刀具課程設計指導

1、機械制造及自動化專業(yè)刀具課程設計指導山東大學機械工程學院一、刀具課程設計的目的要求及內(nèi)容1. 設計目的及要求刀具課程設計是機械制造類(冷加工)專業(yè)學生在學習現(xiàn)代切削加工理論基礎、機械制造技術(shù)基礎及機械制造裝備設計等課程及其它有關(guān)課程之后進行的一個實踐性教學環(huán)節(jié)，其目的是鞏固和加深理論教學內(nèi)容，培養(yǎng)學生綜合運用所學理論，解決生產(chǎn)實際中刀具設計問題的能力。通過刀具課程設計，應使學生達到如下要求：(1) 初步掌握幾種典型刀具的設計計算方法，(2) 學會繪制刀具工作圖，標注必要的技術(shù)條件，(3) 學會使用各種設計資料、手冊和國家標準，2. 設計內(nèi)容刀具課程設計的內(nèi)容是從工藝設計零件（如Z12V190B

2、柴油機活塞）加工過程中使用的幾種刀具如成形車刀、成形銑刀等中選擇一到兩把進行設計，也可另外指定一到兩把刀具進行設計，時間為4天。3. 設計刀具的一般步驟(1) 確定刀具的類型；(2) 選擇刀具材料；(3) 確定刀具合理的幾何角度；(4) 確定刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)(包括：刀體尺寸、刀齒齒數(shù)、刀齒和容屑槽形狀和尺寸、刀具夾持部分的結(jié)構(gòu)和尺寸等)；(5) 設計計算刀具的廓形；(6) 制訂合理的技術(shù)條件(包括：重要尺寸的公差、形位公差、各重要表面的粗糙度、對刀具材料及熱處理的要求等)；(7) 考慮刀具的制造工藝及檢驗方法；(8) 繪制刀具工作圖；(9) 編寫出刀具設計計算說明書。4. 尖齒銑刀設計（該刀具設計

3、資料很少）注：這部分內(nèi)容是從相關(guān)資料中匯集的，同學們可直接用！(1) 銑刀直徑d和心軸（內(nèi)孔）直徑d1選擇銑刀直徑時，應保證銑刀的軸具有足夠的剛度和強度，刀齒具有足夠的容屑空間以及能多次重磨。在滿足這些條件的前提下，盡可能選擇較小的數(shù)值，否則，銑削扭矩大，動力消耗多，而且銑刀切入時間長，從而降低了生產(chǎn)率。此外，小直徑銑刀成本低，一般根據(jù)銑削用量和銑刀的軸來選擇銑刀直徑。表1 銑刀直徑選擇銑刀名稱高速鋼銑刀硬質(zhì)合金端銑刀ap/mm70901004566810ae/mm58106090120180260350d0/mm8080100100125801001251602002002503154004

4、00500表1 銑刀直徑選擇（續(xù)）銑刀名稱圓盤銑刀槽銑刀及切斷銑刀ap/mm81220405101225ae/mm2025355044510d0/mm808010010016016020063638080100100125注：如ap、bD不能同時與表中數(shù)值統(tǒng)一，而ap（圓柱銑刀）或bD（端銑刀）又較大時，則主要依據(jù)ap（圓柱銑刀）或bD（端銑刀）選擇銑刀直徑銑刀直徑d和心軸直徑d1有如下關(guān)系d=2.25d1心軸直徑由表2選取。表2 銑刀直徑和心軸直徑d1(mm)整體銑刀直徑d4050607590100130150鑲齒條銑刀直徑d607590110130150銑刀心軸d1162227324050

5、60為了保證銑刀體壁厚有足夠的強度，所選的d及d1還必須滿足以下條件dd1+2m+2h式中 m銑刀體壁厚，通常取m0.3d(mm)，m小時會引起鍵槽處在熱處理或工作時裂開；h銑刀刀齒的高度(mm)。圖1 硬質(zhì)合金端銑刀(2) 銑刀的齒數(shù)z銑刀按齒數(shù)多少可分為粗齒和細齒兩種：粗齒銑刀的刀齒強度高，容屑空間大，重磨次數(shù)多，但平穩(wěn)性差，故多用于粗加工、或切削塑性材料（為有足夠容屑空間）。細齒銑刀刀齒較多，切削平穩(wěn)，加工表面質(zhì)量較好，故多由于半精加工和精加工。在實際生產(chǎn)中，銑刀刀齒常按下式計算式中 d銑刀直徑(mm)；K根據(jù)銑刀種類和切削條件確定的系數(shù)，按表3選取。表3 系數(shù)K值銑刀種類螺旋角b/(&

6、#176;)K粗齒圓柱平面銑刀301.05細齒圓柱平面銑刀15202鑲齒粗齒圓柱平面銑刀204555600.90.80.5細齒端銑刀2粗齒端銑刀1.2細齒槽銑刀2角度銑刀2.82.5成形銑刀1.51.2注：對于角度銑刀和成形銑刀，大直徑時K取小值，其余銑刀則小直徑時K取大值。(3) 銑刀螺旋角b1) 直線齒背幾何參數(shù)計算公式（圖2）b0=45°50°q=b0+g0+e式中 g0銑刀的前角(°)；e360/z（z為銑刀齒數(shù)）對于螺旋齒銑刀，zj應按下式選?。╞為銑刀螺旋角）式中 d銑刀直徑(mm)。2) 折線齒背與曲線齒背幾何參數(shù)計算公式（圖2）q1=b0+g0+e

7、q2=60°65°r=14mma02=a01+8°12°銑刀的螺旋角b大時，因增大了實際工作前角和切屑卷曲半徑，從而排屑方便，故可降低表面粗糙度，減少振動，但螺旋角b過大則會引起軸向力增大。各種銑刀螺旋角見表4。表4 標準銑刀螺旋角b值銑刀類型b/(°)銑刀類型b/(°)端銑刀整體2540盤銑刀兩面刃15鑲齒10三面刃815圓柱形銑刀細齒3045錯齒三面刃1015粗齒40鑲齒三面刃L 15mm1215鑲齒2045L<15mm810立銑刀3045組合齒三面刃15鍵槽銑刀1525圖2 刀齒的幾何形狀（注：刀齒的法剖面）銑刀螺旋角的方

8、向可根據(jù)具體工作情況確定。在銑槽和側(cè)面時，應按圖3所示來選擇銑刀的螺旋角b和銑刀的旋轉(zhuǎn)方向。 圖3 銑刀螺旋槽方向(4) 刀齒的幾何形狀（圖2）刀齒的幾何形狀應滿足：應有足夠的強度；有足夠的容屑空間；保證排屑順利；有足夠多的重磨次數(shù)。二、刀具工作圖及設計計算說明書1. 繪制刀具工作圖時應注意的主要問題刀具設計計算最終要用刀具工作圖表示出來，為刀具制造提供全部參數(shù)及要求。刀具工作圖在圖紙中的布置，應當各部分之間協(xié)調(diào)，松、密恰當，整體美觀。繪制刀具工作圖時應注意的主要問題如下：(1) 刀具工作圖的畫法刀具工作圖應表示出該刀具的結(jié)構(gòu)特征及其具體尺寸。同時除主要視圖外，常有剖面圖，局部放大圖。如切削刃

9、口型式，分屑槽結(jié)構(gòu)型式、小圓角及空刀槽等。在繪制刀具工作圖時，除按機械制圖投影理論繪制外，通常還采用簡化畫法。例如齒輪滾刀、蝸輪滾刀、花鍵滾刀等正視圖其外圓及兩端面用粗實線畫，而刀齒、螺旋槽則可用雙點劃線簡化表示，但螺旋方向必須一致。拉刀切削部粗切齒、精切齒、校準齒，按類只畫前后幾個齒而中間齒可以用簡化畫出，即外圓用粗實線，容屑槽底用細實線，其拉刀長度可以斷開等。(2) 刀具工作圖的標注刀具工作圖像其它圖紙一樣按國家標準規(guī)范進行標注尺寸、公差及表面粗糙度。形位公差盡量標注在圖形上，有時為了簡便也可用文字說明，寫在技術(shù)要求中。整體式刀具工作圖與裝配式刀具工作圖其標注有不同之處，像標注零件圖與裝配

10、圖之區(qū)別一樣。(3) 刀具工作圖的比例刀具工作圖的比例通常是1:1的比例，而對不同實際尺寸和結(jié)構(gòu)復繁程度不同也可用放大或縮小比例。當?shù)毒吖ぷ鲌D中有局部放大比例的圖形時，一定在放大圖形上方標明放大比例。2. 設計說明書的內(nèi)容及要求刀具設計說明書是繪制刀具工作圖的依據(jù)，是刀具設計方案正確與否、幾何參數(shù)選擇合理與否的檢驗文件，因此刀具設計說明書應包括：(1) 原始條件及設計要求；(2) 刀具結(jié)構(gòu)型式的確定；(3) 刀具材料的確定；(4) 刀具幾何參數(shù)的合理選擇及其計算；(5) 刀具結(jié)構(gòu)設計及結(jié)構(gòu)尺寸計算和驗算；(6) 刀具強度、剛度的校核；(7) 確定刀具工作圖的技術(shù)條件；(8) 設計體會。刀具設計

11、說明書大體上包含以上幾方面，對于具體設計某種刀具可參考這種刀具設計示例。對于刀具設計說明書，要求字跡工整、文圖結(jié)合，簡圖明了、直觀，計算步驟完整、正確。說明書要用統(tǒng)一標準的課程設計說明書紙，最后裝訂成冊。三、刀具設計題目（根據(jù)實際工藝設計零件確定，以下為例子?。?. 從自己的零件工藝中選擇1把刀進行設計，比如(1) 成形車刀設計設計活塞加工過程中的下列內(nèi)容之成形車刀：1) 粗锪燃燒室，使用雙面組合機床。2) 精車燃燒室，使用專用精車燃燒室車床。(2) 成形銑刀設計題設計活塞）加工過程中的下列內(nèi)容之成形銑刀（尖齒成形銑刀）：1) 銑內(nèi)腔，使用立式專用內(nèi)腔銑床。2) 銑上開襠，使用立式銷座開襠銑床

12、。3) 銑下開襠，使用立式銷座開襠銑床。4) 銑避碰弧，使用臥式銑床。2. 其它成形車刀、綜合式圓孔拉刀設計（見下一頁）3. 要求：不能設計普通的外圓車刀、端面車刀、麻花鉆等標準刀具。4. 每個同學設計自己的刀具，互相不能重復。即使結(jié)構(gòu)相同，刀具的結(jié)構(gòu)參數(shù)應有區(qū)別！四、主要參考文獻(1) 袁哲俊、劉華明主編. 金屬切削刀具設計手冊, 機械工業(yè)出版社， 2008.(2) 劉華明主編. 金屬切削刀具課程設計指導資料, 機械工業(yè)出版社.(3) 樂兌謙主編. 金屬切削刀具, 機械工業(yè)出版社.(4) 四川省機械工業(yè)局編. 復雜刀具設計手冊, 機械工業(yè)出版社.(5) 機械工程手冊第47篇金屬切削刀具, 機

13、械工業(yè)出版社.(6) 其它“機械制造裝備方面”的手冊。綜合式圓孔拉刀課程設計題目之一：工件直徑為：F30H7，長度為：2540mm，材料為45#鋼，調(diào)質(zhì)處理后硬度為HB220250，抗拉強度為：0.75GPa，工件如下圖所示。使用機床為L6140拉床。試設計圓孔拉刀。F30H725401.63.23.2綜合式圓孔拉刀課程設計題目之二：工件直徑為：F45H7，長度為：4560mm，材料為45#鋼，調(diào)質(zhì)處理后硬度為HB220250，抗拉強度為：0.75GPa，工件如下圖所示。使用機床為L6140拉床。試設計圓孔拉刀。F45H745601.63.23.2圓孔拉刀課程設計題目之三：設計綜合輪切式圓孔拉

14、刀，已知數(shù)據(jù)和技術(shù)要求為：拉后孔徑為F28 +0.0230；拉削長度為48mm；拉前用鉆頭預加工，拉前孔徑為F27 +0.280，工件材料為45#鋼，硬度為HB220240，拉削表面粗糙度為Ra1.6，使用機床為L6110。481.63.23.2成型車刀課程設計題目之一：工件如下圖所示，材料為45#鋼，sb=0.60GPa，HB=170200，直徑為F40mm，車削后不再磨削，要求車出全部表面，并切出預切槽，用C1336單軸轉(zhuǎn)塔自動車床，試設計圓體成型車刀。28 0-0.8414 0-0.74+0.25010 0-0.55 0-0.36F26 0-0.1F34 0-0.28F38 0-0.4F

15、30成型車刀課程設計題目之二：工件如下圖所示，材料為45#鋼，sb=0.60GPa，HB=170200，直徑為F35mm，車削后不再磨削，要求車出全部表面，并切出預切槽，用C1336單軸轉(zhuǎn)塔自動車床，試設計圓體成型車刀。28 0-0.8414 0-0.74+0.25010 0-0.55 0-0.36F22 0-0.1F28 0-0.28F33 0-0.4F25成型車刀課程設計題目之三：工件如下圖所示，材料為45#鋼，sb=0.60GPa，HB=170200，直徑為F45mm，車削后不再磨削，要求車出全部表面，并切出預切槽，用C1336單軸轉(zhuǎn)塔自動車床。試設計圓體成型車刀。28 0-0.8414

16、 0-0.74+0.25010 0-0.55 0-0.36F30 0-0.1F37 0-0.28F43 0-0.4F32成型車刀課程設計題目之四：工件如下圖所示，材料為45#鋼，sb=0.60GPa，HB=170200，直徑為F30mm，車削后不再磨削，要求車出全部表面，并切出預切槽，用C1336單軸轉(zhuǎn)塔自動車床。試設計圓體成型車刀。28 0-0.8414 0-0.74+0.25010 0-0.55 0-0.36F20 0-0.1F24 0-0.28F28 0-0.4F20成型車刀課程設計題目之五：工件如下圖所示，材料為碳鋼，sb=0.49GPa，車削后不再磨削，要求車出全部表面，試設計圓體成

17、型車刀。1.852 7±0.111.5F47 0-0.6F51F49.5F46.5F41.5±0.1成型車刀課程設計題目之六：工件如下圖所示，材料為45#鋼，sb=0.60GPa，HB=170200，直徑為F40mm，車削后不再磨削，要求車出全部表面，并切出預切槽，試設計棱體成型車刀。28 0-0.8414 0-0.74+0.25010 0-0.55 0-0.36F26 0-0.1F34 0-0.28F38 0-0.4F30成型車刀課程設計題目之七：工件如下圖所示，材料為45#鋼，sb=0.60GPa，HB=170200，直徑為F35mm，車削后不再磨削，要求車出全部表面，并切出預切槽，試設計棱體成型車刀。28 0-0.8414 0-0.74+0.25010 0-0.55 0-0.36F22 0-0.1F28 0-0.28F33 0-0.4F25成型車刀課程設計題目之八：工件如下圖所示，材料為45#鋼，sb=0.60GPa，HB=170200，直徑為F45mm，車削后不再磨削，要求車出全部表面，并切出預切槽，試設計棱體成型車刀。28 0-0.8414 0-0.74+0.25010 0-0.55 0-0.36F30 0-0.1F37 0-0.28F43 0-0.4F32成型車刀課程設