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采用可转位式车刀,其特点是避免了焊接的缺点,刀片转位更换迅速,可使用涂层刀片,生产率高,断屑稳定。
二、分析工件材料Cr的力学性能
`
硬度HBW
抗拉强度σb(MPa)
伸长率δ(%)
冲击韧度
(KJ/㎡)
热导率κ(
)
45钢
229
598
16
588
50.24
40Cr
207
980
9
590
32.6
表1材料40Cr与45钢切屑性能的比较
45号钢为优质碳素结构用钢,硬度不高易切削加工;
材料40Cr属于合金结构钢,是在碳素结构钢中加入合金元素Cr,提高了力学性能,其加工性也随之变化,强度增加,热导率降低。
因此,较同类碳钢难加工。
在切削时应选择耐磨性、耐热性高的刀具材料。
三、选择刀具的材料
根据《金属切削原理与刀具》中图2-1各类刀具材料硬度与韧性,可知硬质合金耐热性好,切削效率高,硬度和韧性适中。
所以刀具的材料应选择硬质合金钢。
图2各类刀具材料的主要物理力学性能
根据表2所示,刀具材料应选用硬质合金中的钨钛钴类。
图3常见硬质合金牌号与性能
根据表3及综上所述,刀具的材料为硬质合金钨钛钴类,牌号YT15
四、刀具的几何参数
1、前角γo的选择
(1)根据被加工材料选择
加工塑形材料、硬度较低的材料时前角大些;
加工脆性材料、硬度较高的材料时前角小些。
根据《金属切削原理与刀具》中表4-5硬质合金刀具的前角推荐值,推荐前角为13°
~18°
。
(2)根据刀具材料选择
硬质合金刀具的抗弯强度较低,前角较小。
根据《金属切削原理与刀具》中表4-5不同刀具材料加工钢时前角值,硬质合金刀具前角12°
~15°
(3)根据加工要求选择
精加工的前角较大;
粗加工和断续切削的前角较小;
加工加工形成面前角应小,这是为了能减小刀具的刀刃误差对零件加工精度的影响。
所以在精加工时,刀具的前角选为12°
粗加工时,刀具的前角选为9°
2、后角αo的选择
选择后角的原则是,在摩擦不严重的情况下,选取较小后角,具体考虑加工条件为:
(1)根据加工精度选择
精加工时为了减少摩擦,后角取较大值αo=8°
~12°
;
粗加工时为了提高刀具强度,后角取较小值αo=6°
~8°
(2)根据加工材料选择
加工塑形材料、较软材料时、后角取较大值;
加工脆性材料、硬材料时,后角取较小值;
加工易产生硬化层的材料时,后角取大值。
图4加工不同工件材料刀具后角推荐值
根据表4,精加工时,后角取6°
粗加工时,后角取8°
3、副后角αo′的选择
副后角选择原则与主后角基本相同,对于可转位刀具要求转位后的后角不变,可选取αo′=αo
4、主偏角kr的选择
减小主偏角可使刀具强度提高,散热条件好,加工表面粗糙度小。
根据《金属切削原理与刀具》中图4-19可以看出,主偏角减小能使刀具寿命延长。
增大主偏角,使背向力F减小,切削平稳;
大的主偏角,切削厚度增大,断削性能好。
5、副偏角κr′的选择
副偏角的选择原则是,在不影响摩擦和振动条件下,应选取较小的副偏角。
根据《金属切削原理与刀具》中表4-7主偏角、副偏角选用值。
在精加工时,主偏角选75°
,副偏角选10°
在粗加工时,主偏角选60°
,副偏角选12°
6、修圆刀尖rε的选择
刀尖圆弧半径对切削变形的影响:
刀尖圆弧半径越大,刀的刚度更好,也表明刀尖越钝,对加工表面挤压也越大,表面的切削变形也越大。
粗车时,切削用量大,需要车刀有大的刚度;
精车时,切削力小,所以粗车时刀尖圆弧比精车时要大。
所以粗车时,修圆刀尖rε取0.5;
精车时,修圆刀尖rε取0.3。
7、刃倾角λs的选择
(1)根据加工要求选择
一般精加工时,为防止切削划伤已加工平面,选择λs=0~+5°
粗加工时,为提高刀具强度,选择λs=0~-5°
(2)根据加工条件要求选择
加工断续表面、加工余量不均匀表面,或在其他产生冲击振动的切削条件下,通常选取负的刃倾角。
所以在精加工时,刃倾角选取-2;
在粗加工时,刃倾角选取3;
前角γo
后角αo
主偏角κr
副偏角κr′
刃倾角λs
副后角αo′
修圆刀尖rε
断屑槽宽度LBn
刀具材料
粗车
9°
8°
60°
12°
3°
0.5
3.0
硬质合金YT15
精车
6°
75°
10°
-2°
0.3
2.8
表2车刀的几何角度
八、可转位车刀片的选择
边数多的刀片,刀尖角大,耐冲击;
可利用切屑刃多,因此刀具寿命较长。
但刀尖角越大,切屑时背向力越大,越易引起振动。
但从刀具寿命考虑,在机床、工件刚度和功率允许的情况下,粗加工时应尽量选用刀尖角较大的刀片;
反之选用刀尖角较小的刀片。
刀片形状
后角
偏差等级
类型
切屑刃长度
刀片厚度
刀尖圆弧半径
粗加工
T
C
U
M
04
08
精加工
O
表3可转位车刀片的型号
粗加工时可转位车刀片的型号:
TCUM160408
精加工时可转位车刀片的型号:
TOUM160408
9、断屑槽宽度LBn
断屑槽能使断屑按预定的方式进行卷曲、流动和折断,从而实现对切屑的有效控制,。
根据《金属切削原理与刀具》中表4-2,粗车时,断屑槽宽度LBn选用3.0mm;
精车时,断屑槽宽度LBn选用2.8mm。
如下图全圆弧型采用全圆弧型。
全圆弧型全圆弧型
图5刀具的几何角度
10、刀具的平面图形
图6刀具的平面图形
五、选择切削用量
1、选择背吃刀量
工件的加工余量为1mm,粗加工时吃刀量0.7mm;
精加工时,第一次吃刀量0.2mm,第二次吃刀量0.1mm;
2、选择进给量
根据《金属切削原理与刀具》中表4-8硬质合金车刀粗车外圆时的进给量,车刀刀杆尺寸16mm×
25mm,工件直径40mm,背吃刀量≤3mm,进给量f=0.4~0.5mm/f
根据《切削手册》表1-4选择
粗车时f=0.45mm/r,精车时f=0.2mm/r
稳定的进给量尚需满足车床进给机构强度要求,故需进行检验。
3、计算切削速度
(车刀寿命选T=60min)
根据《金属切削原理与刀具》中表3-4中,可知Cv=242,Xv=0.15,Yv=0.35,m=0.2,Kmv=1,Ksv=1,Kkv=0.81,Kbv=0.97
所以,粗车时理论切削速度Vc=108.6(m/min),机床的转速n=1000Vc/πD=705(m/min),按机床说明书实际n=700(m/min)。
车床的实际切削速度v=πDn/1000=65.94(m/min)。
同理可得:
精车时理论切削速度Vc=123(m/min),机床的转速n=1000Vc/πD=883(m/min),按机床说明书实际n=850(m/min),车床的实际切削速度v=πDn/1000=80.07(m/min)。
六、机床选择
床身回转直径
400mm
刀架上回转直径
210mm
最大工件长度/最大车削长度
750/650mm;
1000/900mm;
1500/1400mm;
2000/1900mm
主轴中心至床身平面导轨距离
205mm
主轴转速范围
50Hz:
11-1600r/min
60Hz:
13.2-1920r/min
14-1580r/min
20.4-1896r/min
刀架纵/横向的快移速度
纵向:
4m/min
横向:
2m/min
主轴中心线至刀具支承距离
26mm
主电机功率
7.5KW
表4CA6140的技术参数
根据以上算出的机床转速,应选用普通卧式车床CA6140
七、机床功率检验
根据CA6140的说明书主电机的功率PE为7.5KW,机械效率η取0.8。
粗车时,切削力Fc=Kcapf
KγoFcKkrFc=983N,机床的切削功率Pc=FcVc/(60×
10³
)=1.08KW;
精车时,切削力Fc=Kcapf
KγoFc*KkrFc=176N,机床的切削功率Pc=FcVc/(60×
)=0.23KW,根据公式Pc<
PEη电动机,故切削用量符合机床功率。
八、刀具的实际寿命
由上可知刀具在粗加工和精加工时的切屑速度、背吃刀量和进给量,根据《金属切屑刀具设计手册》在相应条件下可查出:
=0.75,
=2.5,
=1。
根据以下公式可得:
粗车时
=
=35min
精车时
=48min
九、校核工件的刚度
根据工件的尺寸可知,工件属于细长轴。
在加工的过程中由于工件受到刀具的垂直向下切屑力Fc,工件在垂直方向发生形变(如下图所示),导致影响到工件圆柱度形位误差。
工件在切削力的作用下的变形,工件的最大挠度f=-
I=
通过查找机械设计手册,材料40Cr的弹性模量E=211Gpa;
有题目可知,L=150mm,d=30mm。
图七工件的挠度示意图
粗车时工件的最大挠度f=-0.0082mm
精车时工件的最大挠度f=-0.0014mm
所以在粗车和精车时,工件的最大挠度f都小于圆柱度公差0.02。
参考文献
陆剑中.金属切削原理与刀具[M].北京:
机械工业出版社,2011.
艾兴、肖诗纲.切削用量简明手册[M].3版.北京:
机械工业出版社,1990
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吴岳坤《金属切削原理》北京:
机械工业出版社
刘守勇《机械制造工艺与机床夹具》北京:
黄健求《机械制造技术基础》.北京:
机械工业出版社,2008:
26-35
曹元俊、郭溪铭《金属加工常识》北京:
高等教育出版社,2007:
54-84.[3].
郑修本.《机械制造工艺学》北京:
静恩鹤.《车削刀具技术及应用实例》[M].北京:
化学工业出版社
丁仁亮.《金属材料及热处理》北京:
机械工业出版社.
李益民《.机械制造工业设计简明手册》[M].郑州:
河南人民出版社
盛晓敏、邓朝晖.《先进制造技术》机械工业出版社
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