45度外圆车刀刃磨位姿及刃磨参数研究毕业设计.doc
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1、45度外圆车刀刃磨位姿及刃磨参数研究e(e)指导老师:e摘要车削加工是金属切削加工中最重要的工序之一,在机械制造业中占重要地位。车刀刀刃的质量对加工工件的质量有着很大的影响。然而手工刃磨车刀的难度很大,需要专门的知识和多年的经验。本文主要阐述了车刀的种类及其分类方法;建立了常用车刀的三维零件模型;并确定了车刀刃磨的参数;对车刀角度及车刀角度对切削加工的影响作了研究和分析;详细阐述了刀具各个角度及刀面的刃磨方法;研究车刀不同位姿,通过坐标变换的方法,建立其数学模型并采用相应的砂轮和夹具,以实现对车刀的刃磨。关键词车刀角度 刃磨参数 三维建模 数学模型 45External Turning Too
2、l Grinding Position and Grinding Parameters Examinatione(ee)Tutor:eeAbstract:Turning is one of the most important technology in metal cutting anufacturing and plays an important role in machine manufacturing industry. The quality of the work piece depends on the quality of the edge of a cutting tool
3、. But it is difficult to grind tool by hand, which needs special technology and many years experience.This paper mainly expounds the commonly used tools such as tool type and classification method; Established three-dimensional parts model cutting tool; The cutting tool to determine the parameters;
4、On turning Angle and turning Angle to cutting the influence of the research and analysis; Explains in detail the method of each Angle cutting tools; Research tool, establish its position and pose different mathematical model and Using the corresponding wheel and clamping apparatus,Sharpening of turn
5、ing tools.Key words:Lathe tool Turning Angle Three-dimensional modeling Mathematical model目 录引 言11.车刀刃磨参数研究21.1车刀的基础知识21.1.2车刀的基本角度和主要作用31.2常用车刀的种类和用途51.2.1普通车刀的结构分类51.2.2普通车刀的用途分类71.3车刀角度对切削刃的影响81.3.1前角的功用及选择81.3.2后角功用及选择91.3.3主偏角的功用及选择101.3.4副偏角的功用及选择111.3.5刃倾角的功用及选择111.4常用的车刀材料121.5车刀常见的刃磨方法131.6
6、车刀的刃磨参数总结及优化161.6.1外圆车刀几何参数的参考值161.7车刀的角度、切削刃数学模型191.7.1刀具角度的矢量表达式191.8刀具角度的计算251.8.1任意剖面前后角计算251.8.2主、法剖面角度的换算272.基于Pro/Engineer的车刀三维建模282.1车刀的三维建模简介282.2车刀的建模分析282.3车刀的建模过程293.车刀刀面方程建立383.1建立坐标系383.1.1车刀坐标系383.2 建立刀面方程383.2.1主后刀面方程393.2.2副后刀面方程式393.2.3前刀面方程393.3车刀刃磨原理403.3.1刃磨装置的数学模型403.3.2坐标变换的初步
7、知识413.3.3刃磨总体方案443.3.4车刀的位姿调整474.砂轮、刀杆形状、夹持模块的选择534.1砂轮的选取534.2车刀刀杆截面形式与尺寸的选择564.3车刀夹持模块574.3.1 车刀的定位584.3.2 车刀的夹紧58致 谢60参考文献61引 言在机械加工中,金属切削刀具的几何参数的合理选择及高质量的刃磨直接影响到机械加工的质量、刀具耐用度、生产效率和加工成本。因此机械加工中,正确的选择刀具角度以及如何获得所选角度的大小,尤其显得重要。俗话说:“三分工艺,七分刀具”,这充分说明了刀具和车刀刃磨技术在机械加工中的突出地位。一把好的刀具切削性能的好坏主要取决于制造刀具的材料、刀具的结
8、构、刀具切削部分的几何参数。其中刀具材料固然重要,但当刀具材料和刀具结构确定之后,刀具切削部分的集合参数对切削性能的影响就成为十分重要的因素,如何刃磨这些参数使其达到加工中的要求,是一项非常重要的工作。例如:在数控加工中,由于刀头结构和刀具切削部分形状选择不合理,本来用一把刀具可以完成所有面的加工,且需要多把刀具来完成,造成加工效率低下,也没有完全发挥数控加工的优越性,在生产实践中,这类现象很多。刀具在整个加工制造成本中,看似只占很小的比例。但在整个加工效率方面,恰恰是刀具起举足轻重的作用。随着对加工精度的提高,对刀具的要求也更高,相对刀具的成本也在增加,所以刀具的重新修磨就显得尤为重要!以往
9、的刀具刃磨仅仅只限于人工在砂轮上修磨,或者由刀具厂家回收修磨,这些方式就谈不上效率可言了。现在,加工中心的技术工人们,不可能在工作初期,用大量的时间来修磨刀具。刀具的精度、使用寿命和刀具结构越来越成为影响加工能力和生产效率的关键因素,昂贵的刀具成为生产成本的重要组成部分。因此,用于刀具修磨的刃磨机行业就越来越受到加工制造业的认可。在实际加工中,要保证加工出合格的产品,首先必须根据加工的实际情况,合理选择刀具的材料、刀具的几何参数等,然后按照具体要求来获得刀具合理的几何参数,对于焊接车刀而言,这些几何参数往往要经过刃磨达到要求。因而,对于刀具刃磨位姿和刃磨参数的研究就显得非常重要。本次毕业设计就
10、以45度外圆车刀为例对刀具刃磨位姿及参数进行详细探讨。研究在不同的切削条件下,刀具几何角度对切削加工的影响以及刀具刃磨参数的合理选择以及位姿的调整。详细阐述了刀具各个角度的刃磨方法,并建立刀具的数学模型。1.车刀刃磨参数研究1.1车刀的基础知识 1.1.1车刀的组成车刀是由刀头(或刀片)和刀柄两大部分组成。刀头部分担负切削工作,所以又称切削部分。刀柄用来夹持车刀。 车刀的刀头由以下部分组成: (1)前刀面:又称为前面,是指切削工件时,切屑流经的刀面。 (2)后刀面:又称为后面,是指切削工件时与工件上加工表面相对的刀面。 (3)副后刀面:又称为副后面,是指切削工件时与工件上已加工表面相对的刀面。
11、 (4)主切削刃:又称为主刀刃,是指前刀面和后刀面的交线,切削工件时担任主要切除金属层的工作。 (5)副切削刃:又称为副刀刃,是指前刀面和副后刀面的交线,配合主切削刃完成切削工作,也担任很少一部分切削工作。 (6)刀尖:是指主切削刃与副切削刃的交点。为了提高刀尖强度,很多刀具都在刀尖处磨出圆弧型或直线型过渡刃。圆弧过渡刃又称刀尖圆弧。一般硬质合金车刀的刀尖圆弧半径 =0.51mm。 图1.1车刀的切削部分2.传动方案设计及电动机计算2.1传动方案设计2.1.1拟定传动方案带式输送机的主传动方案根据使用要求图2.1 传动方案1简图二级展开式圆柱齿轮减速器优点:结构紧凑,传递转矩大,传动精确,传动
12、比范围大等。缺点:价格较贵,维修成本高,无过1装配简图载保护。方案2:V带-单级直齿圆柱齿轮减速器传动,传动方案简图如图2.2所示:图2.2 传动方案2简图 V带-单级直齿圆柱齿轮减速器优点:价格便宜,维修相对简单,可以传递较大转矩,在过载时可通过V带与带轮之间的滑动来防止烧坏电动机等。缺点:安装尺寸大,传动不够平稳。 方案3:V带-单级圆柱斜齿减速器传动,传动方案简图如图2.3所示:图2.3 传动方案3简图 V带-单级斜齿圆柱齿轮减速器优点:价格便宜,传动平稳,维修相对简单,可传递较大转矩,在过载时可通过V带与带轮之间wewadfasf2.2.1电动机类型的选择 根据用途及工作条件选择Y系列
13、三相异步电动机。2.2.2电动机参数的计算输送带所需功率为 查机械设计课程设计手册第3版,吴宗泽,罗圣国主编,表1-7和1-8得到机械传动和摩擦副的效率概略值:带wewadfasf第3版,吴宗泽,罗圣国主编,表12-1所示的电动机技术数据选取电动机的额定功率为4 kw。2.2.3确定电动机的转速 (1)卷筒轴的转速为 单级圆柱斜齿减速器传动比=4,V带传动比=2.2.5传动装置运动,动力参数计算 (1)各轴转速 电动机轴1: 高速轴2: 低速轴33.主传动件的设计计算33.1.3验算带速 因为带速,故带速合适。所以大带轮的基准屏蔽 查表8-8大带轮屏蔽圆整为400。3.1.4确定V带中心距a和
14、基准长度 (1)根据式8-20 初定中心距。 (2)计算带所需的基准长度 由表8-2选带的基准长度,带长修正系数。 (3)计算实际中心距a 中心距的变化范围为358.41024mm。 (4)验算小带轮上的包角 3.1.5计算带的根数 (1)计算单根V带的额定功率由和,查表8-4a得。根据,和A型带,查表8-4b得。查表8-5得,查表8-2得,于是 (2)计算V带的根数 取Z为4。 (3)计算单根V带的初拉力的最小值。查表8-3得A型带单位长度质量。 (4)计算压轴力 压轴力的最小值为 3.2齿轮的设计计算3.2.1选择齿轮类型,精度等级,材料及齿数 选用斜齿圆柱齿轮传动,带式输送机为一般工作机
15、器,速度不高,故选用7级精度(GB10095-88)。由表10-1选择小齿轮材料为40(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度之差为40HBS。选小齿轮齿数,大齿轮齿数。初选螺旋角。3.2.2按齿面接触强度设计 由设计计算公式(10-21)进行试算,即 (1)试选。(2)由图10-30选取区域系数。(3)小齿轮传递的转矩。(4)由表10-7选取齿宽系数。(5)由表10-6查的材料的弹性影响系数(6)由表10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限;大齿轮的接触疲劳强度极限。(7)由图10-26查得,则。(8)由式10-13计算应力循环次数
16、。 (9)由图10-19取接触疲劳寿命系数,。(10)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%,安全系数S=1,由式10-12得 (11)计算许用接触应力 3.2.3计算 (1)计算小齿轮分度圆屏蔽,由计算公式得 (2)计算圆周速度 (3)计算齿宽b及模数 (4)计算纵向重合度。 (5)计算载荷系数K。已知使用系数,根据,7级精度,由图10-8查得动载荷系数;由表10-4查得;由图10-13查得;(6)由表10-13查得,故载荷系数 (7)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆屏蔽,由式10-10a得 (8)计算模数。 3.2.4按齿根弯曲强度设计 (1)计算载荷系数 (2)根据纵向重合度,由图10
17、-28查得螺旋角影响系数。 (3)计算当量齿数 (4)查取齿形系数 由表10-5查得,。 (5)查取应力校正系数 由表10-5查得,。 (6)由图10-20C查得大小齿轮的弯曲疲劳强度极限,小齿轮,大齿轮。 (7)由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数,。 (8)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式10-12得 (9)计算大小齿轮的并加以比较 小齿轮 大齿轮 大齿轮数值大。 (10)设计计算 对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,取,已可满足弯曲强度。但是为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度算得分度圆屏蔽来计算应有的齿数。于是由
18、 取,则。3.2.5几何尺寸计算 (1)计算中心距 将中心距圆整为147。 (2)按圆整后的中心距修正螺旋角 因值改变不多,故参数,等不必修正。 (3)其他主要几何尺寸计算 圆整后取,。 齿顶圆屏蔽: 齿根圆屏蔽: 3.3轴的设计计算3.3.1 高速轴的设计与计算 (1)高速轴计算已知参数值 高速轴传递的功率,转速,小齿轮分度圆屏蔽,齿轮宽度,轴2的转矩为。轴上的作用力 圆周力 径向力 轴向力轴向力的方向可用左手法则确定,即用左手握住轴线,并使四指的方向顺着轮的哈哈方向,此时拇指的指向即为该力的方向。 (2)选择轴的材料 因传递的功率不大,并对重量及结构尺寸无特殊要求,故选用常用材料45钢,调
19、质处理。 (3)估算轴的最小轴径 根据表15-3,取,则 最小轴径与带轮连接,有一个键槽,轴径应该增加3%到5%,轴端最细处的屏蔽 3.3.2 高速轴结构设计 轴的结构草图如图3.1所示图3.1 高速轴草图(1) 该减速器发热小,轴较短,故轴承采用两端固定的方式,按轴上零件的安装顺序,从最细处开始设计。(2) 轴段1上安装带轮,此段设计应该与带轮设计同步进行,初定轴段1的屏蔽,带轮轮毂宽度为()=,取带轮轮毂宽度为45mm,则轴段1的长度应略小于毂孔的宽度,取。(3) 密封圈与轴段2的设计,确定轴段2时,应同时考虑带轮的轴向固定及密封圈尺寸。带轮用轴肩某某,轴肩高,轴径,最终由密封圈决定,查表
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