成形車刀設(shè)計(jì)

1、1 緒論1.1 刀具的發(fā)展切削加工是現(xiàn)代制造業(yè)應(yīng)用最廣泛的加工技術(shù)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó) 外切削加工在整個(gè)制造加工中所占比例約為80%85%，而在國(guó)內(nèi)這一比例則高達(dá) 90。刀具是切削加工中不可缺少的重要工具，無論是普通機(jī)床，還是 先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床（NC）、加工中心（MC）和柔性制造系統(tǒng)（FMC），都必須 依靠刀具才能完成切削加工。刀具的發(fā)展對(duì)提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量具 有直接影響。材料、結(jié)構(gòu)和幾何形狀是決定刀具切削性能的三要素， 其中刀具材料的性能起著關(guān)鍵性作用。國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)（CIRP）在一項(xiàng)研究報(bào)告中指出：“由于刀具材料的改進(jìn)，允許的切削速度每隔 l0 年幾乎提高一倍”。刀具材料已從 20 世紀(jì)初的

2、高速鋼、硬質(zhì)合金發(fā) 展到現(xiàn)在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐熱溫度已由500600 C提高到1200 C以上，允許切削速度已超過1000nZ min,使切削加工生產(chǎn)率在不到 100 年時(shí)間內(nèi)提高了 100多倍。因此可以說，刀具材料的發(fā) 展歷程實(shí)際上反映了切削加工技術(shù)的發(fā)展史。1.2 設(shè)計(jì)目的金屬切削刀具課程設(shè)計(jì)是學(xué)生在學(xué)完“金屬切削原理及刀具”等 有關(guān)課程的基礎(chǔ)上進(jìn)行的重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié),其目的是使學(xué)生鞏 固和深化課堂理論教學(xué)內(nèi)容,鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和理 論的能力,是對(duì)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立分析、解決問題能力的強(qiáng)化訓(xùn)練。 通過金屬切削刀具課程設(shè)計(jì),具體應(yīng)使學(xué)生做到：（1）掌握金屬切削刀具的設(shè)計(jì)

3、和計(jì)算的基本方法；（2）學(xué)會(huì)運(yùn)用各種設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)和國(guó)家標(biāo)難；（3）學(xué)會(huì)繪制符合標(biāo)準(zhǔn)要求的刀具工作圖,能標(biāo)注出必要的技術(shù)條拉刀的設(shè)計(jì)被加工零件如圖2.所示，工件材料為：硬鋁LY12;硬度HBS115;強(qiáng)度(T b = 490Mpa ;工件長(zhǎng)度 L=40mmeng/.3.1選定刀具類型、材料的依據(jù)(1)選擇刀具類型對(duì)每種工件進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和工藝裝備設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮選用合適 的刀具類型。事實(shí)上，對(duì)同一個(gè)工件，?？捎枚喾N不同的刀具加工出 來。采用的刀具類型不同將對(duì)加工生產(chǎn)率和精度有重要影響。總結(jié)更 多的高生產(chǎn)率刀具可以看出，增加刀具同時(shí)參加切削的刀刃長(zhǎng)度能有 效的提高其生產(chǎn)效率。例如，用花鍵拉刀加工花

4、鍵孔時(shí)，同時(shí)參加切 削的刀刃長(zhǎng)度匸B x nxZi，其中B為鍵寬，n為鍵數(shù)，Zi為在拉削長(zhǎng) 度內(nèi)同時(shí)參加切削的齒數(shù)。若用插刀同時(shí)參加切削的刀刃長(zhǎng)度比插刀 大得多，因而生產(chǎn)率也高得多。(2)正確選擇刀具材料刀具材料選擇得是否恰當(dāng)對(duì)刀具的生產(chǎn)率有重要的影響。因?yàn)橛?質(zhì)合金比高速鋼及其他工具鋼生產(chǎn)率高得多，因此，在能采用硬質(zhì)合 金的情況下應(yīng)盡力采用。但由于目前硬質(zhì)合金的性能還有許多缺陷， 如脆性大，極難加工等，使他在許多刀具上應(yīng)用還很困難，因而，目 前許多復(fù)雜刀具還主要應(yīng)用高速鋼制造。根據(jù)刀具課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表 29,選擇高速工具鋼，其應(yīng)用范 圍用于各種刀具，特別是形狀較復(fù)雜的刀具。根據(jù)表30，選擇W

5、18Cr4V HRC62-653.2刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)、幾何參數(shù)的選擇和設(shè)計(jì)（1）拉刀的結(jié)構(gòu)圖1表1代號(hào)名稱功用1柄部夾持拉刀，傳遞動(dòng)力2頸部連接柄部和后面各部，其直徑與柄部相同或略小，拉刀材料及規(guī)格等標(biāo)記般打在頸部。3過度錐頸部到前導(dǎo)部的過渡部分，使拉刀容易進(jìn)入工件 孔中。4前導(dǎo)部起引導(dǎo)拉刀切削部進(jìn)入工件的作用，5切削部擔(dān)負(fù)切削工作，包括粗切齒、過渡齒及精切齒。6校準(zhǔn)部起刮光、校準(zhǔn)作用，提高工件表面光潔度及精 度，并作為切削部的后備部。7后導(dǎo)部保持拉刀與工件的最后相對(duì)位置，防止在拉刀即 將離開工件時(shí)因工件下垂而損壞工件已加工表面 及刀齒。8尾部支持拉刀使之不下垂，多用較大較長(zhǎng)的拉刀，也 用于安裝壓

6、力環(huán)。(2) 切削方式：采用分層拉削方式。(3) 拉削余量：對(duì)于花鍵孔 A二De-Do(4) 分層式拉刀粗切齒齒升量根據(jù)表4-4查出，齒升量af=0.02-0.10mm,在這取af=0.05mm(5) 拉刀幾何參數(shù)查得拉刀的前角丫。=20圓拉刀：粗切齒的后角a o=2o+30刃帶ba=0.1 ；精切齒的后角a o=2o+30，刃帶ba=0.1-0.2 ;校準(zhǔn)齒的后角 a o=1 +30刃帶ba=0.1花鍵拉刀部分：粗切齒的后角a o=2o+30刃帶ba=0.05-0.15 ;精切齒的后角a o=2+30 ，刃帶ba=0.1-0.2 ; 校準(zhǔn)齒的后角a o=1+30刃帶ba=0.1。(6) 齒距

7、及同時(shí)工作齒數(shù)根據(jù)表4-7，拉刀齒距計(jì)算公式：l=40mm時(shí)，t=( 1.2-1.5)I(mr)同時(shí)工作齒數(shù)：Ze=(l/t)+1 (取整)經(jīng)計(jì)算得t=7.12，按表4-13取標(biāo)準(zhǔn)值為：t=6，Ze=4(7) 容屑槽根據(jù)表4-9，曲線齒背容屑槽尺寸：基本型t=6 時(shí)，g=2， h=2，r=1， R=4根據(jù)表4-16，容屑系數(shù)K值當(dāng)t=6，af=0.05mm時(shí)，K=3;(8) 分屑槽花鍵部分：I型分屑的作用：使切屑易于變形，易于卷屑分屑槽位置：應(yīng)前后齒錯(cuò)開 根據(jù)表4-12,每個(gè)刀齒的分屑槽數(shù)nk二b/5-10 （取小值）當(dāng) b=6 時(shí)，b1.0, h0.5,90,s 2.0圖3圓拉刀部分:分屑的

8、作用：使切屑易于變形，易于卷屑分屑槽類型：三角形參數(shù)：n 12,b 1Oh0.4(9) 校準(zhǔn)部前角y 校=5,后角a o校=1，齒距t校=(0.6-0.8 ) t=3.6- 4.8mm 取 t 校=4mm根據(jù)表4-14查得齒數(shù)Z校=4-5個(gè)，取Z校=5個(gè)最后一個(gè)精切齒及校準(zhǔn)齒直徑應(yīng)按下式確定：D校二Dnax3，其中5為孔的變形量。拉刀校準(zhǔn)部長(zhǎng)度I校=t校XZ校=4X5+7=27mm(10)柄部根據(jù)表4-17查得圓柱形前柄部尺寸為:圖5參數(shù)：d120f8,d215h12,d119.7, L120,L225, L390,C4根據(jù)表4-18圓柱形后柄:(11)頸部、過度錐、前導(dǎo)部和后導(dǎo)部拉刀頸部長(zhǎng)度

9、按下式計(jì)算：12 m+B+A 3/ mm式中：B-機(jī)床床壁厚度，根據(jù)表4-23查得機(jī)床型號(hào)L6110,B=60mmA-花盤法蘭厚度，根據(jù)表4-23查得機(jī)床型號(hào)L6110,A=30mmm-卡頭與機(jī)床床壁間隙，可取 m=10-20mm在這取15mm13/ -過渡錐長(zhǎng)度，一般I3/ =10-20mm在這取15mm因此求得12 110mm圖7L /公式：L/ =11+12+13/ +I3,其中l(wèi) 1為拉刀進(jìn)入卡頭部分的長(zhǎng) 度，I 3為前導(dǎo)部長(zhǎng)度。前導(dǎo)部主要起導(dǎo)向和定心作用，故應(yīng)和予制孔形狀相同。前導(dǎo)部：說明：1、D3等于前把拉刀最后刀齒的直徑，偏差為表4-322、d3等于加工的花鍵孔最小內(nèi)徑減 0.5

10、mm只準(zhǔn)許負(fù)偏差3、ba等于前一把拉刀花鍵齒寬減 0.02mm4 、l 3= (0.75-0.1 ) l5 、a=5-10mm后導(dǎo)部：寸11,r111j-圖9說明：1、d4等于拉刀花鍵齒最大外徑減 0.05mm偏差取-0.2mm。2、b4等于或小于0.02mm切削辭鍵寬。當(dāng)拉削孔內(nèi)有空刀槽時(shí)，后導(dǎo)部長(zhǎng)度按下式計(jì)算：I后=l+c+（ 5- 10）mm式中：I為空刀槽寬度，c為前端拉削長(zhǎng)度。尾部在拉刀工作時(shí)支撐在拉床托架上，防止拉刀尾部下垂，對(duì)于 小而輕的拉刀可不做尾部。圖10參數(shù)：頸部長(zhǎng)度：l2 m Bs A l315 60 30 20 85mm頸部直徑：d2 d10.520 0.519.5mm

11、過渡錐長(zhǎng)度：I3 20mm前導(dǎo)部長(zhǎng)度：I4 40mm前導(dǎo)部直徑：d422.4 f 8 ( mr)前柄伸入夾頭長(zhǎng)度：11 l1 10 90 10 80mm前柄端部至第一刀齒距離：L111 m Bs A 1480 1560 3040225mm3.3刀具的尺寸計(jì)算(包括計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果)已知條件：1、花鍵孔尺寸：外徑：De= 28,內(nèi)徑：D= 23,鍵寬：b=6,鍵數(shù)：n=62、拉削長(zhǎng)度：L=40mm3、工件材料：硬鋁LY12,硬度HBS115 4、拉床型號(hào)：L6110表2序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)計(jì)算公式或選取方法計(jì)算精度計(jì)算舉例1拉刀材料W18Cr4V2齒升量af查表4-6af=0.05mm3齒距tt校按表

12、4-12t 校=(0.6-0.8) tt=6mm取t=6mm t校=4mm4同時(shí)工作齒數(shù)ZeZe= (l/t)+1Ze=45拉削余量切削順序根據(jù)表4-39確定為III型加工順序?yàn)椋?、圓孔2、花鍵圓孔齒部分的設(shè)計(jì)計(jì)算1圓孔校準(zhǔn)齒直D圓校D圓校=D圓校-8由表4-24查得0.001D圓校=23.0210.011徑5 =0.011=23.010mm2圓孔拉削余量A圓根據(jù)表4-1計(jì)算A 圓=0.6mm3圓形切 削齒齒 數(shù)Z圓Z 圓=(A 圓/2a f) + (35)Z 圓=9 11 取Z圓=10齒4圓形齒 部分長(zhǎng) 度l圓切l(wèi)圓切=t XZ圓l圓切=6X 10=60mm5圓形校Z圓校查表4-14Z圓校

13、=5/準(zhǔn)齒齒數(shù)6圓形校 準(zhǔn)部分 長(zhǎng)度l圓校l圓校=t校 Z圓校l 圓校=4x 5+7=27mm7圓形齒 部分總 長(zhǎng)l圓l圓=1圓切+1圓校l 圓=60+27=87mm花鍵齒部分的計(jì)算1第一個(gè)花鍵齒D花iD 花 1=d2-0.1D 花 1=23.010-0.1直徑=22.910mm2花鍵校準(zhǔn)齒直徑D花校D 花校=Dma& 查表 4-16 , 8 =0.0100.001D 花校=28.084-0.010=28.074mm3花鍵拉削余量A花A花=D花校-D花iA 花=28.074-22.91=5.164mm4花鍵切 削齒齒 數(shù)Z花切Z 花切=(A 花 /2a f) +(3-5)Z 花切=54 59取

14、Z花切=555花鍵切削部分長(zhǎng)度l花切l(wèi)花切=t XZ花切l(wèi)花切=6X 55=330mm6花鍵校 準(zhǔn)齒齒 數(shù)Z花校由表4-23取Z花校=57花鍵校準(zhǔn)部分長(zhǎng)度l花校l花校=t校Z花校l 花校=4X 5=20mm8花鍵齒l花l花=1花切+1花校l花部分總長(zhǎng)=330+20=350mm9花鍵齒廓形尺b二Bna燈3,公差取-b=6.048-0.005寸b0.015f=0.8 士 0. 2mm花鍵齒寬度ff=0.8-1Kr / =1o30zKr /表 4-40棱面寬度副偏角3.4對(duì)技術(shù)條件的說明341拉刀各部分的表面光潔度表3部位Ra刃帶0.2前后刀面；前后導(dǎo)部；各種化鍵拉刀齒形表面0.8柄部；過渡錐；矩形

15、花鍵拉刀表面?zhèn)认睹?.6容屑溝底及齒背，頸部1.6花鍵刀齒底徑12.5342拉刀各部分尺寸偏差1. 拉刀外圓直徑在全長(zhǎng)上的最大徑向跳動(dòng)量之差2. 切削齒外圓直徑偏差：0.0203. 精切齒外圓直徑偏差按-0.01mm4. 校準(zhǔn)齒外圓直徑偏差（包括與校準(zhǔn)齒直徑相同的精切齒），查得 -0.009mm5. 矩形花鍵拉刀其他尺寸偏差1 鍵寬偏差：根據(jù)工件鍵寬的精度確定，可再 -0.01-0.02之間2 花鍵齒圓周相鄰齒距誤差，應(yīng)小于拉刀鍵寬偏差，但不得大于0.02mm3 花鍵齒圓周不等分累積誤差4 花鍵齒的底徑偏差按d11或只準(zhǔn)負(fù)偏差5 花鍵齒兩側(cè)面的不平行度，螺旋度及鍵齒對(duì)拉刀軸線不對(duì)稱度在鍵寬公差

16、范圍內(nèi)；倒角齒對(duì)拉刀軸線不對(duì)稱度不大于0.05mm6 拉刀倒角齒計(jì)算值M的偏差：一0.02mm6. 鍵槽拉刀的尺寸偏差1切齒齒高偏差（mr）齒升量齒咼偏差相鄰齒高偏差0.05 0.08士 0.0250.0252 精切齒及校準(zhǔn)齒齒高偏差取0.015mm3 刀體側(cè)面和底面不直度偏差：鍵寬為 3 12mm寸為0.06/1004 鍵寬偏差取為工件槽寬公差的1/3，但不大于0.02mm符號(hào)取 ()5 鍵齒對(duì)刀體中心線的不對(duì)稱度在拉刀鍵寬公差范圍內(nèi)6 鍵齒對(duì)刀體中心不對(duì)稱的在鍵寬公差以內(nèi)7. 拉到其他部分長(zhǎng)度偏差1 拉刀總長(zhǎng)偏差：當(dāng)L1000mnB寸取士 2mm2 切削部分長(zhǎng)度偏差取士 2mm3 校準(zhǔn)部分

17、長(zhǎng)度偏差取士 1mm4 柄部長(zhǎng)度取偏差取士 1mm5 前導(dǎo)部，后導(dǎo)部長(zhǎng)度偏差取士 1mm6 容屑槽深偏差：當(dāng)h4mnS寸，取士 0.3mm4總結(jié)設(shè)計(jì)能把學(xué)的東西進(jìn)行實(shí)際的運(yùn)用，能夠提高我們運(yùn)用知識(shí)的能 力和獨(dú)立思考以及應(yīng)用軟件使理論和實(shí)踐相結(jié)合的能力，大家可以把 自己的想法融入設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中又尋找差距的過程中來不斷提高自 己，這一次的課程設(shè)計(jì)檢驗(yàn)了我們?cè)谶@一年中的對(duì)金屬切削課程的所 學(xué)，發(fā)現(xiàn)我們所掌握的程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。我的課程設(shè)計(jì)課題目是成形車刀與矩形花鍵拉刀的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中 , 我通過查閱有關(guān)資料和運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)或有關(guān)知識(shí)，比如 零件圖設(shè)計(jì)、金屬切削原理、金屬切削刀具、以及所學(xué)軟件 AUTOCAD 的運(yùn)用，設(shè)計(jì)了零件的工藝、編制了零件的加工程序等。我利用此次 課程設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)對(duì)以往所有所學(xué)知識(shí)加以梳理檢驗(yàn)，同時(shí)也在設(shè)計(jì)當(dāng) 中發(fā)現(xiàn)自己所學(xué)的不足從而加以彌補(bǔ)，使我對(duì)專業(yè)知識(shí)得到進(jìn)一步的 了解和系統(tǒng)掌握。由于大