刀具课程设计-矩形花键拉刀与矩形花键铣刀的设计.doc

目 录 前言21、 金属切削刀具课程设计的目的32、 设计内容和要求33、 拉刀的设计3 3.1 选定刀具类型和材料的依据3 3.2 刀具结构参数、几何参数的选择和设计4 3.3 刀具的全部计算（包括计算公式和计算结果）12 3.4 对技术条件的说明16四、铣刀的设计18 4.1 齿形的设计计算18 4.2参数的选择及计算18 4.3 矩形花键铣刀的技术条件21 4.4 刀具的全部计算22 4.5刀齿,刀体强度校验23总结25参考文献26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。由于本人水平有限,设计编写时间也比较仓促,在我设计的过程中会遇到一些技术和专业知识及其它方面的问题，再加上我对知识掌握的程度，所以设计中我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指正,不胜感激之至。 全套图纸加扣 3012250582 编者 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（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 拉刀刀齿结构： 表2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拉刀刀齿的几何参数有：切削齿前角0，校准齿前角0g，切削齿后角0，校准齿后角0g，齿距p，容屑槽深h，齿厚g，刃带宽ba1。拉刀刀齿的主要稽核参数前角、后角和刃带宽数值的大小主要取决于工件材料和拉刀的结构形式。参照表5-5，各种花键拉刀，工件材料为45号钢，硬度为HBS175af,否则不起分屑作用。 为了使分屑槽上两侧的切削刃也有足够的后角，槽底后角应大于拉刀刀齿后角，取为0+2。 分屑槽的数目nk应保证切削宽度不太大，便于卷曲成为较紧的切屑，有利于容纳在容屑槽内。当拉刀直径d050mm时： nk=d0/(0.51.0) d01/2=28便于测量拉刀直径，分屑槽数目一般取偶数。 在拉刀最后1个2个精切齿上，由于齿升量很小，切屑较少，可以不作分屑槽，以保证加工表面质量。 加工铸铁等脆性材料时，由于切屑呈崩碎状态，不需磨出分屑槽。分屑槽位置：应前后齿错开。知b =12.s=5.拉刀前导部、后导部、柄部的结构尺寸矩形花键拉刀前导部的尺寸：l3=L=55，过渡锥长度l一般取10mm、15mm、20mm,D3=前一根拉刀校准直径减0.02mm,公差为-0.02mm,a=5mm10mm,d3=已加工内花键的名义底径减0.5，其公差按最大选取，b1=刃部键宽减0.02mm。拉刀后导部的尺寸：l4=(0.50.7)L；D4等于校准齿直径减0.05mm,偏差为-0.02；b4=刃部键宽或减去0.02mm。（4）校准部 前角o校=5o，后角o校=1o，齿距t校=（0.6-0.8）t=68 mm，取t校=6.5mm 查得齿数Z校=4-5个，取Z校=4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=6.54=26mm （5）柄部 矩形花键拉刀柄部尺寸为：图4D1=60，D=55mm,D2=59mm,l1=100mm, l=30mm, l=42mm,c=8mm. （6）颈部及过度锥 拉刀颈部长度按下式计算：l2m+B+A-l3mm式中：B-拉床床壁厚度，取B=75mm A-花盘法兰厚度，取A=35mm m-卡头与机床床壁间隙，可取m=10-20mm，在这取15mm l3-过渡锥长度，一般l3=10-20mm，在这取20mm 因此求得l2115mm。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。 （7）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：说明：1、D3等于前把拉刀最后刀齿的直径。 2、d3等于加工的花键孔最小内径减0.5mm。 3、b3等于前一把拉刀花键齿宽减0.02mm。 4、l3=（0.75-1）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。 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=（0.5-0.7）Lmm。 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。 （8）拉刀总长度L=（3040）d0 拉刀直径为62mm，花键拉刀允许的最大总长度Lmax=2480mm。（9）拉刀强度校检 拉削力计算 拉削力的计算公式为： Fc=FcbDZeKKKKw（kg），式中：Fc为切削刃单位长度上的切削力（N/mm2），见表5-13；bD为总切削宽度；查表得：Fc=174 （N/mm2）Fmax=PnbZe（kg）， 式中：P单位长度切削刃上的拉削力（kg/mm）查得P=28.5（kg/mm）Ze最大同时工作齿数，Ze=6 n花键键数，n=8 b键宽，b=12mm因此Fmax=28.58126=16416(kg/mm） 拉刀强度校验 校验公式：=Fmax/Amin 式中：Fmax由相应公式计算得。 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，=35-40（kg/mm2）柄部D=29mm，A=3166.17mm2，所以=Fmax/Amin=16416/3166.17=5.18（三） 刀具的全部计算（包括计算公式和计算结果）表3： 已知条件：1、花键孔尺寸外径：De=72H10 内径：D=62H7 键宽：b=12H9 键数：n=8 倒角：c=1.5mm 拉削长度：=55 mm 2、拉削长度：L=55mm 3、工件材料：45，硬度HBS17 4、拉床型号：L6120序号项目符号计算公式或选取方法计算举例拉刀材料W18Cr4V齿升量af查表5-1af=0.065mm齿距tt校t校=（0.6-0.8）tt=10.0mmt校=8mm4567891011同时工作齿数ZeZe=（l/t）+1Ze=6拉削余量切削顺序加工顺序为：1、倒角 2、圆孔 3、花键倒角齿侧量值Mb1=b+2fsin1=b1/dmax取=45ox=90o-1M=（dmaxcosx）/2b1=12+3=15 sin1=0.2261=14.00 ox=90o-45o-14.00o =31 oM=26.57 mm倒角与键侧交点的直径dBdB=bmin/sinB而tgB=bmin/2HOHO=（2M-bmincos）/2sinHO=31tgB=0.26B=10.95 odB=64.4mm最后一个倒角齿余量d2d2=dB+（0.3-0.6）d2=64.4+（0.3-0.6）=65mm倒角齿切削余量A倒A倒=d2-DominA倒=65-62=3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Z倒=3/0.13=23.08取Z倒=24倒角齿部分的长度l倒l倒=tZ倒最后一个齿距取12mml倒=2010+37+15=236mm圆孔齿部分的设计计算12圆孔校准齿直径D圆校D圆校=Dmax-由表4-24查得=00.001D圆校=62.030mm13圆孔拉削余量A圆A圆=D圆校-DominA圆=62.030-61.8 =0.23mm14圆形切削齿齿数Z圆Z圆=（A圆/2af）+（3-5）Z圆=8.833取Z圆=9齿15圆形齿部分长度l圆切l圆切=tZ圆l圆切=89=72mm16圆形校准齿齿数Z圆校Z圆校=417圆形校准部分长度l圆校l圆校=t校Z圆校l圆校=6.53+7 =26.5mm18圆形齿部分总长l圆l圆=l圆切+l圆校l圆=72+26.5=98.5mm花键齿部分的计算1920212223第一个花键齿直径花键校准齿直径D花1D花校D花1=d2-0.1D花校=Demax-=0.01D花1=65-0.1 =64.99mD花校=72.120-0.01 =72.119mm花键拉削余量A花A花=D花校-D花1A花=72.119-64.99 =7.129mm花键切削齿齿数Z花切Z花切=（A花/2af）+（3-5）Z花切=71.29+3取Z花切=74花键切削部分长度l花切l花切=tZ花切l花切=1074=740mm24252627花键校准齿齿数Z花校取Z花校=4花键校准部分长度l花校l花校=t校Z花校l花校=6.54=26mm花键齿部分总长l花l花=l花切+l花校l花=26+740=766mm花键齿宽度bb=Bmax-，公差0.005b=12.038 其他部分计算282930313233容屑沟尺寸hrgh=3.5r=1.7g=3.5校准齿容屑沟尺寸h校r校g校由表4-14选取h校=3r校=1g校=2分屑槽倒角齿和花键齿按表4-19尺寸交错开分屑槽前导部尺寸d3l3d3=Domin，偏差按d9l3=ld3=51.8l3=30mm后导部尺寸d4l4d4=D花校-0.05，偏差啊-0.2l4=（0.5-0.7）ld4=60.02-0.2l4=20mm切削角度和刃带宽oba0各个刀具o=15o切削齿o=3o30标准齿o=1o15切削齿ba=0.05-0.15mm标准齿ba=0.7mm3435363738过渡锥长度l3l3=10-20取l3=15mm柄部尺寸D1DlllcD1=36mmD=29-0.34mml=20mml=32mml=90mm8mm（四） 对技术条件的说明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；前后导部；各种花键拉刀齿形表面0.8柄部；过渡锥；矩形花键拉刀表面侧隙面1.6容屑沟底及齿背，颈部3.2花键刀齿底径12.5（1）4.2 拉刀各部分尺寸偏差（2）拉刀外圆直径在全长上的最大径向跳动量之差（3）切削齿外圆直径偏差：0.020（4）精切齿外圆直径偏差按-0.01mm（5）校准齿外圆直径偏差（包括与校准齿直径相同的精切齿），查得-0.009mm（6）矩形花键拉刀其他尺寸偏差 键宽偏差：根据工件键宽的精度确定，可再-0.01-0.02之间 花键齿圆周相邻齿距误差，应小于拉刀键宽偏差，但不得大于0.02mm 花键齿圆周不等分累积误差 花键齿的底径偏差按d11或只准负偏差 花键齿两侧面的不平行度，螺旋度及键齿对拉刀轴线不对称度在键宽公差范围内；倒角齿对拉刀轴线不对称度不大于0.05mm 拉刀倒角齿计算值M的偏差：0.02mm2键槽拉刀的尺寸偏差 切齿齿高偏差（mm）齿升量齿高偏差相邻齿高偏差0.050.080.0250.025 精切齿及校准齿齿高偏差取0.015mm 刀体侧面和底面不直度偏差：键宽为312mm时为0.06/100 键宽偏差取为工件槽宽公差的1/3，但不大于0.02mm，符号取（） 键齿对刀体中心线的不对称度在拉刀键宽公差范围内 键齿对刀体中心不对称的在键宽公差以内3拉到其他部分长度偏差 拉刀总长偏差：当L1000mm时取2mm。 切削部分长度偏差取2mm。 校准部分长度偏差取1mm。 柄部长度取偏差取1mm。 前导部，后导部长度偏差取1mm。 容屑槽深偏差：当h4mm时，取0.3mm。四、铣刀的设计（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.键槽尺寸具体形状见图:11.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doa112铣刀宽度Bd103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/Df0.01o11.34o3齿顶宽BaBaDfsin0.01Ba12.194初算齿廓高度Hh（DaDfcos）/2（12）整数h75铣刀宽度BBBa2htg整数B=156按铣刀宽度最后确定齿廓高度Hh（B-Ba）/2tg0.01h7.037铣刀齿顶圆弧半径RfRfDf/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可根据铣刀宽度根据B15，查出d2712铣刀外径do初选do7513铣刀圆周齿数Zk齿数尽量采用偶数初选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