金属切削刀具课程设计-圆孔拉刀设计矩形花键铣刀设计.doc

中北大学课 程 设 计 说 明 书全套图纸加扣 3012250582学生姓名： 学 号： 学 院： 机械工程与自动化学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 题 目： 圆孔拉刀设计 矩形花键铣刀设计 指导教师： 职称: 教授 指导教师： 职称: 教授 2009年6月3日 中北大学课程设计任务书 2008/2009 学年第 2 学期学 院： 机械工程与自动化学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学 号： 课程设计题目： 圆孔拉刀设计 矩形花键铣刀设计 起 迄 日 期： 6月4日6月12日 课程设计地点： 指 导 教 师： 下达任务书日期: 2009年6月3日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：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（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：完成成形车刀、成形铣刀、拉刀其中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设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：1刀具图纸 2张（A1或A2，计算机绘制）2课程设计说明书 1份（打印，A4纸不少于20页）课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1刘华明主编金属切削刀具设计简明手册北京：机械工业出版社，1994.72乐兑谦主编金属切削刀具北京：国防工业出版社，1984.65设计成果形式及要求：1刀具工作图 2张（A1或A2，计算机绘制）2课程设计说明书 1份（计算机打印，A4纸不少于20页）6工作计划及进度：2009年6月4 日 消化资料、方案设计 6月6 日 结构草图设计及校验计算6月8 日 6月10日 工作图设计6月11日 编写说明书6月12日 答辩系主任审查意见： 签字： 年 月 日设计任务231. 圆孔拉刀设计被加工零件如图1.所示，工件材料为：可锻铸铁KTH30006；硬度HBS120 ；强度b =300Mpa。 2. 矩形花键铣刀设计被加工零件如图2.所示，工件材料为：可锻铸铁KTH30006；硬度HBS120 ；强度b =300Mpa；工件长度L=30mm。 图1 图2前 言大学三年级可以说是大学四年学习生活中很重要的一年。这一年，开设了很多专业课，为我们走出校园，走向工作岗位奠定了基础，使我们的专业知识素养提高到可观的层面。金属切削原理与金属切削刀具是众多专业课中很重要的一门，是机械设计制造及其自动化专业学生所必备的专业知识技能。介于其重要性，学校开设了一周的金属切削刀具课程设计。它是基于我们对金属切削原理及刀具学习后的实践性环节，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。我的课程设计题目是圆孔拉刀设计与矩形花键铣刀设计。在设计过程中，我充分运用了所学过的相关知识，并且查阅相关资料，充分运用了绘图软件AUTOCAD，设计了零件的工艺、编制了零件的加工程序等。通过这次课程设计，我对这学期本门课程所学的内容又了进一步的理解和掌握。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 2009年6月5日一、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。二、设计内容和要求完成圆孔拉刀、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。三、拉刀的设计设计任务圆孔拉刀设计被加工零件如图1.所示，工件材料为：可锻铸铁KTH30006；硬度HBS120 ；强度b =300Mpa。 图1 说明broach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。常见拉刀的种类如下图 图2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（一）选定刀具类型和材料的依据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。 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整体制造。（二）刀具结构参数、几何参数的选择和设计设计步骤 选择L6110拉床进行加工，其参数如下。拉床型号公称拉力Ft(KN)床壁孔径床壁厚度Bs花盘孔径花盘厚度a法兰盘厚度a最大行程(mm)L611010012560100603014001、拉削余量 2、选择切削几何参数 按表52，53选择。前角=5 粗切齿后角 精切齿后角 校准齿后角3、齿升量选择 查表51，取粗切齿齿升量0.05mm。为使拉削平稳，令第一个过渡齿到最后一个精切齿间各刀齿的齿升量均匀递减。取过渡齿和精切齿齿数5齿，齿升量可先按0. 8f、0. 5f、0. 3f、 0. 2f、 0. lf，精切齿齿升量选取0.005mm。 4齿距及同时工作齿数 齿距p是相邻两刀齿间的轴向距离，确定齿距的大小时，应考虑到拉削的平稳性及足够的容屑空间，一般应有38个齿同时工作为好。 粗切齿的齿距p按经验公式计算： 取标准值p=7mm。 最大同时工作齿数，取整数部分为3。 过度齿齿距 P10mm,精切齿齿距 （便于制造）5.容屑槽形状及尺寸 容屑槽要有足够的容屑空间，能使切屑卷曲自由，又能使刀齿有足够强度，并可多次重磨，常见的容屑槽有三种形式，分别为齿背为直线的槽形，齿背为曲线的槽形，加长齿距的槽形。其中齿背为曲线的槽形有利于卷屑，适用于拉削韧性材料，所以选择此种槽形，并为基本槽。图3 根据相关标准，取K=2.5（齿升量0.05mm，加工材料为可锻铸铁） 所以 根据相关标准，取h=2.5mm，g=2.5mm，r=1.3mm，R=4mm。槽形形状及参数见图。6分屑槽的设计 分屑槽的作用是减小切屑宽度，便于切屑容纳在容屑槽里。当切削韧性金属时，若没有分屑槽，则圆孔拉刀的每个刀齿切下的金属层是一个圆筒，它会套在容屑槽中，是清除切屑十分困难，对拉削过程十分不利。故对切削宽度较大的拉刀，在切削齿的切削刃上都要做出交错分布的分屑槽，将切屑分成许多小段。图4根据相关标准，取分屑槽数n=6，槽宽b=1.0mm，槽深=0.4mm，槽角为了保证拉削质量，在最后一个精切齿生不加工分屑槽。7拉刀的校准齿数表1 拉刀校准部齿数拉 刀 类 型 校 准 齿 齿 数 圆拉刀加工公差等级H7H9的孔 57加工公差等级H10H11级精度的孔 45加工公差等级H12H13级精度的孔 34 花键拉刀、 方拉刀、键槽拉刀及具有单面刀齿的拉刀 45校准部的校准齿无齿升量，只作校准和修光作用，不做出分屑槽。为了便于制造，校准齿的前角、后角与齿形均可做成与精切齿相同。所加工圆孔精度等级为H7，所以根据上表选取校准齿数为5，取校准齿齿距p等于粗切齿齿距即p=6.7mm。8切削齿齿数与直径 切削齿齿数为 粗切齿的齿数根据它切去的余量与齿升量来决定，第一个粗切齿的直径与前导部的直径相同，即没有齿升量。这是为了避免第一个切削齿因拉削余量不均匀或金属内含有杂质而承受过大的偶然负荷。 由前面的计算得拉削余量0.55mm，由前面的计算可知粗切齿齿升量为0.05mm，过渡齿齿数5齿，精切齿齿数7齿，齿升量分别为0. 8f、0. 5f、0. 3f、0. 2f、 0. lf，精切齿齿升量选取0.005mm。得 所以得 取粗切齿4齿。第一齿齿升量为0，第二齿齿升量取0.045mm，后三齿齿升量为0.05mm。切削部的长度 9非工作部分的设计 (1)柄部 柄部的作用是供拉床夹头夹住以传递动力。其直径至少应比拉削前的孔径小0.5mm。 拉削前的孔径D=，所以根据相关资料查得： ，C=3，。详细见图纸。 (2)颈部 连接柄部与其后各部分。其长度应能使拉刀第一刀齿未进入工件孔之前，拉床夹头可以夹住柄部。拉刀的标记就打在颈部。 颈部长度 其中为过度锥长度，取10mm。 根据经验设计，颈部直径。 (3)过度锥 其作用是使拉刀容易进入工件孔中，起对准中心作用。 过度锥长度，其直径前端等于颈部直径，后端等于前导部直径。 (4)前导部 起导向和定心的作用，防止拉刀歪斜，并可检查拉削前孔孔径是否太小，以免拉刀第一刀齿负荷太大而损坏。其直径应等于拉削前孔的最小直径，长度一般等于拉削孔长度l。 所以 ，。 (5)后导部 保持拉刀最后的正确位置，防止拉刀即将离开工件时，工件下垂而损坏已加工表面。其直径等于拉削后孔的最小直径，长度等于(.50.7)，但不小于20mm。 所以 ， 。 (6)支托部 防止长而重的拉刀自重下垂，影响加工质量和损坏刀齿。 支托部长度 ，。10拉刀强度与拉床拉力的校验 为了不拉断拉刀和损坏拉床，在设计拉刀时，必须进行拉刀强度与拉床拉力的校验。 (1)拉削力的计算 普通拉削式圆孔拉刀的最大拉削力为其中为拉刀拉削刃单位长度上的拉削力，查相关资料得=123N。 (2)拉刀强度校验 拉削是产生拉应力应小于材料许用应力，即。 高速钢(W18Cr4V)的=343392MPa。拉刀最小截面在拉刀在第一刀齿容屑槽处，d=19.45-2.5*2=14.45mm。 带入计算得 (3)拉床拉力校验 拉削时产生的最大拉削力应小于拉床的实际拉力 L6110型拉床公称拉力为100KN，所以符合条件。11圆孔拉刀齿序圆孔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119.45919.93219.541019.94319.641119.95419.741219.96519.821319.97619.871419.98719.901519.99819.921620.00四、铣刀的设计设计任务矩形花键铣刀设计被加工零件如图2.所示，工件材料为：可锻铸铁KTH30006；硬度HBS120 ；强度b =300Mpa；工件长度L=30mm。 图5铣刀是一种应用很广泛的多齿多刃回转刀具。铣削加工时，铣刀饶起轴线转动，而工件做进给运动。铣削加工与刨削加工相比较，铣削时同时参加工作的切削刃总长度较长，且无空行程，而使用的的切削也叫高，故加工生产效率也一般较高，表面的粗糙度也较小。铣刀的种类很多 图6矩形花键通常采用铣切或滚切成形，再经磨花键达到设计图纸要求。铣切加工一般采用专门设计的T形槽铣刀，这种铣刀适合大批量专业化生产，但对中、小批量非专业化生产不太适合。为解决这个问题，我们试用三面刃铣刀及片铣刀，获得了满意的结果。 （一） 齿形的设计计算1.前角为零时，工件法剖面截形就是铣刀的齿形。2.前角大于零时 铣刀有了前角以后，其刀齿在径向截面的齿形和前刀面上的齿形，就与工件法剖面的截形不同了。设f为铣刀外圆处的纵向前角，当f较大时，铣刀径向截面和前刀面上的齿形需进行修正计算。 下图所示的是工件齿形和铣刀齿形得关系，其中（b）为给定的工件齿形；（c）为铣刀径向截面应具有的齿形，即铲刀应具有的齿形；（d)为铣刀前刀面的齿形，即样板应具有的齿形。图7（二）结构参数的选择及计算设计步骤1.铣刀齿形高度h 设被切工件成形部分高度为hw，则成形铣刀齿形高度应为： hhw（12）mm2.铣刀宽度B 设被切工件阔形宽度为Bw，则铣刀宽度B可取为稍大于B。3.容屑槽底形式 铲齿成形铣刀容屑槽底形式通常有两种，即平地形式和中间有凸起或槽底倾斜的加强形式。在铲削深度较小和刀齿强度足够的情况下，应采用平底形式。在铣削深度较大时，宜采用加强形式。4.铣刀的孔径d 铣刀的孔径d应根据铣削宽度和工作条件选取，可以按刚度，强度条件计算，也可根据生产经验选取。5.铣刀的外径do 对于平底形式的容屑槽，铣刀外径可按下面公式计算：dod+2m2H式中：d铣刀孔径 m壁厚，一般取（0.30.5）d H全齿高 由于全齿高的计算又需依据外径do，因此，用上式直接计算铣刀外径是困难的，我国一些工厂采用下式估算铣刀外径： do（22.2）d2.2h（26）根据上面公式的计算结果再取外径的推荐值。6.铣刀的圆周齿数Zk 铲齿成形铣刀的圆周齿数Zk可按下式计算 Zkdo/S式中S为铣刀的圆周齿距，粗加工时，可取S（1.82.4）H精加工时，可取S=(1.3-1.8)H，式中H为容屑槽的高度。 但是在设计成形铣刀时，直接按公式计算圆周齿数是困难的，因为式中H尚未确定，而确定它时，又要反过来依据铣刀的圆周齿数。因而在设计时，可根据生产经验按铣刀外圆直径的大小预先选定圆周齿数，在设计计算出铣刀的其他结构参数后再反过来校验圆周齿数设计得是否合适。7.铣刀的后角及铲削量K 设铲齿成形铣刀的顶刃径向后角为f，一般取f10o15o。相应的铲削量可按下式计算：Ktgfdo/Zk，式中do为铣刀外径，Zk为圆周齿数。求出铲削量后，应按附录表40所列的铲床凸轮的升距选取相近的K值。 初步选定径向后角和计算出铲削量以后，需验算刀齿侧刃上一点x的主剖面后角ox，验算应选x最小处的x点，验算公式可按下面公式： tgoxtgfsinx 应使ox不小于23o。实际计算表明，当x15时，常满足这宜要求，可采用增大顶刃后角，斜置工件，斜铲齿等方法增大侧刃后角。 对于精度要求高的成形铣刀，其齿背除铲齿外尚需进行铲磨。为使铲磨时又砂轮空刀，齿背后部应做出深铲部分。选择II型深铲形式，经计算选K4，K2=0.70.88.容屑槽尺寸（1）容屑槽底半径r 可按下式计算：r do-2(h+K)/2AZh式中A为系数，当铲齿凸轮空程角60时，A6，当90时，A4。对于需要铲磨齿背的成形铣刀，通常取90o计算出的r应圆整刀0.5mm。（2）容屑槽间角：一般取20o35o（3）容屑槽深度H：HhK+K2+r9.分屑槽尺寸 当铣刀宽度B20时，切削刃上不需要作分屑槽。10.刀齿、刀体强度和砂轮干涉的校验 由以上所述可以看出，在确定铲齿成形铣刀的外径do，齿数Zk，铲削量K，容屑槽深度H.等参数时，常常互相牵涉，难以直接确定某一参数。因此，需采取试算的方法，首先假设几个参数的数据，再根据他们确定其他一些参数。这样选定成形铣刀的各参数后，还需进行校验，检验铣刀结构是否紧凑，合理，刀体，刀齿强度是否足够。（三）矩形花键铣刀的技术条件1. 光洁度（按GB103168）（1）刀齿前刀面，内孔表面、端面及铲磨铣刀的齿背表面不低于7（2）铲齿铣刀的齿背面不低于6（3）其余部分不低于42. 尺寸公差：表2序号名称符号公差1铣刀外径doh162铣刀宽度Bh123铣刀孔径dH74铣刀键槽宽度b（Dc7）5内孔至键底距离t1H143. 形状位置公差表3序号项目铣刀尺寸范围公差1切削刃的径向及端面跳动do100do1000.030.042刀体端面跳动do100do1000.020.033前面的径向性（只许凹入）H1010H2020300.040.060.090.124. 齿形误差表4铣刀齿形高度h透 光 度齿形的基本部分齿顶及圆角部分44121222220.030.050.070.080.060.090.120.155.材料及热处理铣刀材料一般用高速钢，热处理后硬度应为HRC6366。在铣刀的工作部分，不得有脱碳层和软点。（四）刀具的全部计算表5已知条件：欲加工矩形花键轴，其尺寸为：外径Da26a11，内径Df23f7，键数Z6，键宽b6d10，键底圆角半径r1，工件材料为可锻铸铁KTH30006。序号计算项目符号确定方法或计算公式计算精度设计计算数据1齿槽半角180/Z0.01o302齿顶圆弧中心半角arcsinb/Dfmin0.01o16.2o3齿顶宽BaBaDfminsin0.01Ba6.424初算齿廓高度Hh（DaDfmincos）/2（12）整数h45铣刀宽度BBBa2htg整数B=106按铣刀宽度最后确定齿廓高度Hh（B-Ba）/2tg0.01h5.307铣刀齿顶圆弧半径RfRfDfmin/20.01Rf11.58齿顶圆角半径roror0.1ror19铣刀前角f精加工f0o粗加工f520of0o10容屑槽形式根据工件廓形确定取平底形11铣刀孔径D可根据铣刀宽度按表53选取根据B10，查出d1612铣刀外径do可按表54选取初选do7013铣刀圆周齿数Zk可按表55初选初选Zk1614铣刀的后角f一般选f8o15o验算侧刃后角公式为tgotgfsin1o取f10oo5.04o可以满足条件15铲削量KK1K=dotgf/ZkK1（1.31.5）K0.5K=3K1416容屑槽圆角半径Rrdo2（hK）/2AZk0.5or1.63取r217容屑槽深度HH=h（KK1）/2r0.1H9.518容屑槽间角20o35o取20o19分屑槽尺寸按表58选取取两个