金属切削课程设计

1、 一 、矩形花键拉刀设计1. 前言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。2. 矩形花键拉刀的参数选择和设计计算2.1原始条件及设计要求 要求设计一把矩形花键拉刀,花键大径D=60H10mm, 小径d=52H7mm,键槽宽B=10H9mm,键数n=8,倒角高度C=0.5mm,拉削长度L=35mm,工件材料为45钢,硬度为HBS190,b=630MPa。查表后，由花键拉刀的长度确

2、定选用拉床L6120。2.2 拉刀材料选择 设计矩形花键拉刀采用W18Cr4V高速钢制造。2.3拉刀拉削及定心方式选择 2.3.1拉削方式选择 拉削花键槽常采用渐成式分层拉削方式,且采用倒角-花键-内孔的组合方式。 2.3.2 定心方式 由于小径定心花键拉刀加工出的花键孔,能使小径与大径、键槽之间达到很高的同轴度和对称度,能够更好的满足该设计要求,故选择小径定心方式。2.3 倒角齿参数确定 图 1 矩形花键拉刀倒角齿计算图 倒角齿角 查手册表4-29,由n=8,查得=45°。 倒角齿测量值M B1=B+2C=10+2×0.5=11mm sin1= b1/d=0.2115,1

3、=12.21° 2=45°-1=32.78° M=d×cos2/2=21.86mm 倒角齿最大直径d1 OH=(2M-B×cos45°)/2sin45°=25.915mm tanB=B/(2×OH)=0.192938dB= B/sinB=52.78mmd1=dB+(0.30.6)mm=53.23mm2.4 拉削余量 按表4-1计算圆形拉削余量为1mm,预制孔径为51mm。 按表4-16,花键齿 圆形齿的扩张量均为5um。 倒角余量 A1=53.23-51 mm=2.23mm 花键余量 A2=60.115-(53.2

4、3-0.1) mm=6.985mm 实际圆形齿拉削余量 A3=52.025-51 mm=1.025mm2.5齿升量选择 按表4-4选择为 倒角齿:f1=0.065mm 花键齿:f2=0.050mm 圆形齿:f3=0.050mm2.6 各切削齿的几何参数设计选择前角0=17°,精切齿与校准齿倒棱前角01=5°。粗切齿 0=2.5°,ba1=0.1mm精切齿 0=2.5°,ba1=0.2mm校准齿 0=1.5°,ba1=0.2mm 2.7设计容屑槽 齿距计算 按表4-7计算 p=（1.21.5）=(1.21.5)mm =8mm 选择校准和精切部分齿

5、距p1=6mm 选择容屑槽 按表4-8采用曲线槽,粗切齿用深槽,h=3mm,精切齿用基本槽。 校验容屑条件 查表4-9得容屑系数k=3。倒角齿齿升量大时,应校验之,应使满足式h1.13: 1.13=1.13mm=2.95mm<3mm 所以满足条件,校验合格。 校验同时工作齿数 按表4-7得知L/p=4,即Zemin=4,Zemax=4+1,满足3Ze8的校验条件。2.8花键齿截形设计 花键齿宽B2 B2max=Bmax-b,B2min=B2max-b 查表4-16得拉刀扩张量b=0.005mm,选取拉刀花键齿宽制造公差带宽b=0.010mm,则 B2max=(10.036-0.005)m

6、m=10.031mm B2min=(10.031-0.01)mm=10.021mm拉刀花键齿侧面应制出kr=0°的修光刃f,其下应磨出侧隙角1.5°。 2.9确定分屑槽参数 除校核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刃段,圆形齿段不必磨分屑槽。 2.10选择拉刀前柄 按表4-17选择型-A无周向定位面的圆柱形前柄,公称尺寸d1=50mm,卡爪底径d2=38mm。2.11校验拉刀及拉床强度 通过分析,确认倒角齿拉削力最大,因而计算拉刀倒角齿的拉削力。 aw=Z(B2max+2C)=8×(10.031+2×

7、;0.5)mm=88.25mm Fmax=FzawZemaxk0k1k2k3k4×10-3=(174+192)/2×88.25×5×1.15×1.15×0.9×1×0.001KN=96.11KN 拉刀最小截面积在卡槽底颈处,则拉应力为: =Fmax/Amin=(96.11×4)/(382×)GPa=0.085GPa< 拉刀强度校验合格。 根据表4-23、表4-24,拉床拉力为200×0.8KN=160KN,比Fmax大,拉床载荷校验合格。2.12确定拉刀齿数及每齿直径 倒角齿齿数

8、 Z1=A1/(2×f1)=2.23/(2×0.065)=17.15 取Z1=18 花键齿齿数 初拟花键过渡齿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A2=0.21mm。 花键粗切齿齿数: Z2=(A2-A2)/(2×af2)+1=68.75 取Z2=69,多切了0.25×0.05×2mm=0.025mm的余量,因此,减去一个精切齿并将其齿升量调整为0.04、0.03、0.015、0.0075mm.由于后2齿齿升量<0.5f2,故为精切齿,前2齿为过渡齿。 圆形齿齿数 初拟方案与花键

9、齿相同既拟切去A3=A2的余量。圆形粗切齿齿数为: Z3=(A3-A3)/(2×f3)=8.15 取Z3=8,少切了0.15×2×0.05mm=0.015mm,需增加一个精切齿,其齿升量为0.0075mm,这样,圆形齿段具有精切齿8个,过渡齿3个,精切齿3个。 校准部分齿数 倒角齿不设校准齿,圆形齿和花键齿校准齿数查表4-14得 花键校准齿齿数 Z2=4 圆形校准齿齿数 Z3=7 各齿直径基本尺寸 见表 1 表 1 矩形花键拉刀齿序表齿型齿号No.直径基本尺寸D（mm）直径尺寸公差（mm）齿型齿号No.直径基本尺寸D（mm）直径尺寸公差（mm） 齿型齿号No.直径

10、基本尺寸D（mm）直径尺寸公差（mm）倒角齿123456789101112131415511305126051390515205165051780529105204052170523005243052560526905282052950花键齿41424344454647484950515253545556575859606162636465676869707172727374757677 78 79805533055430555305563055730558305593056030561305623056330564305653056630567305683056930570305713057

11、2305733057430575305763057730578305793058030581305823058330584305853058630587305883058930590305913059230花键齿8182838485868788593305943059530596305973059830599306001089909192939495600706010060115圆形齿96979899100101102103104105511005120051300514005150051600517005180051880519401617 18530805317053230花键齿 19 2

12、0212223242526272829303132333435363738394053130532305333053430535305363053730538305393054030541305323053330534305353053630537305383053930540305413054230106107519805200010810952015110111112113114115116520252.13 拉刀齿部长度 倒角齿段长度 L1=(8×17+16)mm=152mm 花键齿段长度 L2=(8×71+6×6+8)mm=612mm 圆形齿段长度 L3=

13、(8×10+11×6)mm=146mm2.15拉刀其他部分设计 按表4-17、4-19、4-23计算: 前柄 l1=110mm d1=50f8mm 颈部 l2=m+Bs+A-l3=105mm d2=d1-0.5mm=49.5mm 过渡锥 l3=20mm 前导部 l4=40mm d4=51f7mm 前柄端部至第1刀齿的距离 L1=275mm 后导部 l5=20mm d5=52f7mm 后柄 l6=120mm d6=50f8mm2.16 拉刀总长及其校验 L=L1+L1+L2+L3+l5+ l6=1325mm 查表4-26,允许拉刀总长度为1600mm,拉刀长度校验合格。2.1

14、7 制定技术条件 1) 拉刀材料为W18Cr4V ,要求热处理后,刀齿及后导部硬度为6366HRC,前导部硬度为6066HRC,前柄硬度为4558HRC。 2) 拉刀表面不得有裂纹、碰伤、锈迹等影响使用性能的缺陷。 3) 拉刀切削刃应锋利,不得有毛刺、崩刃和磨削烧伤。 4) 拉刀容屑槽的连接应圆滑,不允许有台阶,一般应磨光槽底。 5) 圆精切齿外径极限偏差为,圆校准齿的外径极限偏差为。 6) 花键精切齿外径极限偏差为, 校准齿的外径极限偏差为。 7) 花键齿宽度尺寸的极限偏差为。8) 花键齿两侧面对拉刀基准中心平面的对称度公差为0.012mm, 花键齿侧面沿纵向对拉刀基准轴线的平行度公差为0.

15、012mm,拉刀槽截面内的平行度公差为0.012mm,拉刀倒角齿两角度面对花键齿中心平面的对称度公差为0.050mm。 二 、 矩形花键铣刀设计1. 前言 成形铣刀是用来加工成形表面的专用刀具，如加工凹凸圆弧面的成形铣刀以及加工齿轮用的盘形齿轮铣刀等。它和车刀一样，其切削刃廓形是根据工件的成形表面形状设计计算的。由于铣削时同时参加工作的切削刃总长度较长，且无空行程，而使用的切削速度也较高，故加工生产率高，表面粗糙度值小，得到了广泛应用。 2. 矩形花键铣刀的参数选择和设计计算2.1 选择铣刀材料 成形铣刀材料一般用高速钢。2.2 对零件进行工艺分析 分析零件廓形,可看出该廓形对称且在1点曲线陡

16、直.根据坐标可知该点的主偏角kr1为22.5°,如果取铣刀齿顶处后角f=12°,则可求出 1f=arctan(tanfsin kr1)=4.65°由于该廓形两边界的主偏角22.5°均为 ,其大小恰当,并能保证铣刀两端主后角都不致太小,故无须偏置。2.3 确定铣刀高度与齿形高度 图 2 花键廓形及各点坐标铣刀宽度应比工作廓形宽度略大,为此将廓形延长,使横坐标分别达到-10mm和+10mm ,则铣刀宽度为20mm。当取铣刀前角为零时,该廓形与铣刀前刀面齿形相同,也是铣刀轴向齿形。设该廓形上各组成点纵坐标为yi ,齿形最低点纵坐标为yc ,则各组成点的齿廓高度

17、hn 应为 hn=yi-yc按上述公式计算出的工件齿廓各组成点的坐标及廓形高度如表2.由于是对称廓形,故未在图中标出4、5、6点. 表 2 工件廓形组成点的坐标及齿廓高度 组成点 x yhn0-1011.7211.721-6.73.763.762-5.1400300.510.5145.140056.73.763.76 61011.7211.72 铣刀齿形最大高度为hnmax ,所以最大齿形高度h=11.72mm 2.4 确定容屑槽底形式 由于工件廓形是对称的形状,查表3-3,槽底应采用加强型。2.5 确定铣刀孔径 按表3-4,当铣刀宽度B=20mm时,可取D=22mm。2.6 初选铣刀外径 按

18、表3-5,当d=22mm,h=11.72mm时,可初选铣刀外径d0=70mm。2.7 初选铣刀齿数 按表3-6,当铣刀h=11.72mm, d0=70mm,d=22mm时,可初选Zk=12。2.8 确定铣刀的后角及铲削量 取后角 f=12° 铲削量为 K=(d0/Zk)tanf=3.90mm采用型齿背,按附表2,取K2=0.8mm。2.9 确定容屑槽底半径 r=d0-2(h+k)/(2AZk) h较小,故取A=6,代入有关参数 r=0.85mm 取r=1mm2.10 确定容屑槽角 取=25°。2.11 确定容屑槽底形状和深度 按铣刀的外径、孔径、宽度,初步画出铣刀的轴向剖面图.如图3所示。 作距齿顶为H=h+r=12.72mm且平行于铣刀轴的直线,再距切削刃为H1=K+r=4.9mm,作切削刃的平移曲线,如图中的点划线所示,然后作一低于平移曲线的折线,既为铣刀槽底,其具体尺寸如图3所示。2.12 校验铣刀刀体强