金属切削原理及刀具 课程设计说明书

圆孔拉刀与矩形花键铣刀的设计说明书 目录目录 1 1 前前 言言 2 2 2 2 绪绪 论论 3 3 3 3 圆孔拉刀设圆孔拉刀设 计计 4 4 4 4 矩形花键铣刀设矩形花键铣刀设 计计 14 14 5 5 总总 结结 18 18 6 6 参考文参考文 献献 19 19 1 1 前言前言 转眼之间大学四年的学习已过去多半 在我们完成本学期学业之前 通过课程设计来检 查和考验我们在这半年所学 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圆孔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 由于水平有限 设计编写时间也仓促 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 2 2 绪论 绪论 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 完成对矩形花键铣刀 圆孔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 算准确无误 所使用的尺寸 数据和计量单位 均符合有关标准和法定计量单位 3 3 圆孔拉刀设计圆孔拉刀设计 1 1 刀具结构参数刀具结构参数及各部分功用及各部分功用 1 1 拉刀的结构及功用 见图 一 表 一 过渡锥前导部 粗切削齿和过渡齿精切齿和校准齿后导部前柄颈部 图 一 拉刀结构 表 一 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 1 2 切削方式 采用分层拉削方式中的同廓式拉削方式 1 3 拉削余量 对于花键孔 A De Do 1 4 拉刀刀齿结构及功用 见表 二 表 二 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 2 设计要求 设计要求 按照要求完成一把成型拉刀 并且能够用该刀具加工出图示的工件 3 选取拉刀材料及硬度 工件材料为 25 钢 硬度 HBS150 强度 b 430Mpa 参考附录表 5 选高速钢整体制造拉刀 2 456 VCMW rO 4 确定拉削方式 综合式拉刀较短 适于拉削碳钢和低合金钢 拉削精度和表面质量并不低于其他拉 削方式 且拉刀耐用度高 因此选择综合拉削 5 选择刀齿几何参数 按 金属切削刀具设计简明手册 表 4 2 4 3 查选 硬度为 HBS150 25 钢 所以选择 前角 17 精切齿与校准齿倒棱角为 5 0 后角 粗切齿 1 0 302 a1 1 a b 精切齿 30 0 2 a3 0 1 0 1 a b 校准齿 30 0 1 a3 0 2 0 1 a b 6 确定校准齿直径 以脚标 o w m c f j 和 x 依次表示拉刀 预制孔 拉削孔 粗切齿 过渡齿 精切齿和校准齿 mm035 3501 0 025 35 max mox dd 式中 拉削变形 收缩量 按表 4 15 4 16 选 0 01mm 7 确定拉削余量 按 金属切削刀具设计简明手册 表 4 1 选公式计算 计算余量为 ldA m 02 0 01 0 005 0 mmmm062 1 3515 0 35005 0 取预制孔加工方式为标准麻花钻加工 按国标 GB6137 85 锥柄长麻花钻 第 1 系 列取的钻头 mm00 34 实际拉削余量为 mmmmddA wox 035 1 34035 35 min 8 选取齿升量 由材料为 25 钢 且为综合式圆拉刀 按 金属切削刀具GPaMPa b 5 0430 设计简明手册 表 4 4 选 取粗齿升量为 为获得较好的加工表面质06 0 03 0 f a 量和良好的加工性能 取较小齿升量为03 0 f a 9 设计容屑槽 图 二 NO 18 NO 1 图 二 拉刀齿形及分屑槽参数 9 1 计算齿距 按 金属切削刀具设计简明手册 表 4 7 选公式计算 粗切齿与过渡齿的齿距为 mmlP87 8 4 735 5 1 25 1 5 1 25 1 取 P 8mm 精切齿和校准齿齿距取为 mmPPP xj 4 6 8 4 8 0 6 0 取为 6mm 9 2 选取拉刀容屑槽 查 金属切削刀具设计简明手册 表 4 8 综合式拉刀或拉削塑性材料时 宜采用曲线齿背型容屑槽 故 粗切齿 过渡齿取深槽 h 3mm 精切齿 校准齿取基本槽 h 2mm 9 3 校验容屑条件 查 金属切削刀具设计简明手册 表 4 10 mmaa fc 06 0 2 得容屑系数 K 3 mmlaKh f 3 23503 0 2313 1 2 13 1 显然 容屑条件校验合格 hh 9 4 校验工作齿数 照 金属切削刀具设计简明手册 表 4 7 计算 4 8 35 p l 4 min e z14 max e z 满足的校验条件 校验合格 83 e z 10 确定分屑槽参数 拉刀粗切齿与过渡齿采用弧形分屑槽 精切齿采用三角形分屑槽 按 金属切削刀具设计简明手册 表 4 11 4 12 设计计算 弧形分屑槽为 当 34 min o d 槽数 10 k n 槽宽 82 4 7 0 3 0 90 sin min0 mm n da k 切削宽度 82 5 90 sin2 min0 a n da k w 三角形分屑槽为 mmd35 0 槽数 1632 18 7 15 6 1 7 1 0 dn 槽宽 2 1 0 1 b 槽深 5 0 4 0 h 槽角 90 11 选择拉刀前柄 按 金属切削刀具设计简明手册 表 4 17 选用 II 型 A 无周向定位面的圆柱形前 柄 取 卡爪处底径 mmd32 1 mmd24 2 该拉刀无需设后柄 12 校验拉刀强度与拉床载荷 查 金属切削刀具设计简明手册 表 4 25 得 0 35GPa 按 金属切削刀具设计简明手册 表 4 20 4 21 4 22 计算最大拉削力 根据综合式拉削的特点 切削厚度 fc aa2 3 43210max max 10kkkkkZaFF ewZ 为拉刀直径 0 2 1 daw 0 d KNKNF133 571019 013 1 15 1 27 1 5 2 35 140 3 max 拉刀最小断面为前柄卡爪底部 其面积为 22 22 2 min 16 452 4 24 4 mmmm d Ar 危险断面部位的拉应力为 GPaGPa A F r 1264 0 16 452 133 57 min max 高速钢圆拉刀许用应力 0 35GPa 显然 拉刀强度校验合格 按 金属切削刀具设计简明手册 表 4 23 4 24 选用工作状态良好的 L6110 型旧 拉床 可算出拉床允许拉应力 KNFrk808 0100 显然 拉床载荷校验合格 rk FF max 13 确定拉刀齿数和每齿直径尺寸 取过渡齿与精切齿齿升量递减为 所 f a8 0 f a6 0 f a5 0 f a4 0 f a3 0 f a2 0 f a1 0 以取为 0 025 0 02 0 015 0 012 0 01 0 01 共切除余量 mmAA gj 184 0 01 0 01 0 012 0 015 0 02 0 025 0 2 其中前 2 齿齿升量大于 可属于过渡齿 后 4 齿齿升量较小 属精切齿 f a 2 1 粗切齿齿数按下式计算后取整为 151 03 0 2 184 0035 1 1 2 f gj c a AAA Z 粗切齿 过渡齿 精切齿共切除余量 15 1 2 0 03 0 184 1 024 剩下 1 035 1 024 0 011 需增设一个精切齿到要求的尺寸 按 金属切削刀具设计简明手册 表 4 14 取校准齿 7 个 其直径尺寸前面已经 ox d 确定了 这样 拉刀总齿数为 2975215 xjgc ZZZZ 表 三 中列出各齿直径尺寸及其公差 表 三 各齿直径尺寸及其公差 齿号 12345678910 基本尺寸 D mm 34 0 0 34 06 34 1234 1834 2434 3034 3634 4234 4834 54 直径尺寸公 差 mm 015 0 齿号 11121314151617181920 基本尺寸 D mm 34 6034 6634 7234 7834 8434 8934 9334 9634 98 4 35 00 4 直径尺寸公 差 mm 015 0 01 0 01 0 齿号 212223242526272829 基本尺寸 D mm 35 02 4 35 03535 03535 03 5 35 03 5 35 03 5 35 03 5 35 03 5 35 03 5 直径尺寸公 差 mm 01 0 0 007 0 14 设计拉刀其它部分 按 金属切削刀具设计简明手册 表 4 19 前柄 mml110 1 mmfd832 1 颈部 mmlABml s 90 32 mmdd 6 314 0 12 过渡锥 mml15 3 前导部 mml40 4 mmdd w 5 33 min4 后导部 20 7 lmmfdd750 min7 拉刀前柄端面至第 1 刀齿的距离 245 40306015100 4 1 1 lABmlL S 图 三 前柄 颈部 过渡锥 前导部 图 四 后导部 15 计算和校验拉刀总长 粗切齿与过渡齿长 mml1362158 5 精切齿与校准齿长 mmjl72 75 6 6 拉刀总长 mmlllLL473 765 1 按 金属切削刀具设计简明手册 表 4 26 允许拉刀总长为 显然拉刀短得多 所以长度核验合格 mmd910352626 0 16 制定拉刀技术条件 制定拉刀技术条件 热处理 刀齿和后导部 63 66 HRC 前导部 60 66 HRC 柄部 45 58 HRC 允许进行表面热处理 拉刀几何角度的极限偏差 前角 2 1 0 17 切削齿后角 1 0 302 校准齿后角 30 0 1 17 绘制拉刀工作图 根据以上得到的结果 按照数据进行刀具图的绘制 绘制图一张 根据相关的 2 A 要求制定粗糙度等等的标注 详细说明见图纸 4 花键铣刀设计 1 确定铣刀宽度与齿形高度 铣刀宽度应比工件廓形宽度略大 经几何计算 参考图 五 取铣刀宽度为 B 4 24mm 当取铣刀前角为零度时 k 点与 l 点范围内的曲线即为铣刀前刀面齿形 也是铣刀轴向 齿形 铣刀齿形高度由 l 点确定 纵坐标为 5 33mm 铣刀齿形最大高度点 l 的齿形高度 mmyyh cw 34 1 33 5 67 6 1 最大齿形高度 mmmmhh w 3 2 1 l 图 五 2 确定容屑槽形式 容屑槽形式 平底容屑槽 3 确定铣刀孔径 查 金属切削刀具设计简明手册 表 3 4 铣刀宽度 B 4 24 可取 d 13mm 4 初选铣刀外径 由式 mmhdd 6 2 2 2 2 2 2 0 可得 mmmmd40 6 2 32 213 2 2 2 0 5 初选铣刀齿数 rkhH 由于 k 与 r 不能确定 按式 3 1 4 23 3 1 06 0 0 mmdhH 初步取为 8 铣刀圆周齿距为 5 10 8 1 3 1 t 齿数为 12 0 t d Zk 6 确定铣刀的后角及铲削量就 选进给方向的后角 可取 15 10 f rxfrxfxox sintansintantan 应保证 不小于 取 ox 3 2 12 fx 计算铲削量并按 金属切削刀具设计简明手册 附录表 2 圆整 铲削量 223 2 tan 0 f k Z d K 双重铲齿的铣刀背采用 型铲齿形式 3 3 6 2 5 1 3 1 1 KK 7 确定容屑槽底半径 k AZ khd r 2 2 0 铣刀铲磨 取 A 4 则 圆整为 0 5mm 的整数倍 198 0 1242 23 240 r 8 确定容屑槽角 取 25 9 确定容屑槽形状和深度 H 见图 六 对于 型齿背 5 61 2 32 3 2 1 r KK hH 图 六 10 检验刀齿和刀体强度 1 检验刀齿强度 625 5 12 5 6240 5 2 2 5 2 4 3 2 00 KK Z Hd Z Hd C 8 0865 0 H C 故刀齿强度可满足 2 检验刀体强度 为保证刀体强度 要求 dm 5 0 3 0 d dHd m5 07 2 135 6240 2 2 0 故刀体强度也可满足要求 11 校验铲磨齿形时砂轮是否和下一个刀齿发生干涉 1 按所设计的成形铣刀参数和 r 作出铣刀端面投影图 可得 A I J 三点 0 HZd K 从第一齿的顶点 A 沿径向取齿廓高度 h 得 G 点 从第二齿的顶点 J 沿径向取铲削量 K 得 B 点 取齿廓高度 h 得 E 点 从 A 点作直线 AO1 AO1 与前刀面 AO 夹角为 又作 AB 两点连线的中 f 垂线与直线 AO1 交于 O1 点 以 O1 点为圆心 O1A 为半径作圆弧连 A 点 B 点即得近似的齿顶铲 背曲线 以 O1G 为半径画圆弧 GD 即为近似的齿底铲背曲线 参见图 七 2 选砂轮直径 式中 25 为砂轮法兰盘直径 h 为铣刀齿廓高度 一般 mmhDS5252 12060 S D 3 在弧 AJ 上取一点 a 使弧连接 FO1 并延长之 自 F 点在此延长线上截取AI 2 1 Aa 得 O2 以 O2 为圆心 为半径作圆 即得砂轮的外圆周 并切弧 GD 于 F 点 此时 S D 2 1 FO2 S D 2 1 砂轮外圆周如在下一个刀齿 E 点的上方 则砂轮在铲磨时不会碰到下一个刀齿 如果在 E 点下 方 则铲磨时会碰到下一个刀齿 即发生干涉 图 七 12 确定内孔空刀尺寸及键槽尺寸 内孔空刀尺寸按 金属切削刀具设计简明手册 附录 3 确定 加宽为 22 的加强套筒 取空 刀尺寸为 10 键槽尺寸按 金属切削刀具设计简明手册 附录表 1 确定 取为 20 3 3 2 13 确定铣刀的技术条件 铣刀材料的选用 VCW r418 确定铣刀刀齿形用样板检查 根据工件要求的精度 取铣刀齿形公差为工件廓形公差的即 3 1 0 037mm 铣刀内孔的公差可取 H7 5 5 总结总结 课程设计是培养学生综合运用所学知识 发现 提出 分析和解决实际问题 锻炼实践能力 的重要环节 是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程 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 通过这一学期的学习和对有关资料的查阅 我运用所学的专业知识和从与专业相关联的 课程为出发点 设计了刀具零件的工艺 编制了刀具零件的加工程序 并复习了所学软件