刀具课程设计(矩形花键拉刀及棱体成形车刀

题目：矩形花键拉刀与棱体成形车刀

目录

目录--------------------------------------------------------------------1前言 -------------------------------------------------------------------3

一、金属切削刀具课程设计的目的------------------------------------------4

二、设计内容和要求------------------------------------------------------4

三、矩形花键拉刀设计----------------------------------------------------5 （一）选定刀具类型和材料的依据------------------------------------------5（二）刀具结构参数、几何参数的选择和设计--------------------------------5 （三）设计步骤 ---------------------------------------------------------6

1、选择拉刀材料及热处理硬度---------------------------------------------6

2、拟订拉削余量切除顺序和拉削方式--------------------------------------6

3、选择切削几何参数-----------------------------------------------------6

4、确定校准齿直径-------------------------------------------------------6

5、计算倒角齿参数-------------------------------------------------------7

6、计算拉削余量----------------------------------------------------- 7 7．选择齿升量---------------------------------------------------------8 8．设计容屑槽-----------------------------------------------------------8

9.花键齿截形设计--------------------------------------------------------9

10.确定分屑槽参数-------------------------------------------------------10

11.选择拉刀前柄---------------------------------------------------------10

12.校验拉刀强度---------------------------------------------------------11

13.确定拉刀齿数及每齿直径-----------------------------------------------11

14.拉刀齿部长度---------------------------------------------------------14

15.设计拉刀其他部分-----------------------------------------------------14

16.拉刀总长及其校验-----------------------------------------------------14

17.绘制拉刀图-----------------------------------------------------------14

四、成形车刀的设计-----------------------------------------------------15

结构参数的选择及计算---------------------------------------------------16

1.选择刀具的材料-------------------------------------------------------16

2.选择前角和后角-------------------------------------------------------16

3.画出刀具廓型计算图---------------------------------------------------16

4、确定结构尺寸--------------------------------------------------------18

5、求廓型深度----------------------------------------------------------18

6、确定公差------------------------------------------------------------19

7、校验最小后角-------------------------------------------------------19

8.确定棱体成形车刀廓形宽度--------------------------------------------20

9、确定刀具的夹固方式-------------------------------------------------20

10、表面粗糙度--------------------------------------------------------20

11、成型车刀尺寸公差--------------------------------------------------20 总结-----------------------------------------------------------------21 参考文献: ------------------------------------------------------------21

前言

我的课程设计课题目是矩形花键拉刀与棱体成形车刀的设计。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《金属切削原理》、《金属切削刀具》、《互换性与测量技术基础》等等。

这次课程设计将使计算机绘图能力有一定的提高，鉴于本人的AUTOCAD运用熟练程度已达一定水平而Pro/E的使用还不太熟练，故此次课程设计的绘图全部使用Pro/E，将三维实体图制好之后在Pro/E中投影成工程图，然后使用Pro/E与AUTOCAD的接口将工程图导入AUTOCAD里面修改成稿。本任务书中的插图全部用AUTOCAD制作。

设计会有一些不尽如人意的地方, 为了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！

.

、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

完成成形车刀、棱体成形车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

（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=B×n×Zi，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W6Mo5Cr4V2。

（二）刀具结构参数、几何参数的选择和设计

被加工成型的工件如下图（1）：

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

粗切齿：前角γ=17° 后角α=?

+?10,302 1.01=a b 过渡齿：前角γ=17° 后角α=,

300

2

+? 15.01=a b

校准齿：前角γ=17° 后角α=,

300

1+? 25.01=a b

4、确定校准齿直径

倒角齿不设校准齿

查表4－16，花键齿,圆形齿的扩张量为10um ，则花键齿校准齿和圆形齿校准齿直径为

(30.0840.010)30.074(26.0210.010)26.011hx yx d mm d mm =-==-=

5．计算倒角齿参数 查表4－29知倒角的工艺角度为 ?=45θ。按表4－29 计算如下：

倒角齿如图（2）：

如图（2）

6.计算拉削余量

按表4－1计算

圆形拉削余量为1mm ，预制孔径为25，实际拉削余量(26.02125) 1.021y A mm mm -=

倒角余量 2825 3.00d A mm =-=

min 1max 1max 1min min 2620.530sin 0.253

26arcsin 0.25314.611sin()26sin(3014.6)9.1322

229.1330 4.3546sin 6sin 3012.93

6

26.81sin sin12.93y y B B B B

B ftg tg d M d mm M ctg ctg ctg mm B B d mm

θφφθφφθθφφ++???

=====?

=+=???+?=?=-=-?=??

====?2(0.3~0.6)28.00B d d mm mm =+=

花键余量30.084(28.000.1) 2.184h A mm =--=

7．选择齿升量

按表4－4选择为

倒角齿：mm a fd 065.0=（槽拉刀和键槽拉刀栏） 花键齿：mm a fh 050.0=（矩形花键拉刀栏） 圆形齿：mm a fy 050.0= （综合式拉刀栏）

8．设计容屑槽

1）齿距计算 按表4－7

(1.2~)(1..5)38(7.49.2)

P m m m m

===~

取9P mm =

(0.6~0.8)(5.47.

g j P P P

mm ===~ 取7P mm =

2）选择容屑槽 按表4-8采用曲线槽，粗切齿用深槽（图（3）），h=4mm,精切齿用基本槽（图（4））。 如图：

图（3） 图（4）

3）校验容屑条件 查表4-9得容悄系数k=3.5。倒角齿齿升量大时，就校验之，应使满足式

l Ka h f 13.1≥ ：

1.6538

3.08

=

= 因式h=4.00,所以l Ka h f 13.1≥ 式满足，校验合格。

4）校验同时工作齿数 据表4-7得知l/p=4,即min max 4,415z z θθ==+=，满足830≤≤z 的校验条件

9.花键齿截形设计

花键齿如图（5）：

图（5）

花键齿键宽b B 按下式计算，精确到0.001mm ：

b x h m a B B δ-=m a x

m i n m a x

b h

b B B =-?

式中，m ax b B 为内花键键槽宽最大极限尺寸；b δ为拉削扩张量（查表4-16得b δ=0.010mm ）;

b ?为拉刀键齿宽制造公差带宽，为保证键齿尺寸耐用度高，b ?应在制造条件允许范围内取

小值，取b ?=0.010mm 。则

x hma B =(6.030-0.001)mm=6.029mm min h B =(6.029-0.010)mm=6.019mm

拉刀键齿面应制出 0=r K 的修光刃f ，其下应磨出侧隙角'301 。

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。如图（6）：

图（6）

11.选择拉刀前柄

按表4—17选择Ⅱ型—A 无周向定位面的圆柱形前柄，公称尺寸120d mm =,卡爪底径

215d mm =,前柄如图（8）：

图（8）

其余见工程图图

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 拉刀花键齿拉削力:

max 3

max max 0123436 6.02936.1741016036.1745 1.2 1.15 1.3410.911048.15w h z w e a zB mm mm F F a z k k k k k kN kN

--∑==?='=∑?=?????????=

其中修正系数012341.2, 1.15,1,0.9,1k k k k k = = = = = 拉刀最小截面积在卡槽底颈处，则拉应力 m a x m a x 2m i n

48.15

0.0913.14530.66264

F F GPa GPa A σ=

===? ][σσ<（表4-25）

，拉刀强度校验合格。根据表4-23,表4-24,拉床拉力为400 X 0.8KN=320KN,比Fmax 大,拉床载荷校验合格.选用L6140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 3.00

23.08220.065

d dc fd A z a =

==? 取24 2）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mm A 21.0"=。花键粗切齿齿数 "2.1840.21

1120.74220.05

h h c fh A A z a --=

+=+=? 取21齿，多切去了0.26?0.05?2mm=0.026mm 的余量，应减去0.026mm 的余量，因此，减

去一个精切齿并将齿升量调整为0.04，0.03，0.015，0.007，后两个齿升量1

2

fh a <为精切齿，

前两个为过渡齿。

3) 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

" 1.0210.21

1111.01220.05

yc fy Ay A z a --=

+=+=? 取11齿,少切了0.01?0.05?2=0.001mm 的余量,需将最后一个精切齿切齿齿升量为0.0075mm.这样,圆形齿段具有粗切齿11个,过度齿3个,精切齿2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 4=bx z 圆形校准齿齿数 5yx z = 各齿直径基本尺寸,见表（1）

矩形花键拉刀齿序表

表（1）

14.拉刀齿部长度 参照工程图。

倒角齿段长度 917153d l m m =?=

花键齿段长度 92174217l h m

=?+?= 圆形齿段长度 91179162y l m

m =?+?= 拉刀齿部长度 532l mm =齿

15.设计拉刀其他部分

按表4-17，4-19，4-23计算：

前柄190l =mm 0.053

10.020208()d f --=mm

颈部23(151005090)75s l m B A l mm =++-=++-= 020.18012d φ-= 过渡锥310l mm =

前导部440l mm = 0.020

4m i n 0.051257()w d f m m

--==

前柄深入夹头长度11585l l mm mm '=-=

前柄端部至第1刀齿的距离11485101005040285s L l m B A l mm ''=++++=++++= 后导部mm l 207= 0.051

7m i n

0.020257()my

d d f mm --==

后柄880l mm = 0.016

80.043

158()d f m m --= 16.拉刀总长及其校验

[]1482855322080917L L l l l mm '=+++=+++=齿 根据表4-26,允许拉刀总长为960mm,拉刀长度校验合格.

17.绘制拉刀图

拉刀图如图（9）所示：

W6Mo5Cr4V2

HRC63 -65柄部HRC40-52；

mm

图（9）

四、成形车刀的设计

结构参数的选择及计算

成形的工件如下图（10）所示:

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10,12f f γα=?=?后角。

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1—9，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jx r （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?=20r k ，a=3mm,b=2mm,c=8mm,d=1.5mm 如图（11）所示：

图（11）

jx r =基本半径±

2

半径公差

))()22(91022(2

2

1+-

-=j r =6.6mm

92=j r mm

2

21.02253-=j r =12.475mm

114=j r mm

2

2

115-

=j r =10.29mm 136=j r mm

32.142067=??+=tg d r r j j mm 7.112099=??+=ctg b r j mm

再以1点为基准点，计算长度jx l

2公差

基本长度±=jx l

102=j l mm

075.152

15.023.0153

=-+=j l mm

374=j l mm

321020424=+-=，j l mm

7.372

2

45

=+

=j l l

j mm 695.42)(2056'

5=-?-=j j j l l tg c l

mm

7.4257.37556=+=+=j j l l mm

701.4262067=??+=tg l l j j mm

4.计算切削刃总宽度Lc ，并校验d

Lc

m in

之值

a=2mm,b=1.5mm,c=7mm,d=1.5mm

471482 1.57 1.560c d a b c d mm =+++++=++++=L

min

60

4.54 2.513.2

Lc

d

=

=> 当

d

Lc

m in

大于许用值或Lc 80≥mm （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。

如果将工件将廓型分段切削，改用两把或数把成形车刀则第一把刀切过一部分廓型，卸下刀具装第二把刀则很难将刀对准。现在确定了用径向进给，所以在非切削部分增设辅助支撑——滚轮托架，如车床的尾部顶座。 4、确定结构尺寸

根据表2-1

Lc=50.301mm,H=80mm,E= mm,B=60mm,F=50mm 00.14

mm 62.26M -= 5、求廓型深度

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p

x

?

，即为所求刀具廓型深度。

刀具廓型深度作图求法如图（12）

N

图（12）

)cos(α

γf

f

x

x

c p +=

2

2.844cos(1012) 2.636p =?+?= 3

5.9406cos(1012) 5.508p =?+?= 4

4.3956cos(1012) 4.075p =?+?= 5

3.434cos(512) 3.184p

=?+?=

6

6.4287cos(1012) 5.960p =?+?= 7

7.7603cos(1012)7.195p =?+?= 9

42.366cos(1012) 3.928p

=?+?=

则各点和和基准点之间的距离p

x

?

为：

p

p p

x

x

3

-=

?

1

3

5.508p p

?=

=

2

3

2

2.872p p p

?=

-= 4

3

4

1.433p p p

?=

-= 5

3

5

2.384p p p

?=

-= 6

3

6

0.452p p p

?=

-= 7

3

7

1.687p p p

?=

-= 9

3

9

1.58p p p

?=

-=

6、确定公差

根据表2-5可确定各点的p

x

?

公差

可以取p

x

?

的上下偏差都为0.04mm.

7、校验最小后角

对于棱体成形车刀，最小后角出现在1点，也就是?12，由于123?>?，所以满足条件

8.确定棱体成形车刀廓形宽度l xl

查表2-5，取廓形宽度的上下偏差为0.1；

1.01022

±==j l l

mm

1.0075.152

15.023.01533±=-+

==j l l mm 3744

==j l l

mm

1.0321020424'

4±=+-==，j l l

mm

1.07.372

2

545

±=+

==j l l

l j mm 1.0695.42)(20'556'

5±=-?-==j j j l l tg c l

l mm

1.07.4257.375566

±=+=+==j j l l l

mm

1.0701.42620677

=??+==tg l l j j l

mm

1.018

±=l

mm

1.06.29

±=l

mm

9、确定刀具的夹固方式

采用燕尾槽斜块式

10、 表面粗糙度

1）前后刀面为Ra0.2m μ 2）基准表面为Ra0.8m μ 3）其余表面为Ra1.6~3.2m μ

11、成行车刀尺寸公差

1）两侧面对燕尾槽基准面垂直误差在100mm 长度上不得超过0.02~0.03mm 2) 廓形对燕尾槽基准面平行度误差在100mm 长度上不得超过0.02~0.03mm 3）刀具高度H 的偏差取为mm 2±

4）宽度L 0和厚度B 如未标出可按h11选取

5）楔角βf

(αγβf f

f

--?=90)的偏差取为±（10’~30’）