毕业设计（论文）-渐开线花键拉刀的设计与工艺.pdf

诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导 下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中 列出。 本人签名：年月日 毕业设计任务书毕业设计任务书 设计题目：渐开线花键拉刀的设计与工艺 系部： 机械工程系专业： 机械设计制造及其自动化学号： 112011124 学生： 康建攀指导教师（含职称） ：原宏 (高工) 1课题意义及目标 本设计的主要任务：设计加工渐开线花键拉刀，绘制渐开线花键拉刀的图纸，并编制 渐开线花键拉刀的加工工艺规程。 目标： （1）.通过本次设计了解渐开线花键拉刀的结构型式； （2）.了解拉刀各部分尺寸的计算方法； （3）.渐开线花键拉刀各种切削角度的选取原则； （4）.通过工艺规程的编制，学习渐开线花键拉刀的完整加工过程，掌握工艺 规程的编写要求，真正理解工艺规程在实际加工中的作用和重要性。 2主要任务 要求：绘制的图纸符合机械制图国家标准，并做到内容完整、准确。设计的工艺既要 切合实际又要保证产品的精度要求，还要符合经济性的要求。 内容：设计并绘制渐开线花键拉刀的图纸，编制渐开线花键拉刀的加工工艺规程，并 编写毕业设计论文。 3主要参考资料 1. GB/T 5102-2004渐开线花键拉刀技术条件 2. GB 3832.3-2008拉刀圆柱形后柄型式和基本尺寸 3. GB 3832.2-2008拉刀圆柱形前柄型式和基本尺寸 4. 刀具设计手册机械工业出版社1999 年 6 月 5. 拉刀设计与使用 机械工业出版社1990 年 10 月 4进度安排 设计各阶段名称起止日期 1 确定设计思路，进行开题检查。2015-01-012015-03-14 2 完成渐开线花键拉刀产品图。2015-03-142015-03-30 3 进行工艺规程的编制，进行中期检查。2015-03-302015-04-25 4 完成工艺规程的编制，编写毕业设计论文。2015-04-252015-05-31 5 设计以及图纸整理，准备答辩。2015-05-312015-06-10 审核人审核人：年月日 I 渐开线花键拉刀的设计与工艺渐开线花键拉刀的设计与工艺 摘要：拉刀是一种专用刀具，在当今社会生产中发挥着重要的作用，所以它的设计 也越来越受到重视。此次的毕业设计是对渐开线花键拉刀进行设计以及对它进行工艺 编制，它不仅仅能够让我对自身所学的知识运用的更好，而且也能让我在以后的工作 中打好基础。 此次的设计是以文献资料和制图软件为设计工具，完成对渐开线花键拉刀的设计 与工艺编制。根据被加工的工件材料和相关的设计参数要求，可以选择合适的刀具设 计的方法以及设计原则。学习刀具的设计计算方法，完成对渐开线花键拉刀的各项尺 寸以及参数的设计，以及对渐开线花键拉刀齿形的设计计算，最后完成渐开线花键拉 刀的整体设计，来提升对刀具的认识以及设计能力。 关键词：渐开线花键拉刀，结构参数，刀具设计原理，校验公式，齿形设计，机械制关键词：渐开线花键拉刀，结构参数，刀具设计原理，校验公式，齿形设计，机械制 造工艺造工艺 Involute spline broach design and technology Abstract：Broach is a special tool,which plays an important role in the production of todays society,so itsdesign become more and more attention.The graduation project is that the design of involute spline broach and process planning,not only can it do better in using knowledge,but also it lays a good foundation in the future work. The design is based on literature data and mapping software design tools to complete the design and process planning.According to the workpiece material being processed and the associated design parameters,it can choose the right method of tool design and principles.Learning the method of tools design calculation,completeing the design of sizes and parameters,as well as involute spline broach tooth design calculations,finally finishing the overall design, to enhance understanding of the tool and design capability. Keywords:Involute spline broach,Structural parameters,Tool design principles,Check Formula,Toothed design,Machinery manufacturing technology II 目录目录 1前言.1 2已知设计条件.2 3刀具材料的选择.3 4刀具结构及功用.4 5渐开线花键拉刀的设计.7 5.1拉削余量及齿升量的确定.7 5.1.1拉削余量 A 的确定.7 5.1.2齿升量 f a 的确定7 5.2齿距的确定.8 5.3容屑槽及分屑槽的确定.8 5.3.1容屑槽型式的确定.8 5.3.2容屑系数 K 的确定.9 5.3.3容屑槽尺寸的确定.9 5.3.4分屑槽的确定.10 5.4渐开线花键拉刀的几何参数确定.12 5.4.1拉刀前角 0 的确定12 5.4.2拉刀后角 0 和刃带宽 1 b的确定13 5.5渐开线花键拉刀的组成结构尺寸确定.14 5.5.1柄部尺寸的确定.14 5.5.2颈部尺寸的确定.15 5.5.3前导部尺寸的确定.15 5.5.4后导部尺寸的确定.16 5.5.5后柄尺寸的确定.17 5.5.6基圆直径的确定.17 5.5.7拉刀分度圆弧齿厚的确定.17 5.5.8拉刀花键齿的第一齿的齿顶宽的确定.18 5.5.9渐开线花键拉刀齿形尺寸的确定.18 III 5.6渐开线花键拉刀的强度校验.21 5.7渐开线花键拉刀齿形的量棒测量.23 5.7.1量棒直径 R D 的计算.24 5.7.2量棒测量值 R M 的计算27 5.8渐开线花键拉刀的切削齿直径排列.28 5.9渐开线花键拉刀总长度的确定.29 6渐开线花键拉刀的技术要求.31 6.1拉刀主要技术要求.31 6.2其它公差项目.34 7渐开线花键拉刀的工艺过程.35 结论.37 参考文献.38 致谢.39 太原工业学院毕业设计 1 1前言1前言 拉刀的种类繁多，最主要的分类有两大类，分为内拉刀和外拉刀。内拉刀的功用 主要是用于加工多种轮廓的内孔表面。在拉床上使用拉刀加工工件的工艺过程称为拉 削加工，拉刀是一种定型刀具，它是靠拉刀的后一个刀齿高于前一个刀齿，一层层地 切除余量，来达到所需要的加工表面，在一次拉削过程中完成粗切、精切、校准等操 作，来切除被加工表面的全部余量。由于拉刀的容屑槽是封闭式，因此，在设计拉刀 时必须保证切削齿之间有足够的容屑空间。 由于拉刀制造复杂， 且制造成本高， 因此， 适用于大批量生产。 在历年来的刀具发展过程中，刀具材料正在不断革新，从 1780 年到 1898 年间， 刀具材料主要是以碳素工具钢和合金工具钢来制作刀具的，然而随着社会生产力的不 断进步，过去的生产技术和刀具材料满足不了生产要求。因此，新的生产技术和刀具 材料应运而生。在 1898 年美国人发明了高速合金工具钢，切削速度比工具钢提高了 好多倍，高速钢由此得名。从 1960 年以后，随着社会的进步，高强度、高硬度难加 工的材料也研究出来， 使得很多更适应加工的刀具材料也随着研究出来。 例如： 陶瓷、 立方氮化硼及人造金刚石等，给社会的发展增添了巨大的作用。从 20 世纪 70 年代以 后，随着 PVD 等气相沉积涂层技术的发展成熟，使得刀具材料发生了很大的改变， 使得刀具的切削性能得到了很大的提高。 我国从 1949 年建国以来，国家成立了专门的研究机构，同时各高校也进行了相 关的科研工作，取得了极大的成果。使得我国的切削技术及刀具发展得到了很大的进 步。工厂工人在刀具方面的创新取得了显著的成就，如：苏广铭的玉米铣刀、朱大仙 的车刀等， 逐渐使得生产力得到了推动。 同时在金属切削理论中我国也了一定的进展， 许多难加工的材料以及精磨加工等的研究都进入了全新的领域，甚至已经跃入世界前 列。 我国的金属切削加工和刀具制造随着我国的不断进步， 都取得了更加蓬勃的发展。 本次设计的拉刀是渐开线花键拉刀，是属于内拉刀的一种，它的齿形是渐开线曲 线，它是加工圆柱形渐开线内花键的刀具，渐开线花键拉刀的设计是根据给定的內花 键参数来进行设计的，在设计过程中，需要进行设计的有：刀具材料的选择、拉削余 量、齿升量、容屑槽、拉刀各部分尺寸以及齿形的设计和切削齿的直径排列等，当拉 刀的初步设计完成时需要进行拉刀的强度校核，符合设计要求时，再进行拉刀的技术 要求和偏差的选择，当一切都符合要求时，那么渐开线花键拉刀的设计就完成了。 太原工业学院毕业设计 2 2已知设计条件2已知设计条件 模数 m=2.5 齿数 z=19 标准压力角 D =30 分度圆直径 d=47.5mm 内花键小径 03 . 0 0 15.45 ii Dmm 内花键大径 08. 0 0 20.50 ei Dmm 内花键分度圆弧齿槽宽 E=4.0814.047mm 拉前孔径 03 . 0 00 90.44 Dmm 拉削长度 L=60mm 工件材料为 20CrMnMoH 拉床型号为 L6140，最大拉力 4 1040N，最大行程 2000mm 太原工业学院毕业设计 3 3刀具材料的选择3刀具材料的选择 刀具在进行工作时，需要承受极大的压力和冲击力。而且在切削时会产生金属的 塑形变形，同时刀具、工件、以及切屑之间会产生很强的摩擦，从而使得刀具切削刃 上有很高的温度，并且会受到很大的应力。因此，刀具材料应该具有一定的性能。即： 强度、耐磨性、韧性和耐热性要高，而且它的热物理性能和耐热冲击性也要高，并且 它的制造工艺也要相对简单，价格合理。 由于在已知条件中知，工件材料为 20CrMnMoH，属于合金结构钢，是一种中淬 透性合金渗碳体，它的硬度217HBS，具有很好的力学性能和抗弯强度。因此，在选 择刀具材料时，所选材料的性能要高于工件材料，并且利于加工，所以，综合考虑所 选刀具材料为高速钢。由表 31 可以查出高速钢的刀具牌号。 表31高速钢刀具材料的选择 刀具类型 工件材料碳素钢、 合金钢、 轻合金 耐热不锈钢、 高温合金 超高强度钢、 钛合 金、铸造高温合金 拉刀 W6Mo5Cr4V2 W18Cr4V 9W18Cr4V W6Mo5Cr4V2Al W10Mo4Cr4V3Al W12Cr4V4Mo W6Mo5Cr4V5SiNbAl 粗拉刀： W10Mo4Cr4V3Al W6Mo5Cr4V2Al 精拉刀： W2Mo9Cr4VCo8 W6Mo5Cr4V2 W2Mo9Cr4VCo8 W12Mo3Cr4V3Co5Si W10Mo4Cr4V3Co4Nb W10Mo4Cr4V3Al W6Mo5Cr4V2Al W6Mo5Cr4V5SiNbAl 在现在社会生产力下，由于刀具材料高速钢 W6Mo5Cr4V2 使用较广，并且经济 实惠，大多数的生产厂家普遍使用，它的材料性能可以满足生产需要。 所以，查表 31 得，选择的刀具牌号为高速钢 W6Mo5Cr4V2。 太原工业学院毕业设计 4 4刀具结构及功用4刀具结构及功用 内拉刀的组成部分，如图 41： 图 41拉刀的组成部分 拉刀组成部分的功用，如表 41 表 41拉刀组成部分的功用 太原工业学院毕业设计 5 表 41拉刀组成部分的功用（续） 拉刀刀齿结构参数 图 42拉刀刀齿结构 太原工业学院毕业设计 6 表 42拉刀刀齿结构参数及含义 太原工业学院毕业设计 7 5渐开线花键拉刀的设计5渐开线花键拉刀的设计 5.1拉削余量及齿升量的确定5.1拉削余量及齿升量的确定 5.1.1拉削余量 A 的确定5.1.1拉削余量 A 的确定 拉削余量 A 是指拉刀的各部分刀齿所切除的金属层的厚度。拉削余量 A 的选择原 则应在保证去掉上一道工序的加工误差和破坏的表面层的前提下，要尽量减小拉削余 量，来缩短拉刀长度。 已知渐开线花键拉刀的内花键大径 maxei D 和预制孔最小直径 min0 D，则按以下计算 公式（51） min0max DDA ei （51） 所以，拉削余量 A=50.2844.90=5.38mm 5.1.2齿升量5.1.2齿升量 f a 的确定的确定 当拉削余量 A 确定后，渐开线花键拉刀刀齿的齿升量越大，那么要切除工件的全 部切削余量所需要的刀齿齿数也相对越少，由此所要设计的拉刀长度也越短，使得拉 刀的制造也相对变得容易，生产效率则可以提高。 在设计渐开线花键拉刀的齿升量时，切削齿所包括的粗切齿、精切齿和过渡齿的 齿升量都不一样。对于粗切齿的齿升量来说，它的齿升量最大，是为了保证能够快速 的切掉至少 80的拉削余量；而对于精切齿的齿升量来说，它的齿升量较小，是为了 保证工件的加工精度和加工表面质量；对于过渡齿的齿升量来说，则是由粗切齿的齿 升量逐步过渡到精切齿的齿升量，从而为了保证拉削过程的平稳。 齿升量确定的原则是在绝对保证加工表面质量、容屑空间和拉刀强度足够的条件 下，要尽量选取最大值。 查表 51 表 51分层式拉刀粗切齿齿升量 所以，由表 51，取齿升量 f a =0.05mm 太原工业学院毕业设计 8 5.2齿距的确定5.2齿距的确定 齿距 p 可用经验公式计算 L9 . 125. 1）（p（52） 式中L拉削长度（mm）L=60mm 切削齿的齿距L5 . 1p（53） 则11.65605 . 1pmm 取 p=12mm 校准齿的齿距ppz7 . 0(54) 则4 . 8127 . 0 z pmm 取 z p =9mm 5.3容屑槽及分屑槽的确定5.3容屑槽及分屑槽的确定 5.3.1容屑槽型式的确定5.3.1容屑槽型式的确定 由于渐开线花键拉刀的切削型式是封闭式切削，切屑全部留在容屑槽中，因此， 容屑槽的形状和尺寸要达到能够容纳切屑的程度。所以，为了保证拉刀的强度，在相 同的齿距条件下，有基本槽、深槽或浅槽等容屑槽型式，来达到设计的基本要求。 在本次设计中，因为直线齿背型的拉刀容屑槽制造简单，而且它的前刀面和齿背 都是直线，它们与槽底圆弧圆滑连接，很受工厂欢迎，而且符合设计需要。因此，本 次设计所选择的容屑槽型式为直线齿背型容屑槽。 直线齿背型容屑槽的简图如下（图 53） ： 图 53直线齿背型容屑槽 太原工业学院毕业设计 9 5.3.2容屑系数 K 的确定5.3.2容屑系数 K 的确定 在确定容屑系数 K 时，需要考虑与容屑系数有影响的因素，例如：工件材料的性 质、 拉刀在拉削过程中的磨损以及拉刀在拉削过程中的切屑型式和切削厚度等。 所以， 在确定容屑系数时，要综合考虑各项因素，从而选择出合适的容屑系数 K 值。 容屑系数 K 应满足以下条件： K A A J C ，K 永远大于 1 式中 C A 容屑槽的面积， 4 h2 C A； J A 切屑的面积，LaA fJ 。 查表 52 表 52分层式拉刀的容屑系数 min K f a 被加工材料 钢 b /MPa铸铁、青铜 铅黄铜 铜、黄铜、 铝、巴氏合金 700 0.074.53.54.02.03.5 因为工件材料为 20CrMnMoH，钢材的抗拉强度1175MPa，屈服强度885MPa， 所以，由表 52，得 取容屑系数 K=3.5 5.3.3容屑槽尺寸的确定5.3.3容屑槽尺寸的确定 已知 K 值，则容屑槽深度 h 为 KLah f 13 . 1 （55） 得mmh66 . 3 605 . 350 . 013 . 1 取 h=4mm 查表 53，选取容屑槽深度 h、齿厚 g 和槽底圆弧半径 r 太原工业学院毕业设计 10 表 53曲线和直线齿背容屑槽计算尺寸 查表 53切削齿容屑槽尺寸取 h=4mm，g=3.6mm，r=2mm 校准齿容屑槽尺寸取 Z h=3.2mm， Z g =2.7mm， Z r =1.8mm 5.3.4分屑槽的确定5.3.4分屑槽的确定 拉刀的分屑槽的作用是让切屑断裂分成若干小部分，使得切屑能够弯曲并且留在 容屑槽内， 从而缓解拉刀在拉削过程中的加工能力， 降低切屑对工件加工表面的摩擦， 从而保证达到加工工件要求的表面加工质量以及加工精度。所以，在设计渐开线花键 拉刀的过程中必须有拉刀分屑槽。 对于渐开线花键拉刀，此类拉刀中的分屑槽型式一般为 V 形，简图为图 54： 太原工业学院毕业设计 11 图 54V 形分屑槽 因为，在分屑槽底后角 5 f a及 V 形容屑槽的分屑槽角度=60时，分屑槽后 角 0 为032，此时的拉刀刀齿切削性能较好；分屑槽角度=90时， 0 为123， 此时的切削性能好。即 分屑槽底后角 5 f a 分屑槽角度分屑槽后角 0 拉刀刀齿切削性能 =60 0 =032较好 =90 0 =123好 所以，在分屑槽底后角 5 f a时，分屑槽角度选择为=90。 渐开线花键拉刀的分屑槽槽数为 )83( 0 b nk（56） 式中 0 b 拉刀切削齿宽度 得2 6 12 k n 渐开线花键拉刀的分屑槽尺寸通过查表 54 太原工业学院毕业设计 12 图 5V 形分屑槽 表 54花键拉刀分屑槽尺寸（V 形）(mm) 键宽 b1012 s 1 s 2.5 5 3 6 c b c h 0.71.1 0.4 所以，分屑槽宽度 c b 为 0.9mm，分屑槽深度 c h 为 0.4mm。 5.4渐开线花键拉刀的几何参数确定5.4渐开线花键拉刀的几何参数确定 5.4.1拉刀前角5.4.1拉刀前角 0 的确定的确定 拉刀前角 0 对切屑的形成以及拉刀的使用寿命和拉削力大小有很大的影响。 拉刀 前角的选择原则是由被加工材料的性质来决定，当工件材料的强度或者硬度较低时， 前角可以选择大一些；当工件材料是脆性材料时，选择的前角可以小一些。 由已知的设计条件知，工件材料是 20CrMnMuH，属于合金结构钢，是一种渗碳 钢。则可以根据表 55 来选择拉刀前角 0 。 太原工业学院毕业设计 13 表 55拉刀切削齿前角 查表 55取 0 = Z0 =18 5.4.2拉刀后角5.4.2拉刀后角 0 和刃带宽和刃带宽 1 b的确定的确定 拉刀后角的作用是减少拉刀齿的后刀面与被加工工件表面之间的摩擦，拉刀后角 的选择原则是由设计的拉刀类型和被加工工件的精度来决定。 表 56拉刀后角 0 和刃带宽 1 b 查表 56取 0 = 1 0 032， Z0 = 03 0 1 1 b=0.050.15mm， Z b 1 =0.3mm 太原工业学院毕业设计 14 5.5渐开线花键拉刀的组成结构尺寸确定5.5渐开线花键拉刀的组成结构尺寸确定 5.5.1柄部尺寸的确定5.5.1柄部尺寸的确定 由于拉刀的柄部结构和尺寸在设计过程中以及生产制造中，它的结构型式等已经 处于标准规格，所以，在选用拉刀柄部尺寸时可以参照标准规格来选取，它的柄部尺 寸可以选择略小于预制孔的直径值。 按 GB3832.883，查表 57 表 57拉刀圆柱形柄部结构及尺寸 查表 57取柄头直径 1 D 为 025 . 0 064 . 0 40 mm， 1 D 为 39.5mm 太原工业学院毕业设计 15 卡爪槽直径 2 D 为 0 250. 0 30mm 1 L =25mm， 2 L=32mm， 3 L=110mm，c=5mm 5.5.2颈部尺寸的确定5.5.2颈部尺寸的确定 拉刀的颈部长度和拉床的型号有关，在颈部的直径设计过程中设计的颈部直径可 以与柄部直径相同或者略小于柄部直径。 图 55拉刀颈部长度 0 l 计算图 由已知设计条件知，所选拉床是卧式拉床，型号是 L6140，此种拉床它的床壁厚 度 H 是 100mm，它的花盘厚度 1 H 是 50mm，卡盘与床壁之间的间隙 c l 是 15mm。 则 拉床 L6140 的过渡锥长度取为 20mm， 颈部尺寸mmHHlLLLl c 21850100152532110 12130 所以，颈部尺寸 0 l 取为 220mm。 5.5.3前导部尺寸的确定5.5.3前导部尺寸的确定 渐开线花键拉刀的前导部是起到了支承和导向的作用，让拉刀在进入工件孔内能 够定位准确，并且可以查看拉前孔径是否合适，避免拉刀的刀齿因为负荷过重而使得 拉刀破坏。 拉刀的前导部可以通过计算来获得设计所需要的尺寸。 渐开线花键拉刀的前导部简图如图 56： 太原工业学院毕业设计 16 图 56拉刀前导部 因此，渐开线花键拉刀前导部的尺寸计算为： （1） 3 D 为前一根拉刀的校正齿直径 Z d ,偏差为 f7 （2） 3 l 为拉削长度 L，即Ll 3 。 由此可知 050 . 0 085. 03 4.904 Dmm 60 3 lmm 5.5.4后导部尺寸的确定5.5.4后导部尺寸的确定 渐开线花键拉刀的后导部是起到了使拉刀在拉削加工中的最后阶段中拉刀的刀 齿在远离加工工件前，使得拉刀与工件之间的距离至少达到安全距离，从而使得拉刀 平稳而且平衡。 渐开线花键拉刀的后导部简图如图 57： 图 57拉刀后导部 因此，渐开线花键拉刀的后导部尺寸计算为： （1） 4 D 等于渐开线花键拉刀小径的最小尺寸，偏差按 f7 （2）Ll)7 . 05 . 0( 4 （L 为工件长度）（57） 由此可知 050 . 0 085 . 0 4 15.45 Dmm 50 4 lmm 太原工业学院毕业设计 17 5.5.5后柄尺寸的确定5.5.5后柄尺寸的确定 渐开线花键拉刀的后柄是起到了在拉刀每次拉削后，从最后行程运动到拉削前的 开始位置。从而在拉刀最后进行圆柱形后柄的设计。 渐开线花键拉刀的后柄简图如图 58： 图 58拉刀后柄 由于渐开线花键拉刀的后柄尺寸一般与前柄柄部尺寸相同，因此后柄尺寸为 1 D = 025 . 0 064 . 0 40 mm 2 D = 0 250 . 0 30mm 1 L =25mm， 2 L=32mm， 3 L=110mm，c=5mm 5.5.6基圆直径的确定5.5.6基圆直径的确定 由公式（58）可以计算出基圆直径 b d Db ddcos（58) 式中d分度圆直径（mm） ，d=47.5mm D 标准压力角， D =30 得 b d=47.5cos30=41.136mm 5.5.7拉刀分度圆弧齿厚的确定5.5.7拉刀分度圆弧齿厚的确定 渐开线花键拉刀的分度圆弧齿厚是一个重要的设计参数。 由公式（59）可以计算出拉刀分度圆弧齿厚 0 s 3 max0 E Es （59） 太原工业学院毕业设计 18 式中E内花键分圆弧齿槽宽， max E=4.081mm， min E=4.047mm 得 07 . 4 3 047. 4-081. 4 081. 4 0 smm 5.5.8拉刀花键齿的第一齿的齿顶宽的确定5.5.8拉刀花键齿的第一齿的齿顶宽的确定 渐开线花键拉刀的花键齿的第一齿的齿顶宽是一个重要的设计参数。 由公式（510）可以计算出拉刀的花键齿的第一齿的齿顶宽 1 s )( 1 0 11 invinv d s Ds D （510） 式中 0 s 拉刀分度圆弧齿厚（mm） D 标准压力角 得 1 D =45.15mm 0 s =4.07mmd=47.5mm D =30 0.91617 4.904 41.136 D cos 1 b 1 d 1 =23.628 52902 . 0 tan 111 inv 053751 . 0 tan DDD inv 则 5.125)52902 . 0 053751 . 0 5 . 47 07 . 4 (4.904 1 smm 5.5.9渐开线花键拉刀齿形尺寸的确定5.5.9渐开线花键拉刀齿形尺寸的确定 （1）校准齿直径 z D 的确定 拉刀的校准齿所起的作用极大，在拉削过程中起到了校准和修磨的作用，而且校 准齿不具有齿升量。在校准齿的齿数选择过程中，要考虑到拉刀的使用寿命和被加工 孔的精度等要求，在一般情况下，校准齿的齿数要求在 47 个。 由公式（511）可以确定校准齿的直径 z D maxeiz DD（511） 式中 maxei D渐开线內花键大径的最大尺寸 孔直径变形量，在一般设计中取= 030 . 0 0 mm 太原工业学院毕业设计 19 得 z D = 030 . 0 030 . 0 28.50 mm （2）第 1 个花键切削齿直径 1 d 的确定 由公式（512）可以确定第 1 个花键切削齿直径 1 d min01 Dd （512） 式中 min0 D拉前孔径的最小尺寸 得 90.44 1 dmm （3）花键齿的周节的确定 由公式（513）可以确定花键齿的周节 p mp（513） 得 7.853982.5p （4）减少拉刀花键齿齿侧面与工件间加工表面摩擦 减少拉刀花键齿齿侧面与工件间加工表面摩擦的原因是，要保证加工表面质量， 所以，采用拉刀后顶尖抬高的方法。 抬高拉刀后顶尖的意义在于获取侧刃副偏角 ，首先渐开线花键拉刀的刀齿齿 距要相同，否则会有误差。 所以在计算拉刀后顶尖抬高量时，要将分度圆处的齿形当作直线，齿形角为 D ， 那么拉刀齿形的分度圆齿形角为 - D 。 拉刀抬高量计算简图如图 59： 太原工业学院毕业设计 20 图 59拉刀抬高量计算简图 渐开线花键拉刀的每齿抬高量 z h 为： sin z hmm（514） sin)()sin( fD rr （515） ) sin arcsin( f D ar r （516） - D （517） z 90 （518） 式中r渐开线花键拉刀内花键分度圆半径，r=23.75mm 、中间值 渐开线花键拉刀的后顶尖抬高量计算公式为： z h p L h 0 （519） 所以，由已知可得： 太原工业学院毕业设计 21 r=23.75mm，z=19， 30 D ，p=12，mmL1250 0 一般取 2 则，通过运用以上公式计算可得， 4.73684， 32.73684， 27.931，mm0.001842 所以，拉刀的每齿抬高量 z h 为：0.003403mm z h 拉刀的后顶尖抬高量 h 为：h=0.352mm 5.6渐开线花键拉刀的强度校验5.6渐开线花键拉刀的强度校验 渐开线花键拉刀拉削时，尽管每个拉刀刀齿的切削厚度很小，但是同时参加拉削 工作的拉刀切削齿很多，使得拉削长度也很长，因此，在拉削过程中所需要的拉削力 也很大。 渐开线花键拉刀的最大切削力 max F用公式（520）计算 e bnZFF max （520） 式中F拉刀单位长度切削刃上的拉削力（mmN /） ； b键宽（mm） ，b= 1 s ； n花键数； e Z 最大同时工作齿数。 由于工件材料是 20CrMnMoH，是中淬透性合金渗碳体，属于合金结构钢， 20CrMnMoH 渗碳钢的硬度217HBS，而且，单位长度切削刃上的拉削力F也与齿升 量 f a 有关。所以，可以通过查表 648 来获取拉刀单位长度切削刃上的拉削力F。 拉削过程中的拉刀同时工作齿数与齿距和拉削长度有关，设计时必须要考虑拉削 长度、齿距以及拉削力和容屑空间等因素，才能使得拉削过程更加平稳，能够得到更 好的拉削表面质量。所以，在设计工作齿数时可以通过查表 58 来获取拉刀的最大 同时工作齿数 e Z 。 太原工业学院毕业设计 22 表 58拉刀单位长度切削刃上的拉削力 F 齿升量 f a /mm 工件材料及硬度 碳钢合金钢 197HBS197229HBS229HBS197HBS197229HBS229HBS 0.03 0.04 0.05 0.06 123 143 167 177 136 158 181 195 161 187 216 232 157 184 207 238 169 198 222 255 186 218 245 282 表 59L、p、Ze 数值表 则，通过查表 58、表 59，得 F=198mmN / e Z =6 由已知，得 b= 1 s =5.125mm n=z=19 由此可以计算出渐开线花键拉刀的最大切削力 max F NbnZFF e 568211619125 . 5 198 max 由于选用的拉床型号是 L6140，这种拉床的最大拉力是 400000N，因此，由于 max F25 圆跳动公差（同一方向）0.030.040.06 由表 6110 得拉刀外径在全厂上的圆跳动公差为 0.04mm。 表 63拉刀粗切齿外圆直径公差 （mm） 齿升量 f a粗切齿直径偏差相邻两齿直径公差 0.030.05 0.050.06 0.06 0.010 0.015 0.020 0.025 0.010 0.015 0.020 0.025 由表 63 得渐开线花键拉刀的粗切齿直径偏差为0.015mm，相邻两齿直径公 差为 0.015mm。 太原工业学院毕业设计 32 表 64花键拉刀校准齿和精切齿外径公差 （mm） 內花键大径基本尺寸花键校准齿及与其尺 寸相同的精切齿外圆直径 的极限偏差 其余精切齿外圆直径 的极限偏差 1430 3282 88125 0 015 . 0 0 018 . 0 0 020 . 0 0 015 . 0 由表 64 得渐开线花键拉刀的花键校准齿及与其尺寸相同的精切齿外圆直径 的极限偏差为 0 018 . 0 mm，其余精切齿外圆直径的极限偏差为 0 015 . 0 mm。 表 65渐开线花键拉刀键齿周节累积公差 （mm） 分度圆直径键齿数周节累积公差 內花键齿槽公差带 4H5H6H7H 1018240.0150.0200.025 240.0220.030 1830240.0120.018 240.0210.0250.035 3050240.015 240.0250.0300.040 5080240.018 240.0210.0300.0350.045 80240.050 240.0250.0350.040 由表 65 得渐开线花键拉刀键齿周节累积公差为 0.025mm。 太原工业学院毕业设计 33 表 66渐开线花键拉刀齿形公差 标准齿形角 30 D 时（mm） 模数 齿形公差 內花键齿槽公差带 4H5H6H7H 11.250.0120.0150.020 1.520.0150.0200.025 2.53.50.0100.030 450.0120.0200.0250.035 由表 66 得渐开线花键拉刀齿形公差为 0.015mm。 表 67渐开线花键拉刀测量值 R M 的公差 标准齿形角 30 D 时（mm） 模数 测量值 R M 的公差 內花键齿槽公差带 4H5H6H7H 11.25 0 020 . 0 0 030 . 0 0 035 . 0 1.52 0 025 . 0 0 035 . 0 0 040 . 0 2.53.5 0 015 . 0 0 030 . 0 0 040 . 0 0 045 . 0 45 0 020 . 0 0 035 . 0 0 045 . 0 0 050 . 0 由表 67 得渐开线花键拉刀测量值 R M 的公差为 0 030 . 0 mm。 表 68拉刀前角、后角、刃带宽和槽深公差 前角 0 后角刃带宽/mm槽深 0 g z 0.10.30.40.60.71.0 031+ 1+0 3 0 3 +0.1+0.15+0.2+10 太原工业学院毕业设计 34 6.2其它公差项目6.2其它公差项目 （1）拉刀齿形在轴向不能有正向锥度，但是可以有倒锥度，其大小不能超过规 定的测量值 R M 的公差值。 （2）拉刀花键齿对刀体轴线的对称度公差为 0.015mm。 （3）拉刀的齿形是渐开线齿形，螺旋度公差不能超过（0.0150.025）mm。 （4）拉刀材料一般为 W18Cr4V 或同性能的高速工具钢。 （5）热处理硬度在以下范围内： 刀齿和后导部6366HRC 前导部6066HRC 柄部4558HRC （6）拉刀总长度公差拉刀总长度大于 1000mm，取5mm；拉刀总长度小于 或等于 1000mm，取3mm。 太原工业学院毕业设计 35 7渐开线花键拉刀的工艺过程7渐开线花键拉刀的工艺过程 表 71工艺过程流程图 太原工业学院毕业设计 36 注：渐开线花键拉刀的具体工艺规程见工艺卡片。 太原工业学院毕业设计 37 结论结论 在毕业设计即将结束之际，回顾本次的毕业设计，让我获益良多。 通过这次对渐开线花键拉刀的设计，让我能够更好的掌握理论知识与生产实际相 结合的道理，使我有了解决实际问题的能力，并且充分认识到独立思考的重要性，同 时也提高了我对查阅文献资料及机械制图的能力，以及对办公软件的熟练使用。而且 通过毕业设计，让我对设计的整体结构有了一定的把握，学会了如何去对设计布局、 设计细节的处理，提高了我的设计经验，达到了进行毕业设计的目标。 在设计过程中，尽管设计的拉刀内容较多，设计过程也较复杂，但是对我来说收 获很大。渐开线花键拉刀的参数繁多，尺寸要求也很严格，以及拉刀的工艺编制也相 对很难，同时需要运用制图软件对渐开线花键拉刀进行绘图，让我在设计的进行中不 断完善自身对知识的运用和对制图软件的掌握。在与指导老师的交流中也让我学习到 如何设计渐开线花键拉刀才能更好的达到毕业设计的要求并且自己所设计的刀具更 好的符合生产实际中的要求，使我在设计过程中对机械行业有了进一步的认识，同时 对自身学到的知识在未来的工作中使用有了新的认识。 此次的毕业设计对我们在毕业以后的工作中有很大的帮助，我们在工作中难免会 遇到在毕业设计过程中类似的问题，那么我们就有了这类问题的解决办法。 在这紧张的毕业设计时间内，通过此次的设计让我在以后的工作中有了一定的信 心，也让我认识到随时学习的重要性。 太原工业学院毕业设计 38 参考文献参考文献 1GB/T 5102-2004，渐开线花键拉刀.技术条件S 2GB 3832.3-2008,拉刀圆柱形后柄.型式和基本尺寸S 3GB 3832.2-2008,拉刀圆柱形前柄.型式和基本尺寸S 4 袁哲俊， 刘华明.刀具设计手册M.北京： 机械工业出版社， 1999 年 6 月： 527-668. 5楼希翱,薄化川.拉刀设计与使用M.北京：机械工业出版社，1990 年 10 月. 6林祖强.简述渐开线花键拉刀的设计J.中国科技信息，2007， （4） ：71-72. 7秦秉常.渐开线花键拉刀的制造J.机床与工具，1955， （18） ：21-26. 8刘美华，张秀娟.互换性与测量技术M.武汉：华中科技大学出版社，2013 年 2 月：32-142. 9韩荣第， 袭建军， 王辉.金属切削原理与刀具M.哈尔滨： 哈尔滨工业大学出版社， 2013 年 6 月：215-229. 10文九巴.机械工程材料M.北京：机械工业出版社，2009 年 7 月：172-175. 11王先逵.机械制造工艺学M.北京：机械工业出版社，2013 年 1 月：25-65. 12薛青萍.抬高后顶尖磨制渐开线花键拉刀的齿形修正J.机械管理开发，2006， （4） ：1-2. 太原工业学院毕业设计 39 致谢致谢 不知不觉大学四年的时间已经接近尾声，在这学期的毕业设计即将结束之际，回 顾在毕业设计这段时间内的生活， 感觉非常充实， 很踏实。 也让我感觉临近毕业之际， 我的四年大学生活比较丰富，没有留下遗憾。 本次的毕业设计是在指导老师原宏老师的细心教导下完成的。从刚开始的论文开 题报告、设计的资料准备、设计方案的确定，直到设计的进行以及完成工作，都离不 开指导老师袁老师的耐心教导，在设计的这段时间内，原老师那严谨的态度、渊博的 知识给我留下了很深的印象，老师对我们的细心教导以及对我们在以后的生活工作中 给予了很多的忠告和建议，在此次毕业论文结束之时，让我向原老师致以深深的感谢 和敬意。 同时，我还要感谢我同宿舍的室友，是他们在我进行设计过程中遇到卡壳的是时 候，帮助我解决问题，并且给了我一个安静温馨的环境。 其次，我要感谢与我同样设计拉刀的同学们，因为当我们在设计过程中遇到某些 问题时，我们可以一起进行讨论，一起进行参考文献的查阅，就资料上的内容进行讨 论， 从而找出可以帮助我们解决设计方面的问题， 使得我们能够顺利的完成毕业设计， 也使得我们培养了团队合作的能力，也从中认识到在以后的工作中合作的重要性。因 此，在此我郑重地向他们道一声谢谢。 最后，感谢太原工业学院对我们的培养，让我们学到了很多知识，也认识了很多 对我们以后的人生有帮助的人，使我对在未来的工作中充满了信心与期待。同时我还 要感谢我的父母，感谢他们对我的支持和付出，让我的未来能够飞的更高更远。 1 太原工业学院 机械加工工艺过程卡片机械加工工艺过程卡片 产品编号JKHLD032页号1 产品名称渐开线花键拉刀共 3 页 第 1 页 刃部材料牌号W6Mo5Cr4V2柄部材料牌号W6Mo5Cr4V2毛坯种类产品规格 工序号工序名称工序内容车间工段设备工艺装备工时 准终单件 1切料、校直备料锯床螺旋校直机、盒尺 2去应力退火备料 3车端面打中心孔拉刀车床中心架、三爪卡盘、钻卡头、钻卡头接杆 4车外圆及卡环槽粗车各部外圆、卡环槽、倒角拉刀车床柄部样板、顶尖、鸡心卡头、百分表架 5车切削齿锥度车切削齿锥度拉刀车床游标卡尺、顶尖、鸡心卡头、百分表架 6车容屑槽车花键切削齿、容屑槽拉刀车床抗弯卡具、沟形样板、卡尺、百分表架 7校直拉刀螺旋压力机百分表架、V 形楔块 8荒磨外圆磨前导部、切削齿、校准齿拉刀外圆磨床环形卡锥、支架、顶尖 9铣花键通铣花键、铣切削齿部花键拉刀铣床铣刀、铣刀杆、铣花键支架、千分尺、卡尺 10磨底径拉刀分屑槽磨床底径千分尺、卡尺、百分表架、砂轮 11热处理热处理 12研磨中心孔拉刀中心孔研磨机研孔顶尖、卡尺、万能角度尺、顶尖 13磨支承拉刀拉刀磨床百分表架、金刚石、砂轮 14粗磨前刃面，磨 容屑沟底 拉刀拉刀磨床环形卡簧、拉刀磨支板、支架、百分表架 15校直拉刀校直压力机校直平台、手锤、扁剁、簧摆检查具 编制日期审核日期标准审查日期会签日期 标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期 2 太原工业学院 机械加工工艺过程卡片机械加工工艺过程卡片 产品编号JKHLD032页号2 产品名称渐开线花键拉刀共 3 页 第 2 页 刃部材料牌号W6Mo5Cr4V2柄部材料牌号W6Mo5Cr4V2毛坯种类产品规格 工序号工序名称工序内容车间工段设备工艺装备工时 准终单件 16磨支承拉刀拉刀磨床百分表架、金刚石、砂轮 17粗磨外圆磨前后导、前后柄部，颈部和各部 齿外圆 拉刀外圆磨床环形卡簧、支板、顶尖、千分尺、砂轮 18精磨外圆精磨各部外圆及各部齿后角拉刀外圆磨床环形卡簧、支板、顶尖、千分尺、砂轮 19精磨前导部花键 侧角 拉刀拉刀磨床环形卡簧、顶尖、金刚石、砂轮 20精密校直拉刀钳工校直平台、簧摆检查具、扁剁 21磨支承拉刀拉刀磨床百分表架、金刚石、砂轮 22粗磨齿厚粗磨齿厚、磨花键切削齿部的底径拉刀数控花键磨床花键磨支架、卡簧 23精磨齿厚拉刀数控花键磨床花键磨支架、卡簧 24磨侧角齿拉刀数控花键磨床花键磨支架、卡簧 25磨侧隙角拉刀数控花键磨床花键磨支架、卡簧 26划线拉刀钳工簧摆检查具、分度头、划线卡尺、卡尺 27磨分屑槽拉刀分屑槽磨床升降顶尖、等分卡具、弯尾卡簧、砂轮 28修磨键底拉刀分屑槽磨床底径千分尺、卡尺、百分表架、砂轮 29精磨前刃面拉刀拉刀磨床环形卡簧、拉刀磨支架、支架、砂轮 编制日期审核日期标准审查日期会签日期 标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期 3 太原工业学院 机械加工工艺过程卡片机械加工工艺过程卡片 产品编号JKHLD032页号3 产品名称渐开线花键拉刀共 3 页 第 3 页 刃部材料牌号W6Mo5Cr4V2柄部材料牌号W6Mo5Cr4V2毛坯种类产品规格 工序号工序名称工序内容车间工段设备工艺装备工时 准终单件 30标志拉刀钳工刻字模版 31清洗、防锈、包 装 包装 编制日期审核日期标准审查日期会签日期 标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期 4 太原工业学院 机械加工工序卡片机械加工工序卡片 产品编号JKHLD032产品规格 产品名称渐开线花键拉刀材料牌号W6Mo5Cr4V2 共 3 页第 1 页页号4 工序号工序名称设备名称设备型号设备编号冷却液上序下序生产车间 1切料、校直锯床G5020去应力退火备料 工步号工步名称 技术要求：1、拉刀的成品尺寸见下料表，毛坯尺寸按以下要求计算，毛坯直径 D 为成品最大直径加留量D，毛坯长度 L 为成品长度加留量L，L、D 见表 公称尺寸工序尺寸工装名称使用范围主轴转速（r/min） 切削速度 （m/min） 走刀量（mm/r） 吃刀量 （mm） 走刀次数工时定额 螺旋压力机机动辅助 盒尺 2m 编制日期标准审