矩形花键拉刀 (2).doc

中北大学课程设计说明书目录1 前言12 设计内容和要求13矩形花键拉刀拉刀的设计13.1选定刀具类型和材料的依据13.1.1选择刀具类型13.1.2正确选择刀具材料 13.2刀具结构参数、几何参数的选择和设计2321拉刀的结构23.2.2 切削方式23.2.3 拉削余量33.2.4 拉刀刀齿结构33.2.5 确定校准齿直径33.2.6 分层式拉刀粗切齿齿升量43.2.7 拉刀容屑槽及分屑槽的尺寸43.2.8拉削力计算及校验53.2.9 花键齿截形设计 63.2.10 确定拉刀齿数及每齿直径63.2.11 拉刀齿部长度73.2.12 设计拉刀其他部分73.2.13 拉刀总长及其校验74.1刀具的全部计算84.2 排齿升量115.1 对技术条件的说明125.2键槽拉刀的尺寸偏差125.3拉到其他部分长度偏差125.4 拉刀主要技术条件126.圆孔拉刀设计136.1已知条件136.2刀具设计136.3 各刀齿直径表166.4 拉刀主要技术条件16矩形花键拉刀及圆孔拉设计说明书1. 前言在拉床上使用拉刀加工工件的工艺过程称为拉削加工。拉削主要用于大批量生产中加工各种形状的通孔、平面及成形面等。拉刀是一种定型刀具，在一次拉削中完成粗切、精切、校准、修光操作，切除被加工表面的全部加工余量，生产率高，加工质量高。但一把拉刀只适宜于一种规格尺寸的孔或槽，拉刀制造复杂，且成本高，只用于大批量生产中。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。3. 拉刀的设计3.1选定刀具类型和材料的依据3.1.1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。3.1.2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。3.2刀具结构参数、几何参数的选择和设计3.2.1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。3.2.2 切削方式：采用分层拉削方式,拉刀拉削齿的循序为：花键齿圆孔齿。3.2.3 拉削余量：对于花键孔A=dmmax-dwmin3.2.4 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HBS190,故常用的材料的拉刀几何参数为：拉刀形式工件材料前角0后角0刃带宽ba1粗切齿精切齿校准齿切削齿校准齿粗切齿精切齿校准齿各种花键拉刀钢硬度19016162.51.50.050.150.10.20.20.3由此表确定刀具几何参数，具体参看图示。3.2.5 确定校准齿直径查表4-16，花键齿、圆形齿的扩张量均为0.004mm，则圆形齿校准齿和花键齿校准齿的直径为： Dhx=(60.120-0.005)mm=60.115mm Dyx=(52.030-0.005)mm=52.025mm3.2.6 分层式拉刀粗切齿齿升量根据表4-4选择齿升量，得到圆形齿：afy=0.005mm 花键齿：afh=0.005mm计算拉削余量 按表4-1计算圆形拉削余量为1mm，预制孔径为51mm。实际拉削余量：Ay =(52.025-51)mm =1.025mm;花键拉削余量：Ah =(60.115-（53023-0.1）)mm =6.985mm; 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=2o30+1 刃带ba=0.05-0.15；精切齿的后角o=2o +30刃带ba=0.1-0.2；校准齿的后角o=1o+30，刃带ba=0.2-0.3。3.2.7 拉刀容屑槽及分屑槽的尺寸1.拉刀切削部的齿距是拉刀的重要设要素。其影响如下：（1）齿距过大，则拉刀过长，不仅制造成本高，拉削生产率也低；齿距过大，同时工作齿数太少，拉削过程不平稳，影响拉削加工表面质量。（2）齿距过小，容屑空间也小，切削容易堵塞；齿距过小，同时工作齿数会过多，切削力就增大，可能导致拉刀折断及机床超载；齿距过小，还会给刃磨带来困难，砂轮切入时有与相邻刀齿碰撞的危险。计算齿距的经验公式：P=(1.251.5)L1/2查手册表4-7，得p=(1.251.5)L1/2 =7.3979.247 pg=p pj=(0.60.8)p2.容屑槽计算（1）齿距计算粗切齿齿距P按表4-7取近似标准值 P=(1.251.5) =8m过渡齿齿距: Pg=P=8mm精切齿齿距：Pj=(0.60.8) P=6mm（2）选择容屑槽形状及尺寸容屑槽是形成刀齿的前刀面和容纳切屑的环状或螺旋状沟槽。环形齿拉刀的拉削属于封闭容屑槽形式；螺旋齿拉刀的拉削属于半封闭容屑形式。切削容纳在拉刀的容屑槽中，如果容屑空间不够大，切屑会在槽内挤塞，影响加工表面质量，严重的还会使刀齿崩刃或拉断拉刀。参照表4-8，采用曲线槽。粗切用深槽，h3，g=3，r=1.5，R5。精切用基本槽，h=2，g=2，r=1，R=4。容屑槽尺寸的最后确定，须校验其是否有足够的容屑空间，即容屑槽的有效容积必须大于切屑体积，即VpVc，若忽略切削宽度方向的变形，即是要求上述体积可近似用拉刀轴剖面中的面积Ap和Ac来表示，二者的比值为容屑系数K，有： Ap/AcK（3）校验容屑条件按表4-9得容屑系数K=3.5，应使：=2.933mm因h=3，所以式满足，校验合格。（4）校验同时工作齿数 据表4-7得知Zemin =4 Zemix=Zemin+1=5 ,满足3Ze8的条件。（5）分屑槽为了便于卷屑和容屑、减少切削力、改善已加工表面质量，应在拉刀前后刀齿上交错地磨出分屑槽。设计分屑槽时应该注意以下几点： 分屑槽的深度必须大于齿升量，即haf,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。根据表4-13,每个刀齿的分屑槽数nk=b/(3-8)。 当b=10时，s=3.0，b =1.0，h=0.5, nk=2。校验拉刀强度（10）拉刀强度校检 拉削力计算 拉削力的计算公式为： Fmax= FzawZemaxK0K1K2K3K4 *（kg），其中：Fz为切削刃单位长度上的切削力（N/mm2），由表4-22查得：Fz=174 （N/mm2）aw为总切削宽度，aw =zB (z为花键键数、B为键宽尺寸)；Zemax 为最大同时工作齿数，Zemax=4；K0 为切削状态修正系数；K1 为刀齿磨损状态修正系数；K2 为切削液状况修正系数；K3 为刀齿前脚状况修正系数；K4为刀齿后脚状况修正系数。因此 Fmax=174*8*10*1*1.15*1.13*0.9*1= 16.28kg 拉刀强度校验 校验公式：=Fmax/Amin 式中：Fmax由表4-20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4-25查得=0.35-0.40（GPa）柄部D=29mm，A=660.185mm2，所以=Fmax/Amin=7296/660.185=11.05选择拉刀前柄 按表4-17选II型-A无周向定位面的圆柱前柄，公称尺寸为：d1=50f8；卡抓低径d2=38h12。3.2.9 花键齿截形设计 花键齿键宽Bh按下式计算，精确到0.001mm： Bhmax=Bmax-b Bhmin=Bhmax-b式中，Bmax为内花键槽宽最大极限尺寸；b为拉削扩张量（查表4-16得b0.005mm）；b为拉刀键齿宽制造公差带，为保证键齿尺寸耐用度高，b应在制造条件允许范围内取小值，此处取b0.010mm。则Bhmax=（10.036-0.005）mm10.031mmBhmin=（10.031-0.010）mm10.021mm3.2.10 确定拉刀齿数及每齿直径1）花键齿齿数拟过渡齿与精切齿齿升量为0.04mm，0.03mm，0.02mm，0.01mm，0.005mm,逐步递减，共切除余量A=0.21mm。花键粗切齿齿数Zhc=（Ah-A）/2afh=（6.985-0.21)/(20.05)+1=68.75取69齿，多切了0.250.0520.025的余量，应减去0.0125mm的齿升量。因此减去一个精切齿并将齿升量调整为0.04mm，0.03mm，0.015mm，0.0075mm。后2齿齿升量1/2 afh为精切齿，前2齿为过渡齿。2）圆齿齿数初拟过渡齿与精切齿齿升量同花键齿初圆齿粗切齿齿数Zyc=（Ay-A）/2afy=（1.025-0.21）/(20.05)=8.15取8齿，少切了0.0150.0520.015mm的余量，需要增加一个精切齿，其齿升量为0.0075mm，这样圆形齿段有粗切齿8个，过渡齿3个，精切齿3个。3）校准部齿数圆形齿和花键齿校准齿齿数查表4-14得：花键校准齿齿数：Zyx=4圆形校准齿齿数：Zhx=7 3.2.11 拉刀齿部长度圆形齿部分：ly=(810+611)mm=146mm花键齿部分：lh=(871+66+8)mm=612mm总长度：l齿=ly+lh=758mm3.2.12 设计拉刀其他部分按表4-17、4-19、4-23计算：前柄 l1=110mm d1=50f8（）mm颈部 l2=m+Bs+A-l3=(15+75+35-15)mm=110mm d2=d1-0.5mm=49.5mm过渡锥 l3=15mm前导部 l4=40mm ，查表4-39有： d4=dwmin=51f7（）mm前柄伸入夹头长度l1= l1 -5mm=110-5mm=105mm前柄端部值第一刀齿的距离 L1=l1+m+Bs+A+l4=(105+20+75+35+40)mm=275mm后导部 l7=20mm ,查表4-39有： d7=dmymin=52f7（）mm后柄 l8=120mm d8=20f8（）mm其余见图3.2.13 拉刀总长及其校验L=L1+L齿+L7+L8=（275+758+20+120）mm=1137mm根据表4-26，允许拉刀总长为1600，拉刀长度校验符合。4.1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： 圆径：De=28H7（28+0.021） 槽径：D=34H10（34+0.100） 键宽：b=7H9（7+0.036） 键数：n=6 2、工件长度：L=40mm 3、工件材料：45钢，硬度HBS190，强度b=610Mpa 4、预制孔直径(未给出，自设)：Do=27.3mm 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4-4af=0.05mm3齿距pp校按表4-7p校=（0.6-0.8）p取p=8mm，p校=6mm4同时工作齿数ZeZe=（l/p）Ze=55拉削余量切削顺序加工顺序为: 1、花键 2、圆孔圆孔齿部分的设计计算6圆孔校准齿直径D圆校D圆校=D圆校-由表4-16查得=0.0020.001D圆校=28.019mm7圆孔拉削余量A圆A圆=D圆校-DominA圆=28.019-27.3 =0.719mm8圆形切削齿齿数Z圆Zy=（Ay-A）/2afy+6取Z圆=5+611齿9圆形齿部分长度l圆切l圆切=pZ圆l圆切=88+63=82mm10圆形校准齿齿数Z圆校查表4-14Z圆校=711圆形校准部分长度l圆校l圆校=p校Z圆校l圆校=76=42mm12圆形齿部分总长l圆l圆=l圆切+l圆校l圆=82+42=124mm花键齿部分的计算13花键校准齿直径D花校D花校=Demax-查表4-16，=0.0040.001D花校=34.100-0.004 =34.096mm14花键拉削余量A花A花=D花校-D花1A花=34.096-27.3 =6.796mm15花键切削齿齿数Z花切Zh=（Ah-A）/2afh +6Z花切=67+6取Z花切=5216花键切削部分长度l花切l花切=pZ花切l花切=870+62+8=580mm17花键校准齿齿数Z花校由表4-14取Z花校=418花键校准部分长度l花校l花校=p校Z花校l花校=64=24mm19花键齿部分总长l花l花=l花切+l花校l花=580+24=604mm20花键齿廓形尺寸bb=Bmax-b=7.032Kr=1o30其他部分计算21容屑沟尺寸hrg由表4-8选取h=3r=1.5 R=5g=322校准齿容屑沟尺寸h校r校g校由表4-8选取h校=2r校=1 R=4g校=223分屑槽花键齿按表4-13尺寸交错开分屑槽24前导部尺寸D4L4D4=Dwmin，偏差按f7L4=lD4=27.3L4=40mm25后导部尺寸D7L7d7=dmymin 偏差f7L7=（0.5-0.7）lD7=27.3f7mmL7=23mm26切削角度和刃带宽o0ba查表4-2查表4-3查表4-3各个刀具o=16o切削齿o=2o30校准齿o=1o15切削齿ba=0.05-0.15mm校准齿ba=0.2mm27过渡锥长度l3l3=15mm取l3=15mm28柄部尺寸D1Dlllc查表4-17D1=25mmD=24.7mml=20mml=25mml=90mmc=4mm29由柄部前端到第一个切削齿的距离L1L1l1+l2+l3+l3L180+15+75+35+40=24530拉刀总长LL=L1+l倒+l圆+l花+l4L=1076mm4.2 排齿升量花键部分圆孔部分序号直径（mm）公差序号直径（mm）公差切削齿012740-0.02切削齿7627.40-0.020227507727.500327607827.600427807927.700527908027.800628008127.90