机械设计制造及其自动化专业课程设计.doc

课 程 设 计 说 明 书专 业： 机械设计制造及其自动化 题 目： 成形车刀及矩形花键拉刀设计 目录 前言- （4）1.金属切削刀具课程设计的目的- （5）2.设计内容和要求- （5）3.成形车刀的设计3.1 前 言- （6）3.2 结构参数的选择及计算- （6）3.2.1选择刀具的材料- （6）3.2.2选择前角和后角- （6）3.2.3画出刀具廓型计算图，附打印b4纸- （6）3.2.4 计算切削刃总宽度lc，并校验之值 - （8）3.2.5 确定结构尺寸- （8）3.2.6 用计算法求出n-n剖面内刀具廓型上各点至点1所在后刀面的垂直距离px.- （8）3.2.7 廓形深度公差- （8）3.2.8 检验最小后角- （8） 3.3绘制成形车刀- （9）4.矩形花键拉刀设计 4.1前言- (9) 4.2选定刀具类型和材料的依据- （12） 4.2.1选择刀具的类型- (12) 4.2.2正确选择刀具材料- （12） 4.3刀具结构参数、几何参数的选择和设计- （12）4.3.1选择拉刀材料及热处理硬度- （12）4.3.2 拟订拉削余量切除顺序和拉削方式- （12）4.3.3 选择切削几何参数- （12）4.3.4 确定校准齿直径- （13） 4.3.5 计算倒角齿参数- （13）4.3.6 计算拉削余量- （13） 4.3.7 选择齿升量- （13）4.3.8 设计容屑槽- （13）4.3.9 花键齿截形设计- （14）4.3.10 确定分屑槽参数- （14）4.3.11 选择拉刀前柄- （14）4.3.12 校验拉刀强度- （15）4.3.13 确定拉刀齿数及每齿直径- （15）4.3.14 拉刀齿部长度- （17） 4.3.15 设计拉刀其他部分- （18）4.3.16拉刀总长及其校验- （18）4.4 绘制成形花键拉刀图- （18）总 结- （19）致 谢- （20）参考文献- （20）刀具课程设计说明书前 言大学三年的学习即将结束，在我们即将进入大四,踏入社会之前，通过课程设计来检查和考验我们在这几年中的所学，同时对于我们自身来说，这次课程设计很贴切地把一些实践性的东西引入我们的设计中和平时所学的理论知识相关联。为我们无论是在将来的工作或者是继续学习的过程中打下一个坚实的基础。我的课程设计课题目是成形车刀与矩形花键铣刀的设计。在设计过程当中,我通过查阅有关资料和运用所学的专业或有关知识，比如零件图设计、金属切削原理、金属切削刀具、以及所学软件autocad的运用，设计了零件的工艺、编制了零件的加工程序等。我利用此次课程设计的机会对以往所有所学知识加以梳理检验，同时又可以在设计当中查找自己所学的不足从而加以弥补，使我对专业知识得到进一步的了解和系统掌握。由于本人水平有限,设计编写时间也比较仓促,在我们设计的过程中会遇到一些技术和专业知识其它方面的问题，再加上我们对知识掌握的程度，所以设计中我们的设计会有一些不尽如人意的地方, 为了共同提高今后设计设计的质量，希望在考核和答辩的过程中得到各位指导老师的谅解与批评指正,不胜感激之至. 编者09020141 401、金属切削刀具课程设计的目的金属切削刀具课程设计是学生在学完“金属切削原理及刀具”等有关课程的基础上进行的重要的实践性教学环节，其目的是使学生巩固和深化课堂理论教学内容，锻炼和培养学生综合运用所学知识和理论的能力，是对学生进行独立分析、解决问题能力的强化训练。 通过金属切削刀具课程设计，具体应使学生做到： (1) 掌握金属切削刀具的设计和计算的基本方法； (2) 学会运用各种设计资料、手册和国家标难；(3) 学会绘制符合标准要求的刀具工作图，能标注出必要的技术条件。2、设计内容和要求完成成形车刀、矩形花键拉刀两种刀具的设计和计算工作，绘制刀具工作图和必要的零件图以及编写一份正确、完整的设计说明书。刀具工作图应包括制造及检验该刀具所需的全部图形、尺寸、公差、粗糙度要求及技术条件等；说明书应包括设计时所涉及的主要问题以及设计计算的全部过程；设计说明书中的计算必须准确无误，所使用的尺寸、数据和计量单位，均应符合有关标准和法定计量单位；使用a4纸打印，语言简练，文句通顺。具体设计要求见附页。3、成形车刀的设计3.1 前 言按刀身本身的结构和形状分，有平体、棱体和圆体三种，圆体成形车刀的可重磨次数更多，它可用来加工内、外成形表面的工件，制造也较方便，因而决定采用圆体成形车刀。3.2 结构参数的选择及计算工件为下图所示的工件3.2.1选择刀具的材料 选用普通高速钢w18cr4v。整体制造3.2.2选择前角和后角 由表2-4，取前角。3.2.3画出刀具廓型计算图，附打印b4纸上标出工件廓型上各组成点19，确定1所在水平线为基准线，计算出1-9各点处的计算半径（为了避免尺寸偏差值对计算精确性的影响，故采用计算尺寸计算半径、计算长度和计算角度来计算）取，a=1.6mm,b=1mm,c=5mm,d=0.5mm=基本半径=6.6mmmm=12.475mmmm=10.29mmmmmmmm再以1点为基准点，计算长度mmmmmmmmmmmmmmmm3.2.4 计算切削刃总宽度lc，并校验之值lc=+a+b+10=42.701+1.6+1+10=55.301mm则大于2.5当大于许用值或lcmm（为经验值），可采取下列措施：1） 将工件廓型分段切削，改用两把或数把成形车刀；2） 改用切向进给成形车刀；3） 如已经确定径向进给，可在非切削部分增设辅助支撑滚轮托架，以增加工艺系统的刚度。考虑到成形车刀的特点就是切削效率高，速度快;如果将工件分成几段切削无不会降低切削效率，影响切削加工性。3.2.5 确定结构尺寸lc=50.301mm,h=80mm,e=mm,b=60mm,f=50mm,d=8 mmm=mm,mm3.2.6 用计算法求出n-n剖面内刀具廓型上各点至点1所在后刀面的垂直距离px.之后选择3-3段廓线为基准线（因为在本段工件的精度要求最高），计算出刀具廓形上各点到该基准线的垂直距离，即为所求刀具廓型深度。3.2.7 廓形深度公差查表得各点廓形公差为3.2.8 检验最小后角19段切削刃与进给方向(即工件端面方向)的夹角最小,因而这段切削刃上后角最小,其值为一般要求最小后角不小于,因此检验合格 圆体成形车刀廓形计算表廓形组成点11，12（作为0点）6.252341，2114.827.14929.83，412.4756.2825.66928.365，7，9，1092.7829.16931.466.5960.35631.59333.78103.7928.15930.63.3 成形车刀图的绘制 4、矩形花键拉刀的设计4.1前言拉刀是一种高生产率的刀具，可以用来加工各种形状的通孔、直槽、螺旋槽以及直线或曲线外表面，广泛的用于大量和成批生产中。 拉刀的种类如图（1） 表1 拉刀各部分的功能代号名 称功 用1柄部夹持拉刀，传递动力2颈部连接柄部和后面各部，其直径与柄部相同或略小，拉刀材料及规格等标记一般打在颈部。3过度锥颈部到前导部的过渡部分，使拉刀容易进入工件孔中。4前导部起引导拉刀切削部进入工件的作用，5切削部担负切削工作，包括粗切齿、过渡齿及精切齿。6校准部起刮光、校准作用，提高工件表面光洁度及精度，并作为切削部的后备部。7后导部保持拉刀与工件的最后相对位置，防止在拉刀即将离开工件时因工件下垂而损坏工件已加工表面及刀齿。8尾部支持拉刀使之不下垂，多用于较大较长的拉刀，也用于安装压力环。用于拉削的成形刀具。刀具表面上有多排刀齿，各排刀齿的尺寸和形状从切入端至切出端依次增加和变化。当拉刀作拉削运动时，每个刀齿就从工件上切下一定厚度的金属，最终得到所要求的尺寸和形状。拉刀常用于成批和大量生产中加工圆孔、花键孔、键槽、平面和成形表面等, 生产率很高。拉刀按加工表面部位的不同，分为内拉刀和外拉刀；按工作时受力方式的不同，分为拉刀和推刀。推刀常用于校准热处理后的型孔。 拉刀的种类虽多，但结构组成都类似。如普通圆孔拉刀的结构组成为：柄部,用以夹持拉刀和传递动力;颈部，起连接作用；过渡锥，将拉刀前导部引入工件；前导部，起引导作用，防止拉刀歪斜；切削齿，完成切削工作，由粗切齿和精切齿组成；校准齿，起修光和校准作用，并作为精切齿的后备齿；后导部，用于支承工件，防止刀齿切离前因工件下垂而损坏加工表面和刀齿；后托柄，承托拉刀。 拉刀的结构和刀齿形状与拉削方式有关。拉削方式通常分为分层拉削和分块拉削两类。前者又分成形式和渐成式；后者又分轮切式和综合轮切式。成形式拉刀各刀齿的廓形均与被加工表面的最终形状相似;渐成式拉刀的刀齿形状与工件形状不同,工件的形状是由各刀齿依次切削后逐渐形成。轮切式拉刀由多组刀齿组成，每组有几个直径相同的刀齿分别切去一层金属中的一段，各组刀齿轮换切去各层金属。综合轮切式拉刀的粗切齿采用轮切式，精切齿采用成形式。轮切式拉刀切削厚度较分层拉削的拉刀大得多，具有较高的生产率，但制造较难。 拉刀常用高速钢整体制造，也可做成组合式。硬质合金拉刀一般为组合式，因生产率高、寿命长，在汽车工业中常用于加工缸体和轴承盖等零件，但硬质合金拉刀制造困难。4.2选定刀具类型和材料的依据4.2.1选择刀具类型：对每种工件进行工艺设计和工艺装备设计时，必须考虑选用合适的刀具类型。事实上，对同一个工件，常可用多种不同的刀具加工出来。 采用的刀具类型不同将对加工生产率和精度有重要影响。总结更多的高生产率刀具可以看出，增加刀具同时参加切削的刀刃长度能有效的提高其生产效率。例如，用花键拉刀加工花键孔时，同时参加切削的刀刃长度l=bnzi，其中b为键宽，n为键数，zi为在拉削长度内同时参加切削的齿数。若用插刀同时参加切削的刀刃长度比插刀大得多，因而生产率也高得多。 4.2.2正确选择刀具材料： 刀具材料选择得是否恰当对刀具的生产率有重要的影响。因为硬质合金比高速钢及其他工具钢生产率高得多，因此，在能采用硬质合金、的情况下应尽力采用。由于目前硬质合金的性能还有许多缺陷，如脆性大，极难加工等，使他在许多刀具上应用还很困难，因而，目前许多复杂刀具还主要应用高速钢制造。拉刀结构复杂，造价昂贵，因此要求采用耐磨的刀具材料，以提高其耐用度；考虑到还应有良好的工艺性能，根据刀具课程设计指导书表29，选择高速工具钢，其应用范围用于各种刀具，特别是形状较复杂的刀具。根据表30，选择w18cr4v。4.3刀具结构参数、几何参数的选择和设计 4.3.1选择拉刀材料及热处理硬度 拉刀材料选用w6mo5cr4v2高速钢。热处理硬度见图技术条件。4.3.2 拟订拉削余量切除顺序和拉削方式 拉削作量的切除顺序为：倒角键侧与大径小径，拉刀切削齿的顺序是：倒角齿花键齿圆形齿。实际采用分层拉削渐放式。本节用脚标d表示倒角齿，h表示花键齿，y表示圆形齿；用脚标c表示粗切，g表示过渡，j表示精切，x表示校准齿；用脚标w和m表示工件预制孔和m表示拉削孔。4.3.3 选择切削几何参数 按表42，43选择粗切和过渡齿：前角。=17，后角。=，刃带宽度 。精切齿：前角。=17， 后角。= ，刃带宽度 校准齿：前角。=17， 后角。=，刃带宽度 4.3.4 确定校准齿直径 倒角齿不设校准齿查表416，花键齿,圆形齿的扩张量为5um，则花键齿校准齿和圆形齿校准齿直径为4.3.5 计算倒角齿参数 已知键槽宽度b、开始倒角处的直径d、倒角角度、倒角尺寸；查表429知倒角的工艺角度为 ，。按表429 计算如下：4.3.6 计算拉削余量 按表41计算：圆形拉削余量为1mm，预制孔径为25，实际拉削余量： 倒角余量： 花键余量： 4.3.7 选择齿升量 按表44选择为倒角齿： （槽拉刀和键槽拉刀栏）花键齿： （矩形花键拉刀栏）圆形齿： （综合式拉刀栏）4.3.8 设计容屑槽 图21）齿距计算 按表47 粗齿的齿距：过渡齿的齿距：精切齿的齿距：2）选择容屑槽 按表4-8采用曲线槽，粗切齿深槽：h=4.5mm,g=3,r=2.3,r=7精切齿用基本槽：h=2.5,g=2.5,r=1.3,r=4。3）校验容屑条件 查表4-9得容悄系数k=2.7。倒角齿齿升量大时，就校验之，应使满足式： 因式h=4.5,所以式满足，校验合格。4）校验同时工作齿数 据表4-7得知=6.5,即，满足的校验条件4.3.9 花键齿截形设计 花键齿键宽按下式计算，精确到0.001mm： 式中，-为内花键键槽宽最大极限尺寸；-为拉削扩张量（查表4-16得=0.005mm）;-为拉刀键齿宽制造公差带宽，为保证键齿尺寸耐用度高，应在制造条件允许范围内取小值，取=0.010mm。则=(6.048-0.005)mm=6.043mm=(6.043-0.010)mm=6.033mm拉刀键齿面应制出的修光刃f=1.3，其下应磨出侧隙角。工厂常在齿高为1.25mm及其以下的刀齿上磨侧隙，在图中标出。4.3.10 确定分屑槽参数 除校准齿和与其相邻的一个精切齿外，拉刀切削齿均磨制三角形分屑槽。由于在每个圆形齿上都存在着不工作的刃段，圆形齿段不必磨分屑槽。其相关参数如下：s=3.0,4.3.11 选择拉刀前柄 按表417选择型a无周向定位面的圆柱形前柄，公称尺寸mm,卡爪底径mm,mm,c=4mm,图14.3.12 校验拉刀强度 通过计算分析，确认倒角齿拉削力最大，因而应计算拉刀倒角齿拉削力拉刀最小截面积在卡槽底颈处，则拉应力 （表4-25），拉刀强度校验合格。根据表4-23,表4-24,l6120拉床拉力为200 0.8kn=160kn,比fmax大,拉床载荷校验合格.选用l6120拉床,良好状态旧拉床.4.3.13 确定拉刀齿数及每齿直径1）倒角齿齿数 取92）花键齿齿数 初拟花键过渡痴与精切齿的齿升量为0.04，0.03，0.02，0.01，0.005mm，逐步递减，共切除余量。花键粗切齿齿数 取38齿，多切去了0.420.052mm=0.042mm的余量，应减去0.021的齿升量.因此减去一个精切齿并将齿升量调整为0.04,0.03,0.009,0.005后2齿齿升量0.5afh为精切齿,前2齿则为过度齿.3) 圆形赤齿书 初拟方案与花键齿相同,即拟切去余量,计算圆形粗切齿齿数为 取8齿,少切了0.06 0.005 2=0.006mm的余量,需增加一个精切齿起齿升量为0.003mm.这样,圆形齿段具有粗切齿8个,过度齿3个,精切齿3个.4）校准部齿数 倒角齿不设校准齿。圆形齿和花键齿校准齿齿数查表4-14，得花键校准齿齿数 圆形校准齿齿数 各齿直径基本尺寸,见表4-41矩形花键拉刀齿序表齿形齿号直径基本尺寸直径尺寸公差齿型齿号直径基本尺寸直径尺寸公差倒角齿125.140.025花键齿3929.04225.284029.14325.424129.24425.564229.34525.74329.44625.844429.54725.980.0154529.64826.124629.74926.264729.84花键齿1025.140.0154829.921125.244929.980-0.0151225.345029.9981325.445130.0180-0.0181425.545230.0181525.645330.0181625.745430.0181725.845530.0181825.945630.0181926.045725.10.0152026.145825.22126.245925.32226.346025.42326.446125.52426.546225.62526.646325.72626.746425.82726.84圆形齿6525.882826.946625.940-0.012927.046725.983027.1468260-0.0093127.246926.013227.347026.0163327.447126.0163427.547226.0163527.647326.0163627.747426.0163727.847526.0163827.94最后一个齿距加长的目的是为了砂轮的切出.4.3.14 拉刀齿部长度 参照图4-2。倒角齿段长度 花键齿段长度 圆形齿段长度 拉刀齿部长度 4.3.15 设计拉刀其他部分 按表4-17，4-19，4-23计算：前柄mm mm颈部过渡锥前导部 前柄深入夹头长度前柄端部至第1刀齿的距离：后导部： 后柄 4.3.16拉刀总长及其校验 根据表4-26,允许拉刀总长为33d。=990mm,故得l990mmm拉刀长度校验合格.4.4 绘制成形花键拉刀图总 结课程设计作为工科院校大学生的必修环节，不仅是巩固大学生大学所学知识的重要环节，而且也是在检验毕业生综合应用知识的能力、自学能力、独立操作能力和培养创新能力，是大学生参加工作前的一次实践性锻炼。大学三年的学习即将结束，在我们即将进入大四,踏入社会之前，通过课程设计来检查和考验我们在这几年的所学的知识，同时对于我们自身来说