矩形花键拉刀与矩形花键铣刀的设计.doc

中北大学课程设计说明书前 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,在我们设计的过程中会遇到一些技术和专业知识其它方面的问题，再加上我们对知识掌握的程度，所以设计中我们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批评指正,不胜感激之至. 编者 04021403 30一、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选择粗切齿：前角=17 后角= 过渡齿：前角=17 后角= 校准齿：前角=17 后角= 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5um，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25，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,g=3,r=2.3,R=7精切齿用基本槽,h=2.5,g=2.5,r=1.3,R=4。3）校验容屑条件 查表4-9得容悄系数k=2.7。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=6.5,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=0.005mm）;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=(6.048-0.005)mm=6.043mm=(6.043-0.010)mm=6.033mm拉刀键齿面应制出的修光刃f=1.3，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。其相关参数如下：S=3.0,11.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,mm,c=4mm,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,L6120拉床拉力为200 0.8KN=160KN,比Fmax大,拉床载荷校验合格.选用L6120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92）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38齿，多切去了0.420.052mm=0.042mm的余量，应减去0.021的齿升量.因此减去一个精切齿并将齿升量调整为0.04,0.03,0.009,0.005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0.06 0.005 2=0.006mm的余量,需增加一个精切齿起齿升量为0.003mm.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倒角齿125.140.025花键齿3929.04225.284029.14325.424129.24425.564229.34525.74329.44625.844429.54725.980.0154529.64826.124629.74926.264729.84花键齿1025.140.0154829.921125.244929.980-0.0151225.345029.9981325.445130.0180-0.0181425.545230.0181525.645330.0181625.745430.0181725.845530.0181825.945630.0181926.045725.10.0152026.145825.22126.245925.32226.346025.42326.446125.52426.546225.62526.646325.72626.746425.82726.84圆形齿6525.882826.946625.940-0.012927.046725.983027.1468260-0.0093127.246926.013227.347026.0163327.447126.0163427.547226.0163527.647326.0163627.747426.0163727.847526.0163827.94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990mm,拉刀长度校验合格.17.绘制拉刀图四、成形车刀的设计前 言 （一） 齿形的设计计算图8（二）结构参数的选择及计算工件为下图所示的工件设计步骤1.选择刀具的材料 选用普通高速钢W18Cr4V。整体制造2.选择前角和后角 由表2-4，取前角。3.画出刀具廓型计算图，附打印B4纸上标出工件廓型上各组成点19，确定1所在水平线为基准线，计算出1-9各点处的计算半径（为了避免尺寸偏差值对计算精确性的影响，故采用计算尺寸计算半径、计算长度和计算角度来计算）取，a=1.6mm,b=1mm,c=5mm,d=0.5mm=基本半径=6.6mmmm=12.475mmmm=10.29mmmmmmmm再以1点为基准点，计算长度mmmmmmmmmmmmmmmm4.计算切削刃总宽度Lc，并校验之值Lc=+a+b+10=42.701+1.6+1+10=55.301mm则大于2.5当大于许用值或Lcmm（为经验值），可采取下列措施：1） 将工件廓型分段切削，改用两把或数把成形车刀；2） 改用切向进给成形车刀；3） 如已经确定径向进给，可在非切削部分增设辅助支撑滚轮托架，以增加工艺系统的刚度。考虑到成形车刀的特点就是切削效率高，速度快;如果将工件分成几段切削无不会降低切削效率，影响切削加工性。5.确定结构尺寸Lc=50.301mm,H=80mm,E=mm,B=60mm,F=50mm,d=8 mmM=mm,mm6.用计算法求出N-N剖面内刀具廓型上各点至点1所在后刀面的垂直距离Px.之后选择3-3段廓线为基准线（因为在本段工件的精度要求最高），计算出刀具廓形上各点到该基准线的垂直距离，即为所求刀具廓型深度。7.根据表2-5可确定各点的公差 8.校验最小后角9.确定棱体成形车刀廓形宽度 10.确定刀具的夹固方式11.绘制棱体成形车刀工作图和样板图（三）棱体成形车刀的技术条件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容屑槽圆角半径Rrdo2（hK）/2AZk0.5or1.66取r217容屑槽深度HH=h（KK1）/2r0.1H13.318容屑槽间角20o35o取35o19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选取总 结课程设计作为工科院校大学生的必修环节，不仅是巩固大学生大学所学知识的重要环节，而且也是在检验毕业生综合应用知识的能力、自学能力、独立操作能力和培养创新能力，是大学生参加工作前的一次实践性锻炼。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的所学的知识，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