金属切削刀具课程设计-成形车刀与矩形花键拉刀设计.doc

中北大学课程设计说明书刀具课程设计说明书1.成形车刀设计全套图纸加扣3012250582 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。1.1选择刀具材料参考高速钢的牌号和用途，选用普通高速钢W18Cr4V制造。1.2选择前角及后角查表得：，1.3画出刀具廓形（包括附加刃）计算图（见图1）取，a=3mm, b=2mm, c=6mm, d=0.5mm是为避免切削刃转角处过尖而设得附加刀刃宽度，常取为0.53mm；是考虑工件端面的精加工和倒角而设的附加刀刃宽度，其数值应大于断面精加工余量和倒角宽度。为使该段刀刃在主剖面内有一定后角，常做成偏角，b值取为13mm；是为保证后续切断工序顺利进行预切槽刀刃宽度，常取为38mm；是为保证成形车刀刀刃延长到工件毛坯表面之外而设的附加刀刃宽度，常取为0.52mm；图1：圆体成形车刀廓形计算图标出工件廓形各点112，以00线为基准(通过1112段切削刃，以便对刃)，计算出112各点处的计算半径（为避免尺寸偏差值对计算准确度的影响，故常采用计算尺寸、计算半径、计算长度和计算角度计算）：；再以1点为基准点，计算出计算长度 1.4计算切削刃总宽度Lc,并校验，取因大于最大许用值，故在已确定径向进给的情况下，在工件非切削部分增设助支承滚轮托架，以增加工艺系统刚度。1.5确定结构尺寸应使刀具廓形的最大半径；工件最大廓形深度，是考虑有足够的容屑空间需要的。可按切削厚度和切屑的卷曲程度选取，一般取为312 mm。当工件为脆性材料时取小值，反之取大值；刀体壁厚。由强度决定，一般取为58mm；内孔直径。它应保证心轴和刀体有足够的强度和刚度。需按切削用量和切削力的大小选取，一般取为0.250.45，计算后再取相近之标准值。由表差得，C1336单轴转塔自动车床所用圆体成形车刀：又已知毛坯半径为14mm，则，代入上式，可得：可选取 e=12mm , m=8mm ,并选用带销孔得结构形式。1.6用计算法求圆体成形车刀廓形上各点所在圆的半径Rx其计算过程见表1：标注廓形径向尺寸时，应选公差要求最严的12段廓形作为尺寸标注基准，其他各点用廓形深度表示其径向尺寸。表1：圆体成形车刀廓形计算表廓形组成点11，12（作为0点）6.252341，2114.827.14929.83，412.4756.2825.66928.365，7，9，1092.7829.16931.466.5960.35631.59333.78103.7928.15930.61.7廓形深度公差查表得各点廓形公差为1.8检验最小后角7-11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1.9车刀廓形宽度lx即为相应工件廓形的计算长度ljx,其数值及公差如下(公差值是按表2-5成形车刀的廓形公差确定的,表中为列出者可酌情取为):1.10画出刀具工作图2.矩形花键拉刀设计2.1 选定刀具类型、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。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。 （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。但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。 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，HRC62-652.2 刀具结构参数、几何参数的选择和设计 （1）拉刀的结构图1表1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。 （2） 切削方式：采用分层拉削方式中的同廓式拉削方式 （3）拉削余量：对于花键孔A=De-Do （4）分层式拉刀粗切齿齿升量 根据表4-6查出当硬度为HRC62-65时，齿升量af=0.05-0.08mm，在这取af=0.07mm。 （5） 拉刀几何参数 根据表4-9，查得拉刀的前角o=16-18o 根据表4-10，查得粗切齿的后角o=3o+30，刃带ba=0.05-0.15； 精切齿的后角o=1o15，刃带ba=0.05-0.15；校准齿的后角o=1o15，刃带ba=0.7mm。 （6）齿距及同时工作齿数 根据表4-12，拉刀齿距计算公式：l=80mm时，t=（1.3-1.6）l1/2（mm） 同时工作齿数：Ze=（l/t）+1（取整） 经计算得t=11.6-14.3，按表4-13取标准值为：t=14，Ze=6 （7）容屑槽 根据表4-14，直线齿背容屑槽尺寸：图2 t=14时，g=4.5mm，I型的h=5.5mm，r=2.8mm 根据表4-16，容屑系数K值当t=14，af=0.07mm时，K=3.2 （8）分屑槽 分屑的作用：使切屑易于变形，易于卷屑。 分屑槽位置：应前后齿错开。 根据表4-17,每个刀齿的分屑槽数nk=b/5-10（取小值） 当b=9时，s=3.0，bc=1.0，nc=0.5。 图3 （9）校准部 前角o校=5o，后角o校=1o，齿距t校=（0.6-0.8）t=8.4-11.2mm，取t校=11mm 根据表4-23查得齿数Z校=4-5个，取Z校=5个 最后一个精切齿及校准齿直径应按下式确定：D校=Dmax，其中为孔的变形量。 拉刀校准部长度l校=t校Z校=11X5=55mm （10）柄部 根据表4-25查得圆拉刀柄部尺寸为：图4 D1=25mm，D=19h13mm，D2=35mm，l1=75mm，l=15mm，l=28h13mm，c=5mm b=35kg/mm2时刀茗强度允许拉力为23100kg。 （11）颈部及过度锥 拉刀颈部长度按下式计算：l2m+B+A-l3mm 式中：B-机床床壁厚度，根据表4-30查得机床型号L6120，B=75mm A-花盘法兰厚度，根据表4-30查得机床型号L6120，A=35mm m-卡头与机床床壁间隙，可取m=10-20mm，在这取20mm l3-过渡锥长度，一般l3=10-20mm，在这取20mm 因此求得l2110mm。图5 图中：床壁孔径200mm，B=75mm，花盘孔径150mm，a=75mm，A=35mm拉刀颈部直径D2可比柄部直径D1小0.3-1mm，也可以取颈部与柄部直径相同，以便于一次磨出。 L1公式：L1=l1+l2+l3+l3，其中l1为拉刀进入卡头部分的长度，l3为前导部长度。 （12）前导部、后导部和尾部 前导部主要起导向和定心作用，故应和予制孔形状相同。根据表4-31及4-32： 前导部：图6说明：1、D3等于前把拉刀最后刀齿的直径，偏差为表4-32。 2、d3等于加工的花键孔最小内径减0.5mm，只准许负偏差。 3、b3等于前一把拉刀花键齿宽减0.02mm。 4、l3=（0.75-0.1）l 5、a=5-10mm后导部：图7说明：1、d4等于拉刀花键齿最大外径减0.05mm，偏差取-0.2mm。 2、b4等于或小于0.02mm切削辞键宽。 当拉削孔内有空刀槽时，后导部长度按下式计算：l后=l+c+（5-10）mm，式中：l为空刀槽宽度，c为前端拉削长度。 尾部在拉刀工作时支撑在拉床托架上，防止拉刀尾部下垂，对于小而轻的拉刀可不做尾部。 （13）拉刀总长度 L=L1+l切+l校+l后+l尾，一般拉刀总长度与直径比L/do35 根据表4-33，当do=30mm时，Lmax=1300mm （14）拉刀强度校检 1o 拉削力计算 根据表4-34，Fmax=PnbZe（kg）， 式中：P单位长度切削刃上的拉削力（kg/mm），根据表4-35查得P=19.6（kg/mm） Ze最大同时工作齿数，Ze=6 n花键键数，n=6 b键宽，b=7mm 因此Fmax=19.646.35=4537.4（kg） 2o 拉刀强度校验 校验公式：=Fmax/Amin 式中：Fmax由表4-34中相应公式计算得。 Amin拉刀危险截面面积。拉刀的危险断面可能在柄部，也可能在第一个切削齿容屑槽中（mm2） 拉刀材料允许的拉应力，表4-36查得=35-40（kg/mm2） 柄部D=29mm，A=660.185mm2，所以=Fmax/Amin=4537.4/660.185 因此，合格。 3o 拉床拉力校验 校验公式：FmaxkQmax 式中：Qmax拉床允许的最大拉力，由表4-30得Qmax=20000kg k系数，由于是良好状态的旧机床，k取0.8。 因此，kQmax=0.820000=16000kgFmax 所以，合格。2.3 刀具的全部计算（包括计算公式和计算结果）表2已知条件：1、花键孔尺寸： 外径：De=32A11（） 内径：D=28F7 （） 键宽：b=7D10（） 倒角：c45o c=0.3 键数：n=6 2、拉削长度：L=80mm 3、工件材料：45，硬度HBS175 4、予制孔直径：Do=28-0.24=27.76mm 5、拉床型号：L6120序号项目符号计算公式或选取方法计算精度计算举例1拉刀材料W18Cr4V2齿升量af查表4-6af=0.07mm3齿距tt校按表4-12t校=（0.6-0.8）tt=11.6-14.3mm取t=14mm，t校=114同时工作齿数ZeZe=（l/t）+1Ze=65拉削余量切削顺序根据表4-39确定为IIIb型加工顺序为：1、倒角 2、圆孔 3花键6倒角齿侧量值M按表4-42公式b1=b+2fsin1=b1/dmax按表4-41，取=45ox=90o-1M=（dmaxcosx）/20.00010.0010.01b1=7.040+0.6=7.640sin1=0.271=15.8x=90o-45o-11.8586o =44.2oM=9.8mm7倒角与键侧交点的直径dBdB=bmin/sinB而tgB=bmin/2HOHO=（2M-bmincos）/2sin（表4-42）0.01HO=13.5tgB=0.26B=14.6dB=28.16mm8最后一个倒角齿余量d2d2=dB+（0.3-0.6）（表4-42）d2=28.16+（0.3-0.6）=28.46-28.769倒角齿切削余量A倒A倒=d2-DominA倒=0.7-1mm10倒角齿齿数Z倒Z倒=A倒/2af因第一个切削齿无齿升量，故实际Z倒应加一齿整数Z倒=5-7.14取Z倒=6而实际d2=28.6mm实际Z倒=6齿11倒角齿部分的长度l倒l倒=tZ倒最后一个齿距取12mml倒=146+15=99mm圆孔齿部分的设计计算12圆孔校准齿直径D圆校D圆校=D圆校-由表4-24查得=00.001D圆校=28.037mm13圆孔拉削余量A圆A圆=D圆校-DominA圆=28.037-27.76 =0.277mm14圆形切削齿齿数Z圆Z圆=（A圆/2af）+（3-5）Z圆=5-7取Z圆=6齿15圆形齿部分长度l圆切l圆切=tZ圆l圆切=146=84mm16圆形校准齿齿数Z圆校查表4-23Z圆校=317圆形校准部分长度l圆校l圆校=t校Z圆校l圆校=113+7 =40mm18圆形齿部分总长l圆l圆=l圆切+l圆校l圆=84+40=124mm花键齿部分的计算19第一个花键齿直径D花1D花1=d2-0.1D花1=28.58-0.1 =28.48mm20花键校准齿直径D花校D花校=Demax-查表4-24，=0.010.001D花校=32.470-0.02 =32.450mm21花键拉削余量A花A花=D花校-D花1A花=32.450-28.48 =3.97mm22花键切削齿齿数Z花切Z花切=（A花/2af）+（3-5）Z花切=31.36-33.36取Z花切=3223花键切削部分长度l花切l花切=tZ花切l花切=1432=448mm24花键校准齿齿数Z花校由表4-23取Z花校=525花键校准部分长度l花校l花校=t校Z花校l花校=115=55mm26花键齿部分总长l花l花=l花切+l花校l花=448+55=5.3mm27花键齿廓形尺寸花键齿宽度棱面宽度副偏角bfKrb=Bmax-，公差取-0.015f=0.8-1表4-40b=7.093mmf=0.80.2mmKr=1o30其他部分计算28容屑沟尺寸hrg由表4-14选取h=5.5r=2.8g=4.529校准齿容屑沟尺寸h校r校g校由表4-14选取h校=4.5r校=2.2g校=3.630分屑槽倒角齿和花键齿按表4-19尺寸交错开分屑槽31前导部尺寸d3l3d3=Domin，偏差按d9l3=ld3=l3=80mm32后导部尺寸d4l4d4=D花校-0.05，偏差啊-0.2l4=（0.5-0.7）ld4=32.40-0.2l4=40mm33切削角度和刃带宽oba查表4-9查表4-10查表4-10各个刀具o=16o切削齿o=3o30标准齿o=1o15切削齿ba=0.05-0.15mm标准齿ba=0.7mm34过渡锥长度l3l3=10-20取l3=20mm35柄部尺寸D1Dlllc查表4-25D1=25mmD=19-0.34mml=15mml=28mml=75mmc=5mm36颈部长度l2=m+B+A-l3，m=15mmB、A见表4-30B=75mm，A=35mml2=110mm37由柄部前端到第一个切削齿的距离L1L1l1+l2+l3+l3L190+110+20+80=30038拉刀总长LL=L1+l倒+l圆+l花+l4L=300+99+124+503+40=1066mm2.4 对技术条件的说明2.4.1 拉刀各部分的表面光洁度表3部 位Ra刃带0.4前后刀面；前后导