金属切削刀具课程设计-矩形花键拉刀矩形花键铣刀设计.doc

中北大学课程设计说明书目录1. 前言-12. 金属切削刀具课程设计的目的-13. 设计内容和要求-24. 拉刀的设计-25. 铣刀的设计-116. 总结-177. 心得感受-178. 参考文献-18全套图纸加扣3012250582 前 言时光荏苒，一转眼，马上就快到大四了。现在回想起来，感慨颇多。觉得自己好像什么都没做就快到大四了。马上就要走向社会了，感觉自己准备得还不是很充分。刚好今年碰上经济危机，就业前景更加严峻，这就需要我们学更多的东西来充实自己。使自己的就业能多一份筹码。这次的课程设计就给了我们一次这样的锻炼的机会。我的课程设计课题目是矩形花键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。这次的课程设计时间比较仓促，中间肯定有很多漏洞。由于自己的水平有限，很多东西弄得还不是太清楚。希望老师们指出其中的不妥之处，我会虚心的接受。另外还要感谢武文革老师的指导，感谢他给我的帮助。在这里向他致谢了。 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矩形花键铣刀、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。三、拉刀的设计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） 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。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。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。（二）刀具结构参数、几何参数的选择和设计设计步骤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。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,h,y表示倒角齿，花键齿和圆形齿；用脚标c,g,j和x表示粗切。过渡，精切和校准齿；用脚标w和m表示工件预制孔和拉削孔。3、选择切削几何参数 按表42，43选择前角=5 后角=2 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10um，则花键齿校准齿和圆形齿校准齿直径为5计算倒角齿参数 查表429知倒角的工艺角度为 。按表429 计算如下： 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61，实际拉削余量倒角余量 花键余量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）8设计容屑槽1）齿距计算 按表47 2）选择容屑槽 按表4-8采用曲线槽，粗切齿用深槽，h=4.5mm,精切齿用基本槽。3）校验容屑条件 查表4-9得容悄系数k=3.5。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l/p=5,即，满足的校验条件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=0.010mm）;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=(12.043-0.010)mm=12.033mm=(12.033-0.010)mm=12.023mm拉刀键齿面应制出的修光刃f，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。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。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,其余见图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,拉床拉力为400 X 0.8KN=320KN,比Fmax大,拉床载荷校验合格.选用L6140拉床,良好状态旧拉床.13.确定拉刀齿数及每齿直径1）倒角齿齿数 取182）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89齿，多切去了0.250.052mm=0.025mm的余量，应减去0.0125的齿升量.因此减去一个精切齿并将齿升量调整为0.04,0.03,0.015,0.0075.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0.15 X 0.005 X 2=0.015mm的余量,需增加一个精切齿起齿升量为0.0075mm.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161.136968.13261.267068.23361.397168.33461.527268.43561.657368.53661.787468.63761.917568.73862.047668.83962.147768.931062.37869.031162.437969.131262.568069.231362.698169.331462.828269.431562.958369.531663.088469.631763.178569.731863.238669.831963.138769.932063.238870.032163.338970.132263.439070.232363.539170.332463.639270.432563.739370.532663.839470.632763.939570.732864.039670.832964.139770.933064.239871.033164.339971.133264.4310071.233364.5310171.333464.6310271.433564.7310371.533664.8310471.633764.9310571.733865.0310671.833965.1310771.934065.2310872.014165.3310972.074265.4311072.14365.5311172.1154465.6311272.1154565.7311372.1154665.8311472.1154765.9311572.1154866.0311661.14966.1311761.25066.2311861.35166.3311961.45266.4312061.55366.5312161.65466.6312261.75566.7312361.85666.8312461.885766.9312561.945867.0312661.9859672312862.0156167.3312962.0256267.4313062.0256367.5313162.0256467.6313262.0256567.7313362.0256667.8313462.0256767.9313562.0256868.0313662.025最后一个齿距加长的目的是为了砂轮的切出.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 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 16.拉刀总长及其校验根据表4-26,允许拉刀总长为1700mm,拉刀长度校验合格.17.绘制拉刀图四、铣刀的设计前 言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 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。图8（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：rdo-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4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5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6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7已知条件：欲加工矩形花键轴，其尺寸为：外径Da72a11，内径Df62f7，键数Z8，键宽b12d10，键底圆角半径r1，工件材料为45钢。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/Z0.01o22.50o2齿顶圆弧中心半角arcsinb/Dfmin0.01o11.33o3齿顶宽BaBaDfminsin0.01Ba12.174初算齿廓高度Hh（DaDfmincos）/2（12）整数h75铣刀宽度BBBa2htg整数B=186按铣刀宽度最后确定齿廓高度Hh（B-Ba）/2tg0.01h7.047铣刀齿顶圆弧半径RfRfDfmin/20.01Rf30.978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B18，查出d2712铣刀外径do可按表54选取初选do7513铣刀圆周齿数Zk可按表55初选初选Zk1214铣刀的后角f一般选f8o15o验算侧刃后角公式为tgotgfsin1o取f10oo3.86o可以满足条件15铲削量KK1K=dotgf/ZkK1（1.31.5）K0.5K=3.5K15.016容