矩型花键铣刀说明书.doc

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。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。矩形花键铣刀的设计（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.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Da32a11，内径Df28f7，键数Z6，键宽b7d10，键底圆角半径r1，工件材料为可锻铸铁KTZ550-04。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/Z0.01o25.00o2齿顶圆弧中心半角arcsinb/Dfmin0.01o15.50o3齿顶宽BaBaDfminsin0.01Ba7.474初算齿廓高度Hh（DaDfmincos）/2（12）整数h45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）/2tg0.01h8.247铣刀齿顶圆弧半径RfRfDfmin/20.01Rf13.988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33选取根据B12，查出d1612铣刀外径do可按表34选取初选do6513铣刀圆周齿数Zk可按表35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f10oo5.04o可以满足条件15铲削量KK1K=dotgf/ZkK1（1.31.5）K0.5K=3K1416容屑槽圆角半径Rrdo2（hK）/2AZk0.5or1.11取r117容屑槽深度HH=h（KK1）/2r0.1H8.518容屑槽间角20o35o取30o19分屑槽尺寸按表58选取取两个分屑槽t14，t28，前后齿错开20键槽尺寸按附录表6选取21空刀倒角尺寸按附录表25选取22技术条件按表59，511选取圆孔拉刀设计1.圆孔拉刀工作部分的设计工作部分包括切削部分和校准部分，是拉刀的主要部分，他决定着拉削的生产率和加工表面质量。设计拉刀工作部分包括：确定拉削余量及拉削方式;选择齿升量及齿距；确定容屑槽的形状及尺寸；选择前角.后角.齿数及尺寸等。1.1 拉削余量圆孔的拉削余量（是指直径上的拉削余量）可由经验公式（A=dmmax-dwmin）计算，也可由表4-4所列拉削余量更方便的选取具体数值。表 4-4 圆孔的直径拉削余量拉削长度被拉孔直径拉前孔为钻出时拉前孔为镗出时101818303050508010181830305050801801206100.50.60.80.90.40.50.60.70.810180.60.70.91.00.40.50.60.70.818300.70.91.01.20.50.60.70.80.930500.81.11.21.20.50.60.70.80.950800.91.21.21.30.60.70.80.91.0801201.01.31.31.30.60.70.80.91.01201801.01.31.31.40.70.80.91.01.11801.11.41.41.40.40.80.91.01.1下图为所加工工件：此工件可由麻花钻钻孔初加工，由表4-4可选取切削余量为：A=0.9mm1.2 拉削方式圆孔的拉削方式由三种：a.同廓式各刀齿的廓形都与拉后孔的形状相同，只是切削齿的直径逐渐增大，将拉削余量成环状薄膜层一层层地切下。b.轮切式每一层拉削余量，由一组几个直径相同的刀齿先后各切去其中一段。同组刀齿无齿升量，各组刀齿之间由较大的齿升量，分别切除各层拉削余量。c.综合轮切式综合了轮切式和同廓式的有点，即粗切齿采用不分组的轮切式，每个刀齿都有齿升量，且采用宽弧形分屑槽。同廓式拉刀示意图1.3 前角及后角 a.前角（0）高速钢拉刀前角的推荐数值列于表4-5。 校准齿基本上不切削，前角的作用不显著，一般可取0o5o。但为了使拉刀制造方便和考虑到校准齿的备用作用，通常取校准齿的前角和切削齿的前角相等。表4-5 高速钢拉刀前角工件材料前角o工件材料前角oHB钢 HB=492229 HB1816151210不锈钢铝及其合金.巴氏合金.紫铜可锻铸铁一般黄铜青铜.铅黄铜202010105灰铸铁 HB HB10185根据被加工共见的材料为可锻铸铁，可选择前角o=10ob.后角（o）及刃带圆孔拉刀的后角取的很小，切削齿的后角为2o304o，校准齿的后角更小，只有30130。粗切齿上的刃带宽度ba粗，精切齿上的ba精=0.3mm，校准齿上的ba校=0.60.8mm。可选择切削齿前角o=3o， 校准齿前角1=1o粗切齿上的刃带宽度ba粗=0.2mm,ba精=0.3mm, ba校=0.6mm刀齿示意图1.4 齿升量齿升量f时指相邻两个刀齿半径之差，就是每个刀齿的切削厚度。同廓式拉刀粗切齿的齿升量可参考表4-6选取。精切齿的齿升量一般取0.01mm0.02mm，齿数一般为35个。校准齿没有齿升量。表4-6 同廓式拉刀粗切齿齿升量拉刀类型工件材料碳钢及低合金钢高合金钢铸铁铝青铜黄铜b50(kgf/mm2)b=5075(kgf/mm2)b50(kgf/mm2)b80(kgf/mm2)b80(kgf/mm2)灰铸铁可锻铸铁圆孔拉刀0.0150.0200.0250.0300.0150.0250.0250.030.010.0250.030.080.050.100.020.050.050.12矩形花键拉刀0.040.060.050.080.030.060.040.060.0250.050.040.100.050.100.020.100.050.12键槽拉刀0.050.150.050.200.050.120.050.120.050.100.060.200.060.200.050.080.080.20注：加工表面粗糙度要求高时，取小值；工件材料的加工性差时，取小值；对于小截面，低强度的拉刀，取小值；加工刚性低的工件（如薄壁套筒等），取小值；应尽量避免采用大于0.150.20mm和小于0.015mm的齿升量。因此，刀具的粗齿齿升量选为0.06mm,精齿齿升量选为0.02mm。1.5 齿距及同时工作齿数齿距t时指相邻两个齿间的轴想距离。粗切齿齿距t可按下列经验公式计算：当 lw30mm,t=(1.21.5)*(mm)当 lw3080mm,t=(1.31.6)*(mm)当 lw80mm,t=(1.41.8)*(mm)式中 lw工件拉削长度（mm）齿距t=1.3*=7.12 取齿距为7拉刀同时工作齿数Z=lw/t+1=5.31.6 容屑槽为制造方便，精切齿和校准齿的齿距以及容屑槽的形状和尺寸如下表齿距容屑槽尺寸t浅槽基本槽深槽hgyRhgrRhgrR44.555.56789101112131415161.51.51.51.51.5222.53333.54451.51.51.5222.5333.24444.5550.80.80.80.80.8111.31.51.51.51.8222.52.52.53.53.53.54557788101012/22222.52.53.54444556/1.51.5222.5333.24444.555/11111.31.31.822222.52.53/2.53.53.544557788101012/2.53344.54.555667/22.5333.24444.555/1.31.51.522.32.32.52.5333.5/45577788101012根据上表，选择容屑槽尺寸为h=2.5 g=2.5 r=1.3 R=4容屑槽有两种形式，直线齿背和曲线齿背，所选容屑槽为曲线齿背。容屑系数K=V槽/V屑。拉削钢料时可参考表4-8选取，拉削铸铁时，K值一般为22.5。表4-8 容屑系数K值齿距齿升量0.030.030.070.070.100.104.583.53.22.9-8143.23.22.92.614252.92.92.62.325-2.62.32.01.7 分屑槽分屑槽的槽底后角应等于或大于齿后角，同廓式圆孔拉刀的参数为：槽角wo=4590，槽宽so=0.61.5mm，槽深hc=0.41.0，槽底半径ro=0.20.5mm。分屑槽的数目n=d/58由已知数据算取n=12。1.8 刀齿的直径及齿数圆孔拉刀第一个切削齿等于工件拉削孔的最小直径dwmin.即没有齿升量。Dwmin=29.1.切削齿的齿数可按照Z=A/2+35计算，Z=12由于工件可能发生孔的扩展和收缩，因此根据表4-10选取校准齿直径。表4-10 拉削时孔径的扩张量孔径公差扩张量孔径公差扩张量孔径公差扩张量0.02500.0350.050.0050.180.290.030.0270.0020.060.100.010.300.340.040.030.0330.0040.110.170.020.340.05表4-11 拉刀校准齿齿数被加工精度H7H9H11H12H13校准齿齿数5734231.9 拉刀强度校验1.拉削力的计算圆孔拉刀最大拉削力FMAX可按照下式计算：FMAX=f*b*Z2.拉刀强度的校验FMAX/Amink表4-12 拉刀单位长度切削刃上的切削力齿升量加工材料碳素钢合金钢灰铸铁可锻铸铁HB197HB=198229HB229HB197HB=198229HB229HB180HB1800.0163.7（6.5）69.683.674.583.689.253.973.561.80.0293.2（9.5）103.0122.6123.6133.4154.997.487.371.6130.03120.1（12.3）133.4157.9154.0165.7182.4102.0113.792.2140.04140.0（14.3）154.9183.3180.5194.2213.8118.7131.4105.90.06173.6（17.7）191.3227.6233.4250.1276.6148.1162.8131.40.08219（21. 3）230.5274.7274.6296328.6177.5198.1160.80.10242.（24. 7）267.8318.8321.7347382.5203.0231.5188.30.12279.（28. 5）309.0367.5370.8399.2441.4238.3262.9215.80.14317. 8（32. 4）350.2416.5414.9448.3495.4267.8297.2245.20.16353. 1（36. 3）387.5463.0462.0500.3549.3299.2329.6270.70.18387. 5（39.5）427.7510.1515.0554.2613.1327.6362.9296.20.20418.8（42.7）464.0551.3565.0608.2671.9353.1394.3319.80.22534.6（45.6）493.4588.6608.2654.3723.9377.7418.8342.30.25485.6（49.5）534.6637.6667.0716.1794.6413.0456.1368.80.30553.3（56.4）603.3716.1770.1828.8915.2466.9512.1422.8表4-13 拉刀主要技术条件a.拉刀各部分表面粗糙度拉刀部位粗糙度拉刀部位粗糙度刀齿的前刀面，后刀面前导部表面，后导部表面0.40柄部表面及过渡锥表面0.80容屑槽表面1.6颈部表面6.3b.拉刀各部分尺寸偏差拉刀外圆直径在全长上的最大跳动量拉刀长度与外径比值15152525最大径向跳动量0.030.040.06拉刀切削齿外圆直径偏差按-0.010mm齿升量0.030.030.050.06直径偏差0.0100.0150.025相邻齿直径偏差0.0100.0150.025圆孔拉刀校准齿直径偏差被加工孔直径偏差校准齿直径偏差0.02-0.0050.020.03-0.0070.03-0.0102.圆孔拉刀结构设计1.柄部他与拉床卡头相接，用以传递力。柄部尺寸已标准化（见表4-1）表4-1 D1DD2L1l.l.C最小横截面积刀柄强度允许抗力公称偏差f公称偏差h13公称偏差h13W18Cr4V=3545Cr=2012-0.016-0.0598-0.2211701528-0.33550175010001495137015712485142016-0.02-0.07211-0.2715701595332519001813177015133465526602015197515177619535402217217515227794545402519-0.3324751528399055660282227752032-0.398380133007600(30)2329752041514525830032-0.025-0.08725317520491171859820(34)27339020572200201144036293590206602310013200(38)303790207062471014120(40)31-0.3939902075426390150804233419020855/17100(46)35459020962/1924050384990201134/22680(62)-0.030-0.1045061902538-0.46121963/39260(75)62-0.4674125253019/603802.颈部他是柄部和过渡锥部的连接部分。拉刀材料及规格等标记一般都打在颈部。颈部的长度计算：lm+A+B-l,式中：M卡头与拉床床壁间隙，可取m=1020mmA拉床床壁厚度，查表42B花盘法兰厚度，查表4-2L,过渡锥长度，通常取成10，15，25mm。表4-2 常用拉床主要规格拉床型号L6110L6120L6140公称拉力98000（10000）196000（20000）392000（40000）床壁孔径125200260床壁厚度6075100花