圆体成形车刀设计概要

1、中北大学课程设计说明书圆体成形车刀设计1.1前言成形车刀又称为样板刀，它是加工回转体成形表面的专用刀具，它的切削刃形状是根据工 件廓形设计的。成型车刀主要用于大量生产，在半自动或自动车床上加工内、外回转体的成型 表面。当生产批量较小时，也可以在普通车床上加工成形表面。成型车刀的种类很多，按照刀具本身的结构和形状分为：平体成形车刀，棱体成形车刀和 圆体成形车刀三种。相较传统的车刀，成形车刀的具有显著的优势 ：稳定的加工质量，生产率 较高,刀具的可重磨次数多，使用期限长。但是它的设计、计算和制造比较麻烦 ，制造成本也 比较高。一般是在成批、大量生产中使用。目前多在纺织机械厂 ，汽车厂，拖拉机厂,轴

2、承厂等 工厂中使用。1.2设计要求设计要求：按照要求完成一把成型车刀，并且能够用该刀具加工出图示的工件1.3选取刀具材料工件材料为：硬铝；硬度 HBS100;强度（T b = 420MPa。参考附录表5金属切削刀具设计简明手册选取刀具材料 ：W18 Cr4V1.4选择前角及后角由表（2-4）金属切削刀具设计简明手册得： f =27, f =131.5刀具廓形及附加刀刃计算根据设计要求取K r =20，a=3mm b=1.5mm c=5mm d=0.5mmLc成形车刀切削刃总宽度，Lc=l+a+b+c+d如图（2）所示：以0 0线（过910段切削刃）为基准，计算出1 12各点处的计算半径r第1页

3、共19页中北大学课程设计说明书（注：为了避免尺寸偏差值对计算准确性的影响，故常采用计算尺寸-计算长度和计算角度来计算）图（2）rjx =基本半径一半径公差rj1225.4 0.12()107.788mm24rj3打10 -1.5 cos45 = 7.94mmrj5打6-1 cos45 = 8.29mm7第4页共19页打6=9亦；rrj8r j12二 9.928mmtg20/20 0.1血W 4)mm 9.975mm；0.1p 12.675mm；4中北大学课程设计说明书第25页共19页（以上各个半径就是标注点的相对 00线的半径长度，rjx半径是进行刀具切 削的各个点的设计绘制的。）再以1、2点

4、为基准点，计算长度L.:jxLjx二基本长度- 公差2Lj4二 15- 0.45mm 14.775mm2Lj6 二 35.0mm；Lj5 = 25.0mm ；Lj7 = 48.00mm ；1.6计算切削刃的总长度L =48a b cd = 58mm. c；（由于刀具的一部分是辅助用的加工部分，则可以对刀具的外部半径进行圆整, 最后考虑到加工刀具的精度问题取Lc为58mm）取 dmin = 2r1 = 15.576 mm则 LLc dmin = 5815.576 =1.7确定结构尺寸为了达到加工结构的优化和合理的加工工艺，应使：d0 = 2R。- 2（Amax e m） d （见表2_3）由表（

5、23）查得金属切削刀具设计简明手册：C1312车床（刀具结构为c型）d二52mm ； d 12mm；选用毛坯直径为 28mm则 Amax = 14 - 片了 = 14 - 6.59 二 7.41mm ；代入上试，可得（e m# & - Ama -二12mm；最终取m=8mm.1.8用计算法求原体成形车刀廓形上的各个点所在圆半径RxZV1.8.1 计算廓形上的各个点所在圆半径Rx计算过程如表（1 1）金属切削刀具设计简明手册所示:表（1 1）饥=&sin(fq J = 25sin(27+13)= 16.07 B= &cosCf z f)=25cos(2713J= 19.17廓形组成点Rjxrfx

6、CxBxzxRx精度为0.01A R9，10作0点7.942724.272-25=-0.728 土 0.011, 2923.610.5418.6340.7824.6003, 49.97521.181.6017.5742.4523.811.956 士 0.015, 77.78826.570.318.8740.4224.783.65 土 0.02612.67516.525.0814.0948.7621.370.745 士 0.0488.2925.770.3918.7840.5524.72-0.26 土 0.0411，129.92821.292.1816.9943.4123.380.43 土 0.0

7、2备注：以上各个值的计算公式为：，fx二arcsinsin f),XrjxCx 二 r cos fx - rjocosrf ； B = Bn C ；x 0 x =arg(hc)； R =hc；xx .Bxsing标注廓形径向尺寸时，应该选公差要求最严的1 12段廓形为尺寸标准基准，其它 各点用廓形深度丄R见表(11)。1.8.2根据表(1 1)可确定各个点廓形深度 也R的公差1 ) r j1 ，r j 2 的 R为：o；2 )r j3 , r j 4 的 R为：o.o1 ；r j5 ，r j 7 的 R为：0.02 ；5)rj11rj9 ,rj81.9最小后角的校验6)rj 12 的 R为：0

8、.04 ;r j 10 的 R为：0.1 ；，r j6 的 R为：0.04 ；由于711段切削刃与进给方向的夹角最小，所以这段切削刃上后角最小。则有:a 0 = arctg tg89 一 r f 89 si n 20 1=7.9 - (23 )所以后角校验合格。1.10 车刀廓形宽度Lx即为相应工件廓形的计算长度 LxjX其数值及公差按表（2 5）确定各个值分别为：L4 二 Lj4 = 14.775 - 0.10mm ；L5 二 L j5 二 25 - 0.02 mm ；L Lj6 二 35 - 0.02 mm ；L7 二 Lj? = 48 - 0.5mm ；1.11绘制刀具的加工工作图和样板

9、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 a2图一张。根据相关的要 求制定粗糙度等等的标注。（详细说明见图纸）矩形花键拉刀的设计2.1 前言拉刀上有很多刀齿，后一个刀齿（或后一组刀齿）的齿高要高于（或齿宽宽于）前一个刀齿（或前一组刀齿），所以当拉刀作直线运动时（对某些拉刀来说则是旋转运动），便能依次地从工件上切下很薄的金属层。所以拉刀具有以下优点：加工质量好，生产效率高，使用寿命长，而且拉床结构简单。但拉刀结构复杂，制造麻烦，价格也比较高，一般是专用刀具，因而多用于大量和批量生产的精加工。拉刀按加工表面的不同， 可分为加工圆形、方形、多边形、花键槽、键槽等通孔的内拉刀和加工平面

10、、 燕尾槽、燕尾头等外表面的外拉刀。按结构的不同，可分为整体式拉刀和装配式拉刀。2.2选定刀具类型和材料的依据1选择刀具类型：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=B x nxZi，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

11、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。2.3刀具结构参数及各部分功用1拉刀的结构一3.11渡怖表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

12、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。2 切削方式：米用分层拉削方式中的同廓式拉削方式3拉削余量：对于花键孔A=De-Do4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

13、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丄匕才匕 齿冃容屑槽中靠近后刀面的部分2.4拉刀几何参数的选择和设计1选择拉刀材料：WsCmV2:拟订拉削余量切除顺序和拉削方式拉削余量切除顺序为：键测与大径一一小径，拉刀切削齿的顺序是：花键齿一一圆形齿。 实际采用分层拉削渐成式。后面用d、h和y

14、表示角齿、花键齿和圆形齿；用c、g、j和x表示粗切、过度、精切和校 准齿；用w和m表示工件预制孔和拉削孔。3:选择切削齿几何参数前脚：0=20,精切齿与校准齿倒棱前脚 ot=2O后脚：粗切齿：0=2 30 +1ba1 =0.10精确齿：0=2 +30 bai =0.15校准齿：0 =1 +30 ba1 =0.24:确定校准齿直径倒角齿不设校准齿查表416 （刀具课程设计指导书）得，花键齿、圆形齿的扩张量均为 4um则花键齿 校准齿和圆形齿校准齿直径为dhx =34.10-0.004=34.096mm;d yx=28.021-0.002=28.0019mm;5:计算切削余量；按表4-1 （刀具课

15、程设计指导书）计算圆形拉削余量为1mm预制孔径为27mm实际拉削余量A =28.0019-27=1.0019mm花键余量片=34.096-(29.898 -0.1)=4.298 mm 6:选择齿升量；查表4-4 （刀具课程设计指导书） 选择为花键齿：afh =0.050mm （矩形花键拉刀栏）7:设计容屑槽齿距计算查表4-7P=(1.21.5)l =(1.21.5)30 =8mmpgPj = px=（0.60.8）p=6mm选择容屑槽查表4-8采用曲线槽，粗切齿用深槽，h=3mm,精切齿用基本槽h=2.5mm（3） 校验容屑系数：查表4-9得，容屑系数K=3（4）校验同时工作齿数查表 4-7

16、得 l/p=30/8=3.8所以：Zemin =4 Ze max =4+1=5,满足3 8的校验条件&花键齿截形设计花键齿键宽Bh按下列式子计算Bhmax=BmaxBhmin = Bhmax-:b式中，Bmax为花键键槽宽最大极限尺寸；久为拉削扩张量（查表得b=0004mm；札为拉刀键齿制造公差带宽，为保证键赤耐用度高，札应在制造范围内取最小值，这里取 也b=0.010mm 则Bh max =7.036-0004=7.032mmBh min =7.032-0010=7022mm拉刀键齿侧面应制出Kr=0的修光刃f,其下应磨出侧隙角1 30。（工厂常在齿高为1.25mm及以下的刀齿上磨侧隙。）9

17、: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（表4-13 ）。由于在每个圆形齿上都存在着不工作刃段，圆形齿段不必磨分屑槽。10:选择拉刀前柄按表4-17选择U型A无周向定位面的圆柱形前柄，公称尺寸d1 =25mm卡爪底径d2=19mm11: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（表和 4-22）4-20、4-2112:二 aw =z( Bhmax+2f)=6*(7.032+2*0.5)mm=48.192mmFmax = Fz 、aw kok!k2k3k4*1O2=98.55KN拉刀最小截面积在卡槽底颈处，则拉应力2丁 二 F

18、max / Amin = Fmax /（二 /4X 29 ） =0.2GP二讥刁（表4-25），拉刀强度校验合格 确定拉刀齿数及每齿直径1）花键齿齿数初拟花键过渡齿与精切齿的齿升量为 逐步递减，共切除余量 A=0.21mm0.04，0.03，0.02，0.01，0.005mm,花键粗切齿齿数zhc人 - A、2afh1 二 4.89 - 0.21 1 二 45.752 0.05取46齿,的齿升量多切去了因此，减去0.25 0.05 2= 0.025mm的余量，应减去 0.0125mm+个精切齿并将齿升量调整为0.04，0.03，0.015，0.0075mm,1 . 二后2齿齿升量 一l fh，

19、为精切齿，前2齿则为过渡齿。22）圆形齿齿数初拟方案与花键齿相同，即拟切去A余量，计算圆形粗切齿齿数为Ay - A2afy二 9.23取10齿，少切了 0.15 0.005 2mm 0.015mm的余量，需增加一个精切齿，其齿升量为0.0075mm这样，圆形齿段具有粗切齿 6个，过渡齿2个, 精切齿2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 Zhx二4圆形校准齿齿数 zyx = 4yx4）各齿直径基本尺寸 见表4-41。13:拉刀齿部长度 参照图4-2。花键齿段长度lh = 8 46+6 5+8=406mm 圆形齿窜长度ly = 810+66=116mm拉刀齿

20、部长度I = |y |h二522mm14:设计拉刀其他部分 按表4-17，4-19，4-23计算：前柄 I厂 90mm d厂 25f8(；020)mm颈部12 二 m Bs A - 13 = (10 80 40 - 15)mm = 115mmd2 =- 0.5mm = 24.5mm过渡锥I = 15mm前导部l3 二 30mmd3dwmin二 27f7C0Z)mm前柄伸入夹头长度 I疔l 5mm 85mm前柄端部至第1刀齿的距离:L； = h m B A 13 = (90 15 80 35 30)mm 二 250mm后导部l4二20mm后柄 l5 二 80mm15拉刀总长及其校验d4mymin

21、25f8(二 28f 7(-0.02-0.041)mm-0.02-0.059)mmL = L + I + I4T596拉刀几何参数汇总如下表3已知条件：1、花键孔尺寸：外径：De邛 34H10 (34+0.100)内径：D邛 28H7( 28 .键宽：b=7H9 ( 7+0.036)倒角：c X 45 c=0.3键数：n=62 、拉削长度：L=30mm3 、工件材料：硬铝 YL11,硬度HBS1004 、预制孔直径：Do=27mm5 、拉床型号：L6120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齿升里af查表4-6af=0.06mm3齿距tt校按表4-12t 校

22、=(0.6-0.8) t取 t=8mm t 校=6.54同时工作齿数ZeZe= (l/t ) +1Ze=55拉削余量切削顺序根据表4-27确定为II型加工顺序为：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+ 3由表4-24查得3 =00.001D 圆校=28.021mm7圆孔拉削余量A圆A圆=。圆校DominA 圆=28.021-27.8=0.41mm8圆形切削齿齿数Z圆Z 圆=(A 圆 /2a f) + (3-5)Z 圆=9.23 取Z圆=10齿9圆形齿部分长度l圆切l圆切=t X Z圆l 圆切=8X 11+6X2=100mm10圆形校准齿齿数Z圆校查表4-14Z圆

23、校=411圆形校准部分长度l圆校l圆校=t校x （Z圆校+2 3）l圆校=6x 6=36mm12圆形齿部分总长l圆l圆=1圆切+l圆校l 圆=100+36=116mm化键齿部分的计算13第一个花键齿直径D花1D 花 1=ck-0.1D 花 1=29.21-0.1=29.20mm14花键校准齿直径D花校D 花校= Dmax 3取 3 =0.010.001D 花校=34.10-0.01=34.09mm15花键拉削余量A花A花=。花校-D花1A 花=34.09-29.20=4.89mm16花键切削齿齿数Z花切Z 花切=(A 花 /2a f) + (3-5)Z 花切=45.75取Z花切=4617花键切

24、削部分长度l花切l花切=t x Z花切l 花切=8X 47+6X2=388mm18花键校准齿齿数Z花校取Z花校=419花键校准部分长度l花校l花校=t校x（ Z花校+12）+8l 花校=6X 5+8=38mm20花键齿部分总长l花l花=1花切+l花校l 花=38+388=426mm21花键齿廓形尺寸花键齿宽度b fb=Bmax- 3，公-0.015 f=0.8-1表 4-28b=7.036-0.015=7.021 mm f=1mm棱面宽度副偏角Kr /Kr/ =1 -1Kr / =1o30z其他部分计算22容屑沟尺寸h r g由表4-8选取h=3r=1.5g=323容屑系数K由表4-9选取K=

25、2.524分屑槽倒角齿和花键齿按表4-13尺寸交错开分屑 槽25前导部尺寸dal 3d3=Dmin，偏差按 f7l 3=1ds=27l 3=30mm26后导部尺寸d4l 4d4=D花校-0.05，偏差f714= (0.5-0.7 ) ld4=2&.214=20mm27切削角度和刃带宽丫。ba查表4-2查表4-3各个刀具丫 o=20o 切削齿a o=2o士30 标准齿a o=1 切削齿ba=0.05-0.15mm 标准齿 ba=02-0.3mm28过渡锥长度l 3，l 3 =10-20取 l 3, =15mm29柄部尺寸Dl /l l ic查表4-17D=25mmDz =19mml / =20m

26、ml =25mml i =90mmc=4mm30颈部长度12=m+B+A-L, m=10mmB、A 见表 4-19B=80mm A=40mm12=115mm31由柄部前 端到第一 个切削齿 的距离L/L/= l 1+12+13/ +l390+115+15+30=25032后柄长度l 58033拉刀总长LL=L1Z +l 圆+ 1 花 + l 4 + l 5L=896mm2.5对技术条件的说明1拉刀各部分的表面光洁度表3部位Ra刃带0.4前后刀面；前后导部；各种花键拉刀齿形表面0.8柄部；过渡锥；矩形花键拉刀表面侧隙面1.6容屑沟底及齿背，颈部3.2花键刀齿底径12.5(1) 4.2拉刀各部分尺寸偏差（2）拉刀外圆直径在全长上的最大径向跳动量之差（3）切削齿外圆直径偏差：0.020（4）精切齿外圆直径偏差按-0.01mm（5） 校准齿外圆直径偏差（包括与校准齿直径相同的精切齿），查得-0.009mm（6）矩形花键拉刀其他尺寸偏差 键宽偏差：根据工件键宽的精度确定，可再-0.01-0.02之间 花键齿圆周相邻齿距