功率上看，刀具切削功率相对机床主电机功率较小，机床的功率足够加工此工件。
5：
从加工零件表面粗糙度看,精加工刀具采用刃口平棱增加刀刃锋利度，降低了表面的粗糙度，断屑槽选用折线型外倾式使加工中产生的断屑不会划伤精加工表面。
精加工Rmax=f/（cotkr+cotk'r）=0.03mm较小,工件加工表面粗糙度小。
6：
从切削用量上看，粗加工背吃刀量为1.5mm较小，切削速度为625r／min适合粗加工速度,精加工背吃刀量为0.15mm为精加工正常精加工余量，切削速度为1120r／mm高速提高了表面粗糙度精度。
综上所述刀具的切削效果很好。
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