机械加工方案

芜湖职业技术学院机械加工方案专业：机械设计与制造班级：机制56学号：120101613姓名：目录工作任务书····························3一、确定刀具的类型························4二、分析工件材料Cr的力学性能··················4三、选择刀具的材料························4四、刀具的几何参数························5五、选择切削用量·························8六、机床选择···························9七、机床功率检验·························10八、刀具的实际寿命························10九、校核工件的刚度························10参考文献·····························12工作任务书题目：加工如下零件（外圆部分），材料40Cr，毛坯为出厂Φ30圆钢，单件生产。试确定加工方案。图1工件零件图技术要求：1、表面无接痕；2、表面硬化程度不超过20%；3、表面残余应力和微裂纹工作步骤：1、选择（设计）刀具2、确定切削用量3、机床选择和功率校核4、确定刀具更换周期加工方案一、确定刀具的类型采用可转位式车刀，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ak（KJ/㎡）热导率κ(mKW)45钢2295981658850.2440Cr207980959032.6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′=αo4、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°8°0.53.0硬质合金YT15精车12°6°75°10°-2°6°0.32.8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TCUM160408精加工TOUM160408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：TOUM1604089、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/min60Hz:13.2-1920r/min50Hz:14-1580r/min60Hz: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=KcapfKγoFcKkrFc=983N，机床的切削功率Pc=FcVc/（60×10³）=1.08KW；精车时，切削力Fc=KcapfKγoFc*KkrFc=176N，机床的切削功率Pc=FcVc/（60×10³）=0.23KW，根据公式PcPEη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：xT=0.75，yT=2.5，kT=1。根据以下公式可得:粗车时Tm=KfavCTpcTyxTT=35min精车时Tm=KfavCTpcTyxTT=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=-EIFl483,I=64d4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，1990CA6140车床说明书(机械).沈阳第一机床厂吴岳坤《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：机械工业出版社黄健求《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：机械工业出版社静恩鹤.《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