831003{铣18H11槽-A型}CA6140拔叉加工工艺设计
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831003{铣18H11槽-A型}CA6140拔叉加工工艺设计
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孔 25H7 拉刀设计 1、 拉刀的结构参数 1.1 拉削特点 拉削是利用拉刀切削金属的高生产率加工方法，可用来加工各种形状的通孔、槽以及简单或复杂形状的外表面。拉削加工与其他切削方法相比，其特点表现在：生产率高、加工精度和表面 粗糙 度高、成本低、机床结构简单、操作简单等。 1.2 拉刀类型选择 根据任务书要求， 需拉削长 80mm，槽数为 6 的内花键槽， 查 复杂刀具设计手册表 1.3-1，选择拉刀类型为矩形花键拉刀第三型号，该刀具特点：拉削长度大于 30mm，同时加工齿数不小于 5，可保证花键 孔 所需的高精度。 1.3 拉刀材料选择 由任务书知所需加工零件材料我 HT200，其特点是硬度大，韧性差，因此在拉削过程中要求拉刀耐磨性好，查 实用 金属切削手册表 3-1， 选钢号为W18Cr4V 做拉刀材料 ， 柄部采用 40Cr 材料 ， 将两种材料采用对焊连接， 该 拉刀材料特点是：综合性能好，通用性强，可磨性好，适合加工软合金，普通铸铁等，硬度： 6366HRC，抗弯强度： 3.03.4GPa，冲击韧度： 0.180.32MJ/ 2m 。 1.4 拉床类型选择 根据所需加工零件，查机械加工工艺手册表 3.1-84，选卧 式拉床 L6120。 2、拉刀切削部分的设计 切削部分是拉刀的重要部分，它决定着拉削生产率和加工表面质量。 设计切削部分是要解决下列任务：选择拉削方式，确定拉削余量，选择前角、后角 及 齿升量，确定齿距及容屑槽数量和尺寸等。 2.1 拉削方式选择 拉削方式可分为分层拉削法 （ 成形式、渐成式） 、 分块 拉削法和组合拉削法。本次设计中，采用组合拉削法，它结合了成形 式拉刀与 分块 式拉刀的优点，粗切齿按分快式机构设 计，精切齿则采用成形式结构。 2.2 拉削余量的确定 根据任务书 提供数据， 查机械加工工艺手册表 1.4-4， 得直径余量 0A 为： m a x m i n 2 5 . 0 2 1 2 1 . 2 3 . 8 2 10 mo mmA D D 式中 maxmD 花键 孔 的最大外径 ； minoD 预制孔的 最小内径 。 2.3 刀齿几何参数选择 查制造装备设计表 5-8，得： 前角 0 00 8 1r 后角0：切削齿 0/00 1302 ；校准齿 /00 301刃带宽度1ab：粗切齿 （和过渡齿） 0.1mm；精切齿 0.2mm；校准齿 0.4mm。nts各参数所指如下图： rab a12.4 确定齿升量 齿升量确定的原则应该是在保证加工表面 质量、容屑空间和拉刀强度的前提下，尽量选取较大值。 查复杂刀具设计手册表 1.1-10，得 粗切齿的齿升量为 0.040.10mm，取 0.07mm， 精切齿取 0.01mm，过渡齿齿升量从 粗切齿齿升量 0.07mm 逐渐减少到精切齿齿升量 0.01mm。 2.5 确定齿距 p 及同时工作齿数eZ拉刀齿距的大小，直接影响拉刀的容屑空间和拉刀长度以及拉削同时工作齿数。查复杂刀具设计手册表 1.1-13，取 粗 切齿 13p mm （过渡齿齿距与粗切齿齿距相同） 精切齿 9p mm （校准齿齿距与精切齿的齿距相同） ，同时工作齿数7eZ 齿。 2.6 确定容屑槽形状和尺寸 2.6.1 容屑槽形状选择 查机械制造装备设计表 5-11，选曲线齿背槽型，其特点是：容屑空间较大，便于切屑卷曲，用于拉削韧性材料。 2.6.2 确定容屑系数 K 查复杂刀具设计手册表 1.1-15， 0 .0 5z mmf ，工件材料为铸铁，选 2.5K 2.6.3 计算容屑槽深度 h 根据公式： 1 . 1 3zh L Kf（ L 拉削总长） 带入数据，得 nts 1 . 1 31 . 1 3 0 . 0 5 8 0 2 . 53 . 1 6zh L Kmmmmf 由于切屑在容屑槽内卷曲和填充不可能很紧密，为保证容屑，容屑槽的有效体积须大于切屑所占体积，即取 4h mm 。 2.6.4 确定容屑槽尺寸 查机械制造装备设计表 5-11，取基本槽， 各尺寸分别为： 粗切齿： 1 3 , 4 , 4 , 2 , 8p m m h m m g m m r m m R m m ， 过渡齿参数与其相同； 精切齿： 9 , 3 , 3 . 5 , 1 . 5 , 7p m m h m m g m m r m m R m m ， 校准齿 参数 与其相同，各参数所指，如下图 （图示为拉刀轴向切面）： hrRpg2.7 设计分屑槽 分屑槽是将较宽的切屑分割成窄切屑，以便于切屑卷曲、容纳和清除。拉刀前、后刀齿上的分屑槽应交错磨出。分屑槽分圆弧形和角度形两种，本次设计拉刀的粗切齿采用圆弧形分屑槽，精切齿采用角度形分屑槽 ，在设计分屑槽深度时应大于齿升量。 查复杂刀具设计手册表 1.1-19，刃宽为 6mm 时，槽数为 1 个 分屑槽参数为： 0 . 6 0 . 8k mmb ，取 0.6k mmb ； 0 . 4 0 . 6k mmh ，取 0.4k mmh ； 0 . 2 0 . 3k mmr ，取 0.2k mmr 。 kb 分屑槽宽度； ntskh 分屑槽高度； kr 分屑槽圆弧半径。 精切齿的分屑槽角度 060 ，在拉刀的最后一个精切齿上不做分屑槽，原因是，拉削量较少，切屑呈崩碎状，不必做分屑槽。在设计分屑槽后角是，为了使分屑槽侧刃处的后角大于零，磨制时，应使槽底与后刀面平行或使槽底与拉刀轴线成 02 （ 为拉刀后角）。 即，粗切齿分屑槽后角为 00/0 0 0113 0 3 02 2 4 精切齿分屑槽后角为 / 0 /003 0 3 3 012 2.8 确定拉刀齿数和直径 2.8.1 拉刀齿数 根据已确定的拉削余量 A，选定的粗切齿齿升量zf，然后按 公 式( 3 5 )2zAz f 估算切削齿齿数 z（包括粗切齿、 校准 齿和精切齿的齿数） 带入数据，得 3 . 0 2 1( 3 5 ) 4 3 4 . 2 12 0 . 0 52zAz f ，取整数 z=35 齿。 查机械制造装备设计表 5-14，得各类齿齿数为： 过 渡 齿： 4 齿，精切齿： 7 齿，校准齿： 6 齿，粗切齿： 18 齿。 2.8.2 各刀齿直径 所设计拉刀第一个粗切齿主要用于修正预制孔毛边，不设齿升量，直径等于预制孔的最小直径 22mm，其余粗切齿直径为前一刀齿直径加上两倍齿升量。过度齿齿升量逐步减少（直到接近精切齿齿升量 ，四齿齿升量分别取 0.07mm、0.05mm、 0.03mm、 0.02mm），其直径等于前一刀齿直径加上两倍实际齿升量。最后一个精切齿直径与校准齿直径相同。 校准齿无齿升量，各齿直径相同。取校准齿直径等于工作拉削后孔允许的最大直径maxmD，由于拉削后孔径会产生收缩， 校准齿直径 d校应取为 m a xmDd 校查机械制造装备设计表 5 15，取 0.03 mm 带入数据，得 m a x 2 5 . 0 2 1 0 . 0 3 2 5 . 0 5 1mD m md 校3、 拉刀其他部分设计 3.1 拉刀柄部设计 柄部用于夹持拉刀和传递动力的部分 ，为了制造容易，采用快速卡头 ，查机nts械加工工艺手册表 4.5-4，柄部结构形式选型 -A 无周向定位面的圆柱形前柄型式 。 拉刀柄部直径1D应至少比预制孔直径小 0.5mm，取1 20D mm。查机械加工工艺手册表 4.5-4，得 0 . 0 2 51 0 . 0 8 502 0 . 2 8/1/1 2 12 0 ;1 5 ;1 9 . 7 ;2 0 , 2 5 , 7 5 4mmDD m mD m mL m m L m m L m m c m m ，各参数具体如下图所示： LLcDAAD1A - AL3.2 颈部与 过渡 锥部 设计 拉刀颈部长度 （包括过渡锥长度） 可按下式 计算： /3 1 0 3 1 2()L H H l L L L ntsl 过Ll 前H 1HlLLLL拉刀工件花盘床壁夹头为了缩短拉刀长度，可将花盘换为厚度1H更小的衬套，这里选厚度为 14mm的衬套。 由于选用 L6120 拉床，所以取3 1 6 0 1 8 0L m m，取3 170L mm（包括 过渡 锥长度）。过 渡 锥长度一般为 10、 15 或 20mm，由于拉刀直径较小，取 10l mm过。 3.3 前导部、后导部 设计 前导部直径的基本尺寸等于拉削预制孔的最小直径 m in 22o mmD ， 长度 l前一般等于工件拉削长度0L，当孔的长径比大于 1.5 时，可取为 0.750L，此次拉削孔的长径比为 80： 25=3.5 1.5，因此00 . 7 5 0 . 7 5 8 0 6 0l L m m 前。 后导部直径的基本尺寸等于拉削后孔的最小直径minmD=25mm，长度 l后可取为工件长度的 1/22/3，因此01 2 2 3 1 2 2 3lL 后 （ ） （ ） 80mm=4053.3mm，取 45l mm后。 3.4 拉刀总长度 拉刀总长度是拉刀所有组成部分 柄部、颈部、过渡锥、前导部、切削部（包括粗切齿段、过渡齿段和精切齿段）、校准部、后导部及尾部的总和，即： /13L L L l l l l l l 后前 过 精 校粗式中 /1L 柄部长度； 3L 颈部与过渡锥长度； nts l前 前导部长度； l粗 粗切齿长度； l过 过渡齿长度； l精 精切齿长度； l校 校准部长度； l后 后导部长度 ，各单位均为毫米。 其中 1 8 1 3 2 3 4l z p m m m m 粗 粗 粗； 4 1 3 5 2l z p m m m m 过 过 过 7 9 6 3l z p m m m m 精 精 精； 6 9 5 4l z p m m m m 校 校 校代入以上数据及之前求得数据 ，的拉刀总长 /137 5 1 7 0 6 0 2 3 4 5 2 6 3 5 4 4 5753L L L l l l l l lmmmm 后前 过 精 校粗（ ） 拉刀总长度的允许偏差，在 1000mm 以内时，取 2mm。查复杂刀具设计手册表 1.1-83，得所设计拉刀最大长度为 1300mm，因此所设计拉刀长度符合要求。 4、拉刀强度及拉床拉力校验 4.1 拉削力 拉削时，虽然拉刀每个刀齿的切削很薄，但由于同时参加工作的的切削刃总长度很长，因此拉削力也很大。 拉削力可用下公式计算： /m a x 1 2 3c c DF F b z k k k （ N） 式中 /cF 选定的齿升量zf时单位刀刃上的切削力（ N/mm）； Db 单键 总切削刃宽度（ mm）； z 键数； 1 2 3kkk 分别代表前角、冷却液及刀具磨损对切削力影响的修正参数，一般为 1。 /cF 按 2Dzhf 查 机械制造装备设计表 5-17， 得 / 2 3 2 /cF N m m 。 nts m axDeb z b（ b：键宽 ；maxez：同时工作齿数） ，带入数据 得 7 6 4 2Db m m m m 代入数据，得拉削力： m a x 2 3 2 4 2 6 6 4 4 6 4cF N N 4.2 拉刀强度校验 拉刀工作，主要承受拉应力，按下式校验 m a xm i ncFA式中 minA 拉刀上的危险截面面积（ 2mm ）； 拉刀材料的 许 用应力（ MPa）。 高速钢的许用应力 3 4 3 3 9 2 M P a ， 40Cr 的许用应力 245M Pa ，本次设计拉刀刀柄采用 40Cr，因此 245M Pa 。拉刀危险截面为柄部截面面积，即： 2/1m i n 2DA 代入数据，得 2/ 2 21m i n1 9 . 7 3 0 4 . 6 524DA m m 根据以上所得数据，求得 m a xm i n64464 2 1 1 . 63 0 4 . 6 5cF M P aA p 所以，拉刀强度允许。 4.3 拉床拉力校验 拉刀工作
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