大学本科毕业论文机械工程设计与自动化专业如何选用车刀架及其原理.docx

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1、如何选用车刀架及其原理：(1) .切削角(CUttingedgeang1e)：切刃与工件接触线所成之角，亦称导角。：尽可能运用大切削角，以延伸刀片寿命。选用大导角切削之优缺陷：优点：i切削时，切削之宽度较宽，而较薄之切屑亦使切刃单位受力减少，可大幅进步进刀速率。不必怕因超负荷，而致切刃损坏。ii散热效果优，切刃不易磨损，进步刀片寿命。iii圆鼻半径处，不易损坏，以0之导角切削时，因所以切削负荷，皆由刀鼻承受，故容易损坏。缺陷：i工件有直角之轴肩时，无法运用。ii推送力方向会产生变化，导角为0时，推送力既无切削力，若导角大于00时，推送力会分成两分力，既切削力与径向力，径向力对于震动会产生很大之

2、影响。震动是因变形而产生之变形量又随径向力之添加而添加，故径向力添加，震动亦随之添加。反之，切削力因作用于轴向，故对震动影响最小，几乎无影响。注：通常工件无尾座支撑时，若长度比直径大4倍以上，或者有尾座支撑，但长度比直径大8倍以上时，最易发生震动景象，此时如运用大导角刀具，需多加考虑。(2) .斜面角(ROkeang1e)：由边斜面角，背斜面角及导角所构成，有正，负之分。 .选用负斜面角之利弊：i切削时，切屑推向工件表面，容易伤及工件表面，大都用于粗加工，目前因断屑槽发展多样化,已渐渐改善此成绩。ii强度佳，不易断裂，当机器有足够马力时，可切削高强度合金钢。Hi可作断续及重力切削。iv切削阻力

3、大，机器需求有较大之马力。V降低成本，可用之切刃比正斜面角刀片，多一倍。 .选用正斜面角之利弊：i切削时，使切屑容易离开工件，获得光滑表面。ii断屑槽变化少，不易断屑，适用于软钢及非金属。iii切削阻力小，但刀尖易破损。刀柄之选择： .功用：i提供刀片之刀刃缘接触刀工件之中心线，并产生正确之斜面角与逃角(C1earanceang1e)ii提供刀刃缘足够之支持力，使切削阻力所产生之变形，减至最低 .运用方法：i普通外径加工所产生之刀具变形，几等于零，故不予细论。ii刀具变形与搪刀架之直径的四次方根成反比，如搪刀直径增为原来两倍，则其变形量只为原来之1/16。Hi在运用搪刀时，应就所加工之尺寸，选

4、用最大之搪刀柄，但要维持工件内径之间隙及切屑扫除之来路。在此建议，搪刀架与工件内径之间隙，每边在4mm以上，但如要用4mm以下之间隙时，可能只要下列状况才会成功。A.贯穿孔加工B.加工深度2XD以内C.断屑效果佳D.运用冷却液,肃清切屑E加工短屑材质F.运用没有C1ampSet之搪刀架,亦即P形锁固.iv减少悬空长度，刀具变形量与悬空长度之三次方根成反比，如悬空长度减为原来之一半,则变形量减为原来之1/8.悬空之长度,亦影响震动,表面粗糙度及尺寸之控制.V刀柄材质之选择：刀柄之材质也关系到刀具变形量，虽没像刀柄尺寸或悬空长度影响那么大,但若以碳化伺刀柄取代钢质刀柄，则可减少变形量63%.Vi刀

5、柄材质与伸长量:A钢质刀柄-4XD以内，三倍以内效果最好B高速钢柄f6XD以内,4.5倍以内效果最好C碳化鸨柄-8XD以内，六倍以内效果最好 .锁固方式：i.C型一压板固定式,正斜面角切削,切削阻力小,适用于无孔之刀片.ii. P型一是利用杠杆作用,将刀片内拉而固定之,锁固简单,定位精度佳,惟零件更换费事,另需留意刀片磨耗后,能否依然紧密锁固.iii. M型以公平方式,用固定螺丝将刀片内拉而固定之，并以压板压制刀片,防止刀片翘起,其综合了C型及P型之锁固方式,亦汲取其精华,促成其耐冲击,耐重力切削之固锁方式,惟操作上较费事,需用两根不同之扳手操作,但零件交换容易.iv. E型一是利用一公平杆,

6、依逆时针方向,将刀片锁定，设计简单,操作容易，减少刀片更换工夫,适用于轻/中切削，是小型车床之最佳帮手.V.W型一强力型锁固，是利用一固定销加一压板,将刀片往外推而固锁，耐冲击及重力切削，惟刀片定位精度稍差，零件费用稍高，零件更换费事.vi.S型一是一零件最少之锁固方式,利用单一螺丝配合螺丝头之斜度，以公平方式,将刀片往内拉而固锁,普通用于小柄径之内/外径刀.注:为防止固定螺丝受力太大而磨损或不易开启，请在螺丝部位及与刀片接触之部位,抹上二硫化铝油脂，以降低摩擦,而使刀片能随便卸卜.,进而节省刀具附件之耗费.设定切削深度及进给速率：Q（切除率）=V（切削速度）XF（进给速率）XD（切削深度）由

7、上式中得出，切削速度,进给速率,切削深度,无论那一项添加和减少,都将影响切除速度的增减,亦会对刀片寿命产生影响,而其中之拿捏,端视操作上之要求，由操作者依需求,而做一适当调整.假设切削深度设定在10倍于进给速率时：i.将切削深度添加50%时,则刀片寿命将减少约15%ii .将进给速率添加50%时,则刀片寿命将减少约60%iii .将切削速度添加50%时,则刀片寿命将减少约90%iv.由于切削速度影响刀片寿命甚巨，故而在建立工作条件时，应谨慎处理,尽量进步切削深度及进给速率,来减少工时.选择最大切削深度及进给率有以下之限制：i.工件表面粗糙度,光滑,精度.ii .刀片抵挡切削阻力之才能.iii

8、.工件,刀具夹持之状况.iv.加工欲流量.简易设定切削深度及进给速率之方法：i.以刀片边长的1/2为最大切削深度.ii.以刀尖圆鼻半径的2/3为最大进给速率.切削速度所遭到的限制：i.刀片寿命.ii .机台之最高转速,马力,波动性.iii .下列状况必须降低切削速度，（降低之百分比,是以正常切削为基准,是一经验值）A.工件长度大于4倍直径时（未加顶心）B.车内孔,切槽,切断,约降为60%（以外径加工为准）C.锻件毛坯,不利夹持时,约降为6080%D.铸件毛坯,不利夹持时，约降为6070%E.断续切削，约降为6070%F.热处理后加工:HRC43以上,约降为3040%:HRC52以上,约降为10

9、30%切除率（Q）所遭到之限制：i.切削加工之安全性,工件精度,刀片磨耗.ii.普通切削条件参考：A.重切削*D=512mmF=O.4-0.8V=90150B.中切削一D=26mmF=O.50.5V=150-200C.精切削fD=O.30.5mmF=O.05-0.3V=180-250防止振刀产生之对策振刀之产生:切削之际,刀具与被削材间产生绝对振动,于工件表面产生周期性的振纹而谓之.原因:切削中所产生的振动若与刀具或机械等原有之振动频率结合分歧时，则成为激烈振动,此时便有振刀产生.对策：1.进步或减少切削进给量实验之.2 .减少切削量（M级刀片时,MINO.2M.M以上）3 .刀柄伸出量于可能

10、范围内尽量减少.4 .刀尖高度对准工件中心线.5 .降低切削速度（亦可视情形进步）6 .减小隙角.7 .减小横切刃角.8 .减小刀尖角（R08R0.4）9 .增大斜角（以研磨式的断屑槽为宜）10 .减少刀刃倒角量.11 .更换具有刚性的刀柄.12 .确认夹具等安装刚性.13 .调零件械.不锈钢不锈钢系列产品间之差别,如表1(a)所示.其中最难以切削者为奥斯田铁系之不不锈钢.(a)不锈钢系列(d)奥斯田铁系含有元素金属组万戈种类系数1高Cr系Cr13麻田散铁系SUS201SUS202SUS301SUS302SUS303SUS303SeSUS304SUS3041SUS305SUS305J1SUS3

11、08SUS309SSUS310SSUS316SUS3161SUS316J1SUS316J11SUS317SUS3171SUS321SUS347SUS384SUS385SUSXM7SUSXM15J10.430.430.860.860.500.500.570.570.640.640.640.642Cr18肥粒田铁系3高Cr高Ni系奥斯田铁多(b)麻田散铁系种类系数种类系数SUS403SUS410SUS410J1SUS416SUS420J1SUS420J20.710.710.640.93SUS420FSUS431SUS440SUS440BSUS440CSUS440F0.770.570.570.57(

12、C)肥粒田铁系种类系数种类系数SUS405SUS429SUS4300.790.71SUS430FSUS4341.1注：(b),(c),(d)的系数为材料别切削速度之系数各系不锈钢与软钢之比较种类软钢麻田散铁系SUS-410(13Cr)肥粒田铁系SUS-430(18Cr)奥斯田铁系SUS-304(18-8硬度110165353028拉力强度(kgfmma)38-455550-6055-65延展性(%)28-352537-4055-65热传导度10-3Ca1cmSecC124575950-5233-39比10.50.40.3热收缩系数10-5C10.512.69.0-10.09.0-10.814.

13、517.50200oC比10.90.951.6奥斯田铁系不锈钢难削性之缘由及其对策I）加工硬化图3（a）表示加工硬化程度,奥斯用铁系的硬化与局部淬火钢之硬度相近.【对策】A）切深及进刀量不可变小，即便轻切削时切深量要在0.5以上,进刀0.07mrev以上,可能的话最好超过0.1mmrev.B）速度较普通钢减低,重切削则依加工基本原来进行.C）尽快更换刀片，以侧面磨耗幅达到V=0.5mm之前应更换刀片.H）切削抵抗大如图3（b）背斜角20。时,显示切削抵抗力.奥斯田铁系时炭素钢的二倍.In）产生加工妨碍之景象切削时产生之组成应力,在刀刃部分经过后，会迅速反弹,撞击刀刃，此种撞击景象,会添加加工硬

14、化之效果.【对策】A）不要选用切削性不良或刃口易变形之刀刃设计.B）运用刚性较佳的机械.C）可能时,尽量不要作断续切削.D）采用断面较大的刀杆（20-口25-口32）.E）刀柄之突出量应尽量减少,准绳上不超出刀柄厚度之值.IV）低热传导性奥斯田铁系和软钢比较,产生之热约二倍,而导热性约1/3而己.【对策】A）采用大断面积之刀具,使热容量添加（口20-口25-口32）.B）采用大背斜角（0f5-IO0-15）C）大量注入水溶性切削油V）刀刃部之溶著况象添加,惹起刀具之剥损【对策】A）选用耐剥损之刀具材种B）切削速度不能太低（50mmin以上）C）选较大刀尖圆角R（12mm程度）D）能有效处理切屑之断屑槽E）在刀刃的刃口作细微之倒角F）运用切削剂时,要大量且均匀的注入超耐热合金耐热合金是与STE11ITE同类之材料,运用于温度超过650以上之状况,可分为Ni系,Co系及Fe系等,其切削特性与奥斯田系不锈钢近似,均为难加工之材料.分类及对照Ni基合金Incone1,Nimonic,Haste11oy,Waspa1oy,RoneCo基合金S-816,HS-25,J-157