【文章內容簡介】 在銑刀和其他刀具上。 1938 年，德國德古薩公司取得關于陶瓷刀具的專利。 1972 年，美國通用電氣公司生產(chǎn)了聚晶人造金剛石和聚晶立方氮化硼刀片。這些非金屬刀具材料可使刀具以更高的速度切削。 1969 年，瑞典山特維克鋼廠取得用化學氣相沉積法，生產(chǎn)碳化鈦涂層硬質合金刀片的專利。 1972 年，美國的邦沙和拉古蘭發(fā)展了 物理 氣相沉積法，在硬質合金或高速鋼刀具表面涂覆碳化鈦或氮化鈦硬質層。表面涂層方法把基體材料的高強度和韌性，與表層的高硬度和耐磨性結合起來，從而使這種復合材料具有更好的切削性能。 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 8 刀具按工件加工表面的形式可分為五類。加工各種外表面的刀具，包括車刀、刨刀、銑刀、外表面拉刀和銼刀等；孔加工刀具，包括鉆頭、擴孔鉆、鏜刀、鉸刀和內表面拉刀等；螺紋加工工具，包括絲錐、板牙、自動開合螺紋切頭、螺紋車刀和螺紋銑刀等；齒輪加工刀具，包括滾刀 、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪加工刀具等；切斷刀具，包括鑲齒圓鋸片、帶鋸、弓鋸、切斷車刀和鋸片銑刀等等。此外，還有組合刀具。 按切削運動方式和相應的刀刃形狀，刀具又可分為三類。通用刀具，如車刀、刨刀、銑刀 (不包括成形的車刀、成形刨刀和成形銑刀 )、鏜刀、鉆頭、擴孔鉆、鉸刀和鋸等；成形刀具，這類刀具的刀刃具有與被加工工件斷面相同或接近相同的形狀，如成形車刀、成形刨刀、成形銑刀、拉刀、圓錐鉸刀和各種螺紋加工刀具等；展成刀具是用展成法加工齒輪的齒面或類似的工件，如滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪刨刀和錐齒輪銑刀盤等 。 各種刀具的結構都由裝夾部分和工作部分組成。整體結構刀具的裝夾部分和工作部分都做在刀體上；鑲齒結構刀具的工作部分 (刀齒或刀片 )則鑲裝在刀體上。 刀具的裝夾部分有帶孔和帶柄兩類。帶孔刀具依靠內孔套裝在機床的主軸或心軸上，借助軸向鍵或端面鍵傳遞扭轉力矩，如圓柱形銑刀、套式面銑刀等。 帶柄的刀具通常有矩形柄、圓柱柄和圓錐柄三種。車刀、刨刀等一般為矩形柄；圓錐柄靠錐度承受軸向推力，并借助摩擦力傳遞扭矩；圓柱柄一般適用于較小的麻花鉆、立銑刀等刀具，切削時借助夾緊時所產(chǎn)生的摩擦力傳遞扭轉力 矩。很多帶柄的刀具的柄部用低合金鋼制成，而工作部分則用高速鋼把兩部分對焊而成。 刀具的工作部分就是產(chǎn)生和處理切屑的部分，包括刀刃、使切屑斷碎或卷攏的結構、排屑或容儲切屑的空間、切削液的通道等結構要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如車刀、刨刀、鏜刀和銑刀等；有的刀具的工作部分則包含切削部分和校準部分，如鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、內表面拉刀和絲錐等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑，校準部分的作用是修光已切削的加工表面和引導刀具。 刀具工作部分的結構有整體式、焊接式和機械夾固式三種。整體結構是在刀體 上做出切削刃；焊接結構是把刀片釬焊到鋼的刀體上； 機械 夾固結構又有兩種，一種是把刀片夾固在刀體上，另一種是把釬焊好的刀頭夾固在刀體上。硬質合金刀具一般制成焊接結構或機械夾固結構；瓷刀具都采用機械夾固結構。 刀具切削部分的幾何參數(shù)對切削效率的高低和加工質量的好壞有很大影響。增大青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 9 前角，可減小前刀面擠壓切削層時的塑性變形，減小切屑流經(jīng)前面的摩擦阻力，從而減小切削力和切削熱。但增 大前角，同時會降低切削刃的強度，減小刀頭的散熱體積。 在選擇刀具的角度時，需要考慮多種因素的影響，如工件 材料 、刀具材料、加工性質 (粗、精加工 )等，必須根據(jù)具體情況合理選擇。通常講的刀具角度，是指制造和測量用的標注角度在實際工作時，由于刀具的安裝位置不同和切削運動方向的改變，實際工作的角度和標注的角度有所不同，但通常相差很小。 制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度 和耐磨性，必要的抗彎強度、沖擊韌性和化學惰性，良好的工藝性 (切削加工、鍛造和熱處理等 )，并不易變形。 通常當材料硬度高時，耐磨性也高；抗彎強度高時，沖擊韌性也高。但材料硬度越高，其抗彎強度和沖擊韌性就越低。高速鋼因具有很高的抗彎強度和沖擊韌性，以及良好的可加工性，現(xiàn)代仍是應用最廣的刀具材料，其次是硬質合金。 聚晶立方氮化硼適用于切削高硬度淬硬鋼和硬鑄鐵等；聚晶金剛石適用于切削不含鐵的金屬，及合金、塑料和玻璃鋼等；碳素工具鋼和合金工具鋼現(xiàn)在只用作銼刀、板牙和絲錐等工具。 硬質合金可轉 位刀片現(xiàn)在都已用化學氣相沉積法涂覆碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁硬層或復合硬層。正在發(fā)展的 物理 氣相沉積法不僅可用于硬質合金刀具，也可用于高速鋼刀具，如鉆頭、滾刀、絲錐和銑刀等。硬質涂層作為阻礙化學擴散和熱傳導的障壁，使刀具在切削時的磨損速度減慢，涂層刀片的壽命與不涂層的相比大約提高 1~3倍以上。 由于在高溫、高壓、高速下，和在腐蝕性流體介質中工作的零件，其應用的難加工材料越來越 多，切削加工的自動化水平和對加工精度的要求越來越高。為了適應這種情況，刀具的發(fā)展方向將是發(fā)展和應用新的刀具材料；進一步發(fā)展刀具的氣相沉積涂層技術，在高韌性高強度的基體上沉積更高硬度的涂層，更好地解決刀具材料硬度與強度間的矛盾；進一步發(fā)展可轉位刀具的結構；提高刀具的制造精度，減小產(chǎn)品質量的差別，并使刀具的使用實現(xiàn)最佳化。 這里我選用硬質合金鉆頭，鉆頭直徑為 ，如圖 31。 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 10 圖 31 刀具圖 機床有關規(guī)格尺寸 1. 概 述 鉆床系指主要用鉆頭在工件上加工孔的機床。通常鉆頭旋轉為主運動，鉆 頭軸向移動為進給運動。鉆床結構簡單，加工精度相對較低，可鉆通孔、盲孔，更換特殊刀具，可擴、锪孔，鉸孔或進行攻絲等加工。鉆床可分為下列類型： (1)臺式鉆床：可安放在作業(yè)臺上，主軸垂直布置的小型鉆床。 (2)立式鉆床：主軸箱和工作臺安置在立柱上，主軸垂直布置的鉆床。 (3)搖臂鉆床：搖臂可繞立柱回轉、升降，通常主軸箱可在搖臂上作水平移動的鉆床。它適用于大件和不同方位孔的加工。 (4)銑鉆床：工作臺可縱橫向移動，鉆軸垂直布置，能進行銑削的鉆床。 (5)深孔鉆床：使用特制深孔鉆頭，工件旋轉，鉆削深孔的鉆床。 (6)平端面中心孔鉆床：切削軸類端面和用中心鉆加工的中心孔鉆床。 (7)臥式鉆床：主軸水平布置，主軸箱可垂直移動的鉆床。 2. 我選用立式鉆床 Z535,規(guī)格尺寸如下： 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 11 表 31 產(chǎn)品名稱 型號 最大鉆孔直徑（ mm） 主軸端至底面距離（ mm） 主軸中心線至立柱表面距離（ mm） 主軸轉速 主軸行程（ mm） 電機功率 級數(shù) 范圍（ r/min） 主電機 總容量 立式鉆床 Z535 35 300 9 681100 225 4 4 重量 外包箱直徑 長 x 寬 x 高（ mm） 外形尺寸 長 x 寬 x 高（ mm） 毛重 凈重 1480x1042x2785 1280x842x2585 夾具圖 機械制造過程中用來固定加工對象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢測的裝置。又稱卡具。從廣義上說，在工藝過程中的任何工序，用來迅速、方便、安全地安裝工件的裝置，都可稱為夾具。例如焊接夾具、 檢驗 夾具、裝配夾具、機床夾具等。其中機床夾具最為常見，常簡稱為夾具 。在機床上加工工件時，為使工件的表面能達到圖紙規(guī)定的尺寸、幾何形狀以及與其他表面的相互位置精度等技術要求 ，加工前必須將工件裝好（定位）、夾牢（夾緊）。夾具通常由定位元件（確定工件在夾具中的正確位置）、夾緊裝置 、對刀引導元件 (確定刀具與工件的相對位置或導引刀具方向 )、分度裝置（使工件在一次安裝中能完成數(shù)個工位的加工，有回轉分度裝置和直線移動分度裝置兩類）、連接元件以及夾具體（夾具底座）等組成。 夾具種類按使 用特點可分為： ① 萬能通用夾具。如機用虎鉗、卡盤、分度頭和回轉工作臺等，有很大的通用性，能較好地適應加工工序和加工對象的變換，其結構已定型，尺寸、規(guī)格已系列化，其中大多數(shù)已成為機床的一種標準附件。 ② 專用性夾具。為某種產(chǎn)品零件在某道工序上的裝夾需要而專門設計制造，服務對象專一，針對性很強，一般由產(chǎn)品制造廠自行設計。常用的有車床夾具、銑床夾具、鉆模 (引導刀具青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 12 在工件上鉆孔或鉸孔用的機床夾具 )、鏜模 (引導鏜刀桿在工件上鏜孔用的機床夾具 )和隨行夾具（用于組合機床自動線上的移動式夾具）。 ③ 可調夾具?？梢愿鼡Q或調整元件的專 用夾具。 ④ 組合夾具。由不同形狀、規(guī)格和用途的標準化元件組成的夾具，適用于新產(chǎn)品試制和產(chǎn)品經(jīng)常更換的單件、小批生產(chǎn)以及臨時任務。 夾具是 機械 加工不可缺少的部件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、 經(jīng)濟方向發(fā)展。 一、高精 隨著機床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對夾具的制造精度要求更高。 二、高效 為了提高機床的生產(chǎn)效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來越多。為了減少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開工件只用 1～ 2 秒，夾具結構簡化，為機床進行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。 三、模塊、組合 夾具元件模塊化是實現(xiàn)組合化的基礎。利用模塊化設計的系列化、標準化 夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術開發(fā)的基點。省工、省時，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設計為夾具的 計算機 輔助設計與組裝打下基礎，應用 CAD 技術，可建立元件庫、典型夾具庫、標準和用戶使用 檔案 庫，進行夾具優(yōu)化設計，為用戶三 維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經(jīng)驗，了解 市場 需求，不斷地改進和完善夾具系統(tǒng)。 四、通用、經(jīng)濟 夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性 投資 比較大，只有夾具系統(tǒng)的 可重組性、可重構性及可擴展性功能強，應用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經(jīng)濟性好。 底蓋的鉆孔夾具設計由于時間緊張，未能將完整設計圖紙畫出來，現(xiàn)在只將設計方案表達如下，如圖 32，底蓋的夾緊和固定都采用定位銷，用定位銷和平臺將底蓋的各個自由度限制，這樣就能滿足底蓋鉆孔的要求。 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 13 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 14 核算多軸頭的總軸向力（ ）和消耗的總功率（ ） 要核算多軸頭的總軸向力和消耗的總功率，使其不超過機床允許的最大軸向力和機床的額定功率。核 算公式如下： 式中： N 為多軸頭各工作軸消耗的功率的總和 。 為多軸頭每個工作軸消耗的功率 為機床的額定功率 P 為多軸頭各工作軸軸向力的總和 為各工作軸的軸向力 為機床允許的最大軸向力 首先計算每個工作軸的切削扭矩（ ）和軸向力（ ）： （ ） (N) 因為每個工作軸的 和 相等，所以多軸頭的總軸向力和消耗的總功率為： （ N） (kW) 查 Z235 機床說明書，機床主軸 最大進給抗力 ，主電機功率 。 核對可知： ，滿足設計要求。 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 15 第 4 章 設計傳動系統(tǒng)圖 多軸頭齒輪傳動系統(tǒng)的設計既要保證工藝要求，又要保證多軸頭的結構的緊湊性。齒輪傳動系統(tǒng)的設計與計算，其內容包括：齒輪模數(shù)和工作軸直徑的確定，傳動方式的選擇，主動軸中心位置的確定，傳動比及齒輪齒數(shù)的確定，布置惰輪，檢查結構上的干涉現(xiàn)象，傳動系統(tǒng)圖的坐標計算與繪制等。 齒輪傳動系統(tǒng)圖應按照所規(guī)定的符號繪制。齒輪中心及分度圓應盡可能畫得準確（精度在 ～ ），這樣便于用圖解法核對所計算的坐標尺寸。 在齒輪傳動 系統(tǒng)圖中應清晰的表明：齒輪的傳動方式，各齒輪的齒數(shù)及模數(shù)，主動軸及工作軸的旋轉方向，齒輪層數(shù)（對兩層以上）。同時還應在圖旁注明：工作軸每分鐘轉速、工作軸每分鐘進給量及傳動比等。 下面按設計步驟分別討論每項內容的設計要求和設計方法。 齒輪模數(shù)的確定 在一般齒輪傳動設計中，齒輪模數(shù)是按齒輪的抗彎強度和齒面疲勞強度計算的，然后經(jīng)過試驗確定。但是由于齒輪傳動多軸頭在生產(chǎn)中早已廣泛應用，在使用和制造方面已有一定的經(jīng)驗，在［ 1］中，有關多軸頭齒輪的結構和規(guī)格參數(shù)，以及齒輪的 材料 、熱處理、齒寬及工作條件都作了規(guī)定，所以當利用 [1]所介紹的齒輪進行設計時，可根據(jù)加工孔徑，按表 41 查得齒輪模數(shù)，此表查得的模數(shù)為主動輪的模數(shù)，每個主動齒輪可帶動三個工作軸。 表