金属切削刀具课程设计-圆孔拉刀设计及矩形花键铣刀设计.doc

中北大学课程设计说明书圆孔拉刀与矩形花键铣刀的设计说明书全套图纸加扣3012250582 目录1 前言12 绪论23 圆孔拉刀设计34 矩形花键铣刀设计125 心得感受176 参考文献181.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圆孔拉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. 2009-6-112绪论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。设计内容和要求完成矩形花键铣刀、圆孔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。3.圆孔拉刀设计 1.刀具结构参数及各部分功用1.1拉刀的结构及功用(见图（一）、表（一）)图（一）、拉刀结构表（一）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。 1.2 切削方式：采用分层拉削方式中的同廓式拉削方式。 1.3拉削余量：对于花键孔A=De-Do14拉刀刀齿结构及功用（见表（二） 表（二）名称功用前刀面切削流出的表面后刀面最终形成已加工表面的面副后刀面刀齿上和已加工表面相对的表面、分屑槽两侧面刃带也称第一后刀面，是主切削刃和后刀面之间的后角为零的窄面，它有稳定的拉削过程，防止拉刀摆尾的作用主切削刃是前后刀面的交线副切削刃是前刀面和副后刀面的交线，分屑槽中也有两条副切削刃过渡刃可以是直线或圆弧，它有助于减缓刀尖的磨损刀尖主副切削刃的相交点容屑槽其形状必须有利于切屑卷曲，并能宽敞地容纳切屑分屑槽减小切削宽度，降低切削卷曲阻力，便于切削容纳在容屑槽内，从而改善拉削状况棱刀齿后刀面与齿背的交线齿背容屑槽中靠近后刀面的部分2设计要求 设计要求：按照要求完成一把成型拉刀，并且能够用该刀具加工出图示的工件。3选取拉刀材料及硬度工件材料：铜合金QA15，调质处理,硬度HBS200,抗拉强度b=800MPa。参考附录表5，选高速钢整体制造拉刀。4确定拉削方式综合式拉刀较短，适用拉削碳钢和低合金钢，拉削精度和表面质量并不低于其它拉削方式，且拉削耐用度较高。因此，本例选择综合式拉削。5选择刀齿几何参数 按金属切削刀具设计简明手册表4-2、4-3查选：硬度为HBS200，铜合金QA15。 所以选择 前角：=17， 精切齿与校准齿倒棱角为5。后角：粗切齿： ;精切齿： ;校准齿： 6确定校准齿直径 以脚标o、w、m、c、f、j和x依次表示拉刀、预制孔、拉削孔、粗切齿、过渡齿、精切齿和校准齿。do=dmmax+=48.035mm式中：拉削变形（收缩量），按表415，416选，=0.01mm7确定拉削余量 按金属切削刀具设计简明手册表4-1选公式计算：计算余量为：=0.005dm（0.10.2）=(0.00548+0.15)mm=1.16mm 取预制孔加工方式为标准麻花钻加工，按国标GB6137-85锥柄长麻花钻第1系列取47.0mm的钻头。 实际拉削余量为：dox-dwmin=(48.035-47.0)mm=1.035mm8选取齿升量 由材料为铜合金QA15，强度b =800Mpa，且为综合式圆拉刀。按金属切削刀具设计简明手册表 4-4选，取粗齿升量为：f=0.04mm。为获得较好的加工表面质量和良好的加工性能，取较小齿升量为9.拉刀齿形及分屑槽参数 9.1 计算齿距： 按金属切削刀具设计简明手册表4-7选公式计算，粗切齿与过渡齿的齿距为： P（1.21.5）=（1.21.5）=7.49.2mm 取P=8mm.当P10mm时精切齿和校准齿齿距为：Pj=Px=P=8mm9.2 选取拉刀容屑槽：查金属切削刀具设计简明手册表4-8，综合式拉刀或拉削塑性材料时，宜采用曲线齿背型容屑槽。故： 粗切齿、过渡齿取深槽，h=3mm;精切齿、校准齿取基本槽,h=2mm；9.3 校验容屑条件： 查金属切削刀具设计简明手册表4-10， 得容屑系数K=3 h=1.13=1.13mm=3.4mm 显然，容屑条件校验合格。 9.4 校验工作齿数：照金属切削刀具设计简明手册表4-7计算 （l/p）=38/8=4, zemin=4,zemax=4+。满足ze8的校验条件，校验合格。 10.确定分屑槽参数 拉刀粗切齿与过渡齿采用弧形分屑槽，精切齿采用三角形分屑槽； 按金属切削刀具设计简明手册表4-11，4-12设计计算，弧形分屑槽为：当：domin=47mm，槽数：nk=12， 槽宽：a =domin sin90o/nk-（0.30.7）mm =47sin90o/12-（0.30.7）mm=5.5mm切削宽度：aw=2dominsin90o/nk-a=（249sin90o/12-6）mm=6.77mm 三角形分屑槽为：d。=48mm槽数：N=（1/71/6）d。=24槽宽：b=11.2mm槽深：h=0.5mm槽角：w90前后刀齿的分屑槽应在圆周方向错开半个槽距，交错排列。11.选择拉刀前柄 按金属切削刀具设计简明手册表4-17，选用II型A无周向定位面的圆柱形前柄，取d=45mm,卡爪处底径d2=34mm，该拉刀无需设后柄。12校验拉刀强度与拉床载荷查金属切削刀具设计简明手册表4-25，得：=0.35GPa。按金属切削刀具设计简明手册表4-20，4-21，4-22计算最大拉削力。 根据综合式拉削的特点，切削厚度； （为拉刀直径）；Fmax=19648/251.061.150.91.131.1210-3KN=102.6KN拉刀最小断面为前柄卡爪底部，其面积为：rmin=d22/4=342/4mm2=907.9mm危险断面部位的拉应力为：=Fmax/Armin=102.6/907.9GPa=0.113GPa高速钢圆拉刀许用应力=0.35GPa，显然，拉刀强度校验合格。按金属切削刀具设计简明手册表4-23，4-24，选用工作状态良好的L6110型旧拉床，可算出拉床允许拉应力：Frk=2000.8KN=160KN显然，拉床载荷校验合格。13确定拉刀齿数和每齿直径尺寸 取过渡齿与精切齿齿升量递减为,所以取为：0.025，0.02，0.015，0.012，0.01，0.01；共切除余量： Ag+Aj=2（0.03+0.025+0.020+0.015+0.01+0.01）mm=0.22mm其中前2齿齿升量大于，可属于过渡齿，后4齿齿升量较小，属精切齿。粗切齿齿数按下式计算后取整为： Ze=A-(Ag+Af)/2af+1=(1.035-0.22)/20.04+1=11粗切齿、过渡齿、精切齿共切除余量：（11-1）20.04+0.22mm=1.02mm剩下（1.035-1.02）mm=0.015mm，需增设一个精切齿到要求的尺寸；按金属切削刀具设计简明手册表4-14，取校准齿7个，其直径尺寸前面已经确定了。这样，拉刀总齿数为：zo+zg+zj+zx=11+2+5+7=25表（三）中列出各齿直径尺寸及其公差表（三）、各齿直径尺寸及其公差齿号12345678910基本尺寸D(mm)4700470647.1247.1847.2447.3047.3647.4247.4847.54直径尺寸公差（mm）齿号11121314151617181920基本尺寸D(mm)47.6047.6647.7247.7847.8447.8947.9347.9647.98448.004直径尺寸公差（mm）齿号212223242526272829基本尺寸D(mm)48.02448.03548.03548.03548.03548.03548.03548.03548.035直径尺寸公差（mm）14设计拉刀其它部分 按金属切削刀具设计简明手册表4-19， 前柄：l=110mm d=45f8mm 颈部：l=m+Bo+A-l3110mm d2=d1-0.5mm=44.5mm过渡锥：l3=15mm前导部：l4=40mm d4=dwmin=47f7mm后导部：l7=20mm d7=dmmin=48f7mm拉刀前柄端面至第1刀齿的距离： L1=l1+m+Bs+A+l4=(105+20+75+35+40)mm=275mm15计算和校验拉刀总长 粗切齿与过渡齿长：l5=8(11+2)=104mm 精切齿与校准齿长：lo=5.5(5+7)=66mm 拉刀总长： L=L+l5+l6+l7=465mm 按金属切削刀具设计简明手册表4-26允许拉刀总长为24do=2450mm=1200mm，显然拉刀短得多，所以长度核验合格。16制定拉刀技术条件 制定拉刀技术条件; 、热处理：刀齿和后导部 6366 HRC 前导部 6066 HRC 柄部 4558 HRC 允许进行表面热处理。 、拉刀几何角度的极限偏差：前角： 切削齿后角： 校准齿后角： 17绘制拉刀工作图根据以上得到的结果，按照数据进行刀具图的绘制，绘制图一张。根据相关的要求制定粗糙度等等的标注。（详细说明见图纸）4.花键铣刀设计1铣刀的设计 铣刀是一种应用广泛的多齿多刃回转刀具。铣削加工时，铣刀绕其轴线转动，而工件则作进给运动。铣削是同时参加工作的切削刃总长较长，且无空行程，而使用的切削速度也较高，固加工生产率一般较高，表面粗糙度值较小。铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要，切屑粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的。总之，根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好，耐用度高的铣刀，是充分发挥铣床的生产效率和获得满意的加工质量的前提。2. 齿形的设计计算前角为零时，工件法剖面截形就是铣刀的齿形。前脚大于零时，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。结构参数的选择及计算3.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）mm4.铣刀宽度B 设被切工件阔形宽度为，则铣刀宽度B可取为稍大于。5.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。6.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。7.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。8.铣刀的圆周齿数 铲齿成形铣刀的圆周齿数Zk可按下式计算 式中S为铣刀的圆周齿距，粗加工时，可取t（1.8-2.4）H精加工时，可取t=(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。9.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，一般取10o15o。相应的铲削量可按下式计算：，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，验算应选x最小处的x点，验算公式可按下面公式： 应使不小于23o。实际计算表明，当时，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=0.70.810.容屑槽尺寸（1）容屑槽底半径r 可按下式计算：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+r11.分屑槽尺寸 当铣刀宽度B20时，切削刃上不需要作分屑槽。12.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。13成形铣刀的技术条件13.1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4 13.2尺寸公差：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t1H14表413.3 形状位置公差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）H1010H2020300.040.060.090.12表512.4 齿形误差铣刀齿形高度h透 光 度齿形的基本部分齿顶及圆角部分44121222220.030.050.070.080.060.090.120.15表613.5.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。14.刀具的计算已知条件：欲加工矩形花键轴，其尺寸为：外径32a11，内径26f7，键数Z6，键宽b6d10，键底圆角半径r1，工件材料为KTH300-06。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/Z0.01o30o2齿顶圆弧中心半角0.01o16.66o3齿顶宽BaBaDfminsin0.01Ba7.454初算齿廓高度hh（DaDfmincos）/2（12）整数h55 铣刀宽度BBBa2htg整数B=136按铣刀宽度最后确定齿廓高度hh（B-Ba）/2tg0.01h4.817铣刀齿顶圆弧半径Rf0.01Rf138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可根据铣刀宽度表3-4选取根据B=13，查出d2212铣刀外径可按表3-5选取初选=5513铣刀圆周齿数Zk可按表3-6初选初选Zk=1414铣刀的后角f一般选f=8o15o验算侧刃后角公式为tgotgfsin1o取f=10oo5.04o可以满足条件15铲削量KK1K1（1.31.5）K0.5K=2K1316容屑槽圆角半径r0.5or1.16取r117容屑槽深度HH=h（KK1）/2r0.1H8.3118容屑槽间角20o35o 取25o19分屑槽尺寸按表58选取无20键槽尺寸按附录表6选取b=6,h=6t=17.7,r=0.521空刀倒角尺寸按附录表25选取见工作图22技术条件按表59，511选取见工作图15.绘制铣刀工具图根据以上得到的结果，按照数据进行刀具图的绘制，绘制图一张。根据相关的要求制定粗糙度等等的标注。（详细说明见图纸） 5.感想心得 课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程. 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