1、焊接内孔车刀的设计 1 湖南工业职业技术学院 论文题目 ： 焊接内孔车刀的设计 系 部 ： 专 业 ： 姓 名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 德州职业技术学院毕业设计论文 2 摘要 刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。广义的切削工具既包括刀具，还包括磨具。 车孔是常用的加工方法，精度等级可达 IT7 IT8，表面粗糙度 aR 6.3 0.8m。刀具的分类有多种，如车刀、刨刀、镗刀、铣刀、拉刀、铰刀等。车孔刀的种类很多，按孔的结构，可分为通孔车刀和盲孔车刀； 焊接内孔车刀 是孔加工中不可缺少的重要刀具，在实际生产中得到广泛应用 。 数控刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为： 整
2、体式； 镶嵌式 ，采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分为不转位和可转位两种； 特殊型式，如复合式刀具，减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为： 高速钢刀具； 硬质合金刀具； 金刚石 结合各方面的因素如：刀头的设计、刀杆的设计与计算及刀杆、刀片材料的选择等使所设计的焊接内孔车刀达到设计要求，保证其所加工的零件达到精度要求，并提高刀具的加工效率是本次设计的主要内容。车内孔时为达到精度要求应用两把车刀：粗车刀和精车刀。通过设计这两把刀来达到所车孔的要求。 关键词 ： 刀头材料 刀头角度 刀杆长度 焊接内孔车刀的设计 3 目录 绪论 3 第一章 焊接内孔车刀的整体布局 6 1.1 概述 . 6 1.
3、2 零件图分析 . 6 1.3 刀头的设计 . 8 1.3.1 刀头的结构 . 8 1.3.2 刀头的角度调整 . 9 1.4 刀杆的设计与计算 . 9 1.4.1 刀杆的设计 . 9 1.4.2 刀杆的计算 . 10 第二章 刀具的材料与安装 . 13 2.1 刀具材料 . 13 2.1.1 刀具材料应具备的性能 . 13 2.1.2 常用的刀具材料 . 14 2.2 刀片的选择 . 17 2.2.1 刀片形状 . 17 2.2.2 刀具几何角度 . 18 2.3 刀具的安装与夹紧 . 20 2.4 刀具使用时的注意事项 . 21 结论 23 参考文献 24 致谢 25 绪论 刀具是切削加工
4、中不可缺少的重要工具，无论是普通机床，还是先进的数控机床 (NC)、加工中心 (MC)和柔性制造系统 (FMC)，都必须依靠刀具才能完成切削加工。刀具的发展对提高生产率和加工质量具有直接影响。刀具材料、刀具结构德州职业技术学院毕业设计论文 4 和几何形状是决定刀具切削性能的三要素，其中刀具材料 的性能起着关键性作用。 刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。广义的切削工具既包括刀具，还包括磨具。绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料，所以“刀具”一词一般就理解为金属切削刀具。刀具的装夹部分有带孔和带柄两类。带孔刀具依靠内孔套装在机床的主
5、轴或心轴上，借助轴向键或端面键传递扭转力矩，如圆柱形铣刀、套式面铣刀等。带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。圆锥柄靠锥度承受轴向推力，并借助摩擦力传递扭矩；圆柱柄一般适用于较小的麻花钻、立铣刀等刀具，切 削时借助夹紧时所产生的摩擦力传递扭转力矩。很多带柄的刀具的柄部用低合金钢制成，而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成。 刀具的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如车刀、刨刀、镗刀和铣刀等；有的刀具的工作部分则包含切削部分和校准部分，如钻头、扩孔钻、铰刀、内表面拉刀和丝锥等。切削
6、部分的作用是用刀刃切除切屑，校准部分的作用是修光已切削的加工表面和引导刀具。而刀具在加工过程中必然是对高速旋转的工件，它是否 能保持平衡就显得十分重要。高速加工的使用者要求经过动平衡的切削刀具，以便减少调整刀具平衡的时间，延长刀具使用寿命，改进被加工零件的精度以及增加主轴轴承的寿命。 车孔刀的种类很多，按孔的结构，可分为通孔车刀和盲孔车刀；按刀具切削部分的材料，可分高速钢和硬质合金内孔车刀；按刀的结构，可分焊接式、整体式、装配式、可转位式。车孔刀刚性差，切削时易产生振动，所以车孔刀的主偏角 r 选得较大，以减少径向力，车铸铁孔或精镗时一般取 r =90；而 粗车钢件孔时，取r =60 75，以
7、提高刀具的寿命。调整刀头麻烦，效率低，并对操作工人的技术要求较高，只能用于单件小批生产。但结构简单，制造方便，通用性广，车孔刀适用于孔的粗、精加工。车孔是常用的加工方法，精度等级可达 IT7 IT8，表面粗糙度 aR 6.3 0.8 m。通孔车刀切削部分的几何形状基本上与外圆车刀相似（图 3-14a）。为了减小径向切削抗力并防止车孔时振动，主偏角 r 应取得大些，一般在 60 75之间，副偏角 r 一般为 15 30。为了防止内孔车刀焊接内孔车刀的设计 5 后刀面和孔壁的摩擦且又不使后角磨的太大，一般内孔车刀磨成两个后角 1oa 和2oa （图 3-14c），其中 1oa 为 6 12， 2o
8、a 约为 30。 1.粗车孔 时启动车床，加注充分的切削液，车削基本上与车外圆相同，只是进刀和退刀的方向相反。在粗车时 要进行试车削，其横向进给量为径向余量的 1/2。车孔余量为 5mm，分两次进给。分别取背吃刀量约为 2mm、 1mm，切削速度约为30m/min(n=400r/min)，进给量约为 0.4mm/r。当车刀纵向切削至 2mm 左右时，纵向快速退刀（横向不动），然后停止车床进行测量。 2.精车孔 背吃刀量约为 0.2mm，切削速度约为 60m/min(n=710r/min),进给量约为0.1mm/r，其余加工同粗车。若孔的尺寸不到位，则需微量横向进刀后再次测量，直至车出整个内孔表
9、面。 我国机械刀具的发展现状不容乐观，尤其在数控刀 具方面我国与世界差距很大。早期出厂的某些加工中心，由于刀库、机械手等质量问题影响主机使用，主轴轴承及转台的精度达不到用户要求。据大连、沈阳多家用户反映，国产数控机床的主要故障大多出在功能部件上，它是影响国产数控机床使用的主要根源。从国产数控机床的开发和使用来看，功能部件急需技术攻关并实现产业化。 随着数控机床向高速、高精、智能、复合、环保方面发展，对数控刀具提出了 “ 高精度、高效率、高可靠性和专门化 ” 的新要求。在调研中，用户对国产数控刀具滞后现象反映相当强烈。国产数控刀具在寿命、可靠性等方面差距明显 ，无论在品种、性能和质量上都远远不能
10、满足用户要求。由于国产刀具品种少、寿命低，严重影响数控机床效率的发挥。调研企业进口的数控机床，配用大量进口数控刀具，由于价格昂贵，用户不堪负担。据反映，汽车发动机制造业、航空设备制造企业等大量进口数控刀具。据不完全统计，沈阳 5家企业年进口数控刀具5千多万元。 近年来，国外切削刀具材料发展迅速，尤其是随着涂层技术的不断发展，金属切除率一直呈直线上升，制造业的生产效率大大提高。切削刀具材料正逐渐向高效加工、硬加工、干式加工、超精密加工和新型难加工材料加工的方向发展 。纵观国外驰名的刀具品牌 ,它们都有一些共同特征 ,即质量超群、品种齐全、应用德州职业技术学院毕业设计论文 6 领先。 厂家自制刀具
11、多采用高温铜焊，焊接温度高，合金刀头应力大，裂纹情况居多。加工时容易产生崩刃，裂纹等破损情况，据统计比例占到 50%以上。我们采用了高频低温焊接的工艺，有效的避免了以上情况，焊接裂纹的比例不到 2%。 第一章 焊接内孔车刀的整体布局 1.1 概述 车刀是金属切削加工中应用最广的一种刀具。它可以在车床上加工外圆、端平面、螺纹、内孔，也可用于切槽和切断等。车刀在 结构上可分为整体车刀、焊接焊接内孔车刀的设计 7 装配式车刀和机械夹固刀片的车刀。机械夹固刀片的车刀又可分为机床车刀和可转位车刀。机械夹固车刀的切削性能稳定，工人不必磨刀，所以在现代生产中应用越来越多 。 孔加工刀具一般可分为两大类：一类
12、是从实体材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花钻、中心钻和深孔钻等；另一类是对工件上已有孔进行再加工的刀具，常用的有扩孔钻、铰刀及镗刀等。例如，下图示标准高速钢麻花钻的结构。工作部分（刀体）的前端为切削部分，承担主要的切削工作，后端为导向部分，起引导钻头的作用，也是切削部分的后备部分。 内孔车刀可 做成整体式；为节省刀具材料和增加刀柄强度，也可把高速钢或硬质合金做成较小的刀头，安装在碳钢或合金钢制成的刀柄前端的方孔中，上面用螺钉固定。 1.2 零件图分析 技术要求 材料： 45 钢锻件 图 1 1 轴承套零件图 图 1-1为较为复杂的轴承套零件图，此轴类零件有阶台、 内孔、内孔槽组成，在这里我主要
13、设计的是内孔的粗、精车，图中的外圆阶台可用 90 度外圆刀进行粗精车削，内孔就用所设计的焊接内孔车刀车削，对于图中所要车削的内孔可分为两个过程：粗车孔和精车孔。用粗车刀和精车刀分别车削，在设计粗精车内孔刀时可通过改变刀头主偏角以及副偏角和切削刃的角度来设计精车刀， 焊接内孔车刀是由刀头和刀杆组成。 刀头，它是刀具的切削部分。我所设计的焊接内孔车刀是 CA6140 车床上使用的，其刀杆又叫做刀柄，前半部分为圆柱型，后半部分为方柄。可设计刀头不同的角度，以达到加工的目的。焊接内孔车刀的德州职业技术学院毕业设计论文 8 整体图 为： 1.3 刀头的设计 1.3.1 刀头的结构 通孔车刀刀头，标注角度
14、符号。 解：根据要求，绘制刀具如 图 3-17所示 。 图 3-17 通孔车刀 1.画出进给运动方向，画刀具在基面中的投影，取主偏角为 75，以明确表明后刀面与副后刀面，主切削刃与副切削刃的位置，标注主、副偏角。 焊接内孔车刀的设计 9 2.画出主剖面、副剖面。标注主、副后角；前角。 3.画出切削平面（向视图）中的投影，注意放置位置。标注刃倾角。 4.标注相应角度数值（此处用符号表示），如 图 3-17所示。 1.3.2 刀头的角 度调整 通孔车刀切削部分的几何形状基本上与外圆车刀相似。为了减小径向切削力并防止车孔时振动，主偏角 r 应取得大些，一般在 60 75之间，副偏角 r 一般为 15
15、 30。为了防止内孔车刀后刀面和孔壁的摩擦且又不使后角磨的太大，一般内孔车刀磨成两个后角 1oa 和 2oa ，其中 1oa 为 6 12， 2oa 约为 30。 1.4 刀杆的设计与计算 刀具都是由切削部分和刀体两部分组成，前者用来直接参加切削工作，后者用来将刀具正确夹持在机床上 焊接内孔车刀刀具的选择，主要的问题是刀杆的刚性，我所要做的内孔的粗精车是再钻的通孔的条件下车削的，刀杆系统刚性随孔的深径比增加而呈三次 方递减，通常焊接内孔车刀刀杆系统刚性比车削和铣削条件低得多。为了保证孔 加工精度、改善排屑条件，刀刃结构、刀杆直径和刀杆强度必须给予合理匹配。 车刀外形尺寸包括刀杆高度（ H ）、
16、宽度（ B）及长度 L 。 刀杆的截 面一般为矩形、刀杆高度尺寸受到限制时，为使刀杆具有较高的强度可采用正方形。镗刀杆的工作部分可选用圆截面。刀杆高度尺寸一般受机床刀架高度限制，可按机床中心高度选择。 表 1 1 不同机床中心高允许的刀杆截面 刀杆截面 机 床 中 心 高 (m m) 150 180 200 260 300 350 400 矩形 12 20 16 25 20 30 20 30 25 40 方形 16 20 25 25 30 德州职业技术学院毕业设计论文 10 1.4.1 刀杆的设计 表 1-2 焊接内孔车刀的装夹方式及用途 装夹方式 用途 用于车通孔 用于车阶梯孔 用于车盲孔
17、表 1 2 根据切削断面选取刀杆截面 刀杆尺寸 刀 片 材 料 矩 形 方 形 硬 质 合 金 高 速 钢 切削断面 切削深度 切削断面 切削深度 10 16 12 1.5 3 12 20 16 2.5 4 16 25 20 4 6 4 5 20 30 25 8 10 6 6 25 40 30 18 13 9 7 30 45 40 25 18 16 8 40 60 50 40 25 25 12 刀杆工作部分一般做圆形，装夹部分一般为长方体，刀杆截面形状为矩形，刀杆高度按机床中心高选择。 我所设计的焊接内孔车刀，用于车通孔，结合刀杆的装夹方式和刀杆截面我选择了车通孔、刀杆尺寸为 20 30的矩形。
