刀具課程設計說明書

1、前 言大學三年級可以說是大學四年學習生活中很重要的一年。這一年，開設了很多專業(yè)課，為我們走出校園，走向工作崗位奠定了基礎，使我們的專業(yè)知識素養(yǎng)提高到可觀的層面。金屬切削原理與金屬切削刀具是眾多專業(yè)課中很重要的一門，是機械設計制造及其自動化專業(yè)學生所必備的專業(yè)知識技能。介于其重要性，學校開設了一周的金屬切削刀具課程設計。它是基于我們對金屬切削原理及刀具學習后的實踐性環(huán)節(jié)，其目的是使學生鞏固和深化課堂理論教學內容，鍛煉和培養(yǎng)學生綜合運用所學知識和理論的能力，是對學生進行獨立分析、解決問題能力的強化訓練。我的課程設計題目是矩形花鍵拉刀設計與矩形花鍵銑刀設計。在設計過程中，我充分運用了所學過的相關知識

2、，并且查閱相關資料，充分運用了繪圖軟件AUTOCAD，設計了零件的工藝、編制了零件的加工程序等。通過這次課程設計，我對這學期本門課程所學的內容又了進一步的理解和掌握。由于本人水平有限，,設計編寫時間也比較倉促,在我們設計的過程中會遇到一些技術和專業(yè)知識其它方面的問題，再加上我們對知識掌握的程度，所以設計中我們的設計會有一些不盡如人意的地方, 為了共同提高今后設計設計的質量，希望在考核和答辯的過程中得到各位指導老師的諒解與批評指正,不勝感激之至。 編者 2009年6月6日一、金屬切削刀具課程設計的目的金屬切削刀具課程設計是學生在學完“金屬切削原理及刀具”等有關課程的基礎上進行的重要的實踐性教學環(huán)

3、節(jié)，其目的是使學生鞏固和深化課堂理論教學內容，鍛煉和培養(yǎng)學生綜合運用所學知識和理論的能力，是對學生進行獨立分析、解決問題能力的強化訓練。 通過金屬切削刀具課程設計，具體應使學生做到： (1) 掌握金屬切削刀具的設計和計算的基本方法； (2) 學會運用各種設計資料、手冊和國家標難；(3) 學會繪制符合標準要求的刀具工作圖，能標注出必要的技術條件。二、設計內容和要求完成圓孔拉刀、矩形花鍵拉刀兩種刀具的設計和計算工作，繪制刀具工作圖和必要的零件圖以及編寫一份正確、完整的設計說明書。刀具工作圖應包括制造及檢驗該刀具所需的全部圖形、尺寸、公差、粗糙度要求及技術條件等；說明書應包括設計時所涉及的主要問題以

4、及設計計算的全部過程；設計說明書中的計算必須準確無誤，所使用的尺寸、數(shù)據(jù)和計量單位，均應符合有關標準和法定計量單位；使用A4紙打印，語言簡練，文句通順。矩形花鍵拉刀的設計1、前言拉刀是一種高生產率的刀具，可以用來加工各種形狀的通孔、直槽、螺旋槽以及直線或曲線外表面，廣泛的用于大量和成批生產中。 拉刀的種類如圖（1） 用于拉削的成形刀具。刀具表面上有多排刀齒，各排刀齒的尺寸和形狀從切入端至切出端依次增加和變化。當拉刀作拉削運動時，每個刀齒就從工件上切下一定厚度的金屬，最終得到所要求的尺寸和形狀。拉刀常用于成批和大量生產中加工圓孔、花鍵孔、鍵槽、平面和成形表面等, 生產率很高。拉刀按加工表面部位的

5、不同，分為內拉刀和外拉刀；按工作時受力方式的不同，分為拉刀和推刀。推刀常用于校準熱處理后的型孔。 拉刀的種類雖多，但結構組成都類似。如普通圓孔拉刀的結構組成為：柄部,用以夾持拉刀和傳遞動力;頸部，起連接作用；過渡錐，將拉刀前導部引入工件；前導部，起引導作用，防止拉刀歪斜；切削齒，完成切削工作，由粗切齒和精切齒組成；校準齒，起修光和校準作用，并作為精切齒的后備齒；后導部，用于支承工件，防止刀齒切離前因工件下垂而損壞加工表面和刀齒；后托柄，承托拉刀。 拉刀的結構和刀齒形狀與拉削方式有關。拉削方式通常分為分層拉削和分塊拉削兩類。前者又分成形式和漸成式；后者又分輪切式和綜合輪切式。成形式拉刀各刀齒的廓

6、形均與被加工表面的最終形狀相似;漸成式拉刀的刀齒形狀與工件形狀不同,工件的形狀是由各刀齒依次切削后逐漸形成。輪切式拉刀由多組刀齒組成，每組有幾個直徑相同的刀齒分別切去一層金屬中的一段，各組刀齒輪換切去各層金屬。綜合輪切式拉刀的粗切齒采用輪切式，精切齒采用成形式。輪切式拉刀切削厚度較分層拉削的拉刀大得多，具有較高的生產率，但制造較難。 拉刀常用高速鋼整體制造，也可做成組合式。硬質合金拉刀一般為組合式，因生產率高、壽命長，在汽車工業(yè)中常用于加工缸體和軸承蓋等零件，但硬質合金拉刀制造困難。2 選定刀具類型和材料的依據(jù)2.1選擇刀具類型：對每種工件進行工藝設計和工藝裝備設計時，必須考慮選用合適的刀具類

7、型。事實上，對同一個工件，?？捎枚喾N不同的刀具加工出來。 采用的刀具類型不同將對加工生產率和精度有重要影響。總結更多的高生產率刀具可以看出，增加刀具同時參加切削的刀刃長度能有效的提高其生產效率。例如，用花鍵拉刀加工花鍵孔時，同時參加切削的刀刃長度l=B×n×Zi，其中B為鍵寬，n為鍵數(shù)，Zi為在拉削長度內同時參加切削的齒數(shù)。若用插刀同時參加切削的刀刃長度比插刀大得多，因而生產率也高得多。 2.2正確選擇刀具材料： 刀具材料選擇得是否恰當對刀具的生產率有重要的影響。因為硬質合金比高速鋼及其他工具鋼生產率高得多，因此，在能采用硬質合金、的情況下應盡力采用。由于目前硬質合金的性能

8、還有許多缺陷，如脆性大，極難加工等，使他在許多刀具上應用還很困難，因而，目前許多復雜刀具還主要應用高速鋼制造。拉刀結構復雜，造價昂貴，因此要求采用耐磨的刀具材料，以提高其耐用度；考慮到還應有良好的工藝性能，根據(jù)刀具課程設計指導書表29，選擇高速工具鋼，其應用范圍用于各種刀具，特別是形狀較復雜的刀具。根據(jù)表30，選擇W18Cr4V。3 刀具結構參數(shù)、幾何參數(shù)的選擇和設計設計步驟3.1、選擇拉刀材料及熱處理硬度 拉刀材料選用W18Cr4V。熱處理硬度見圖技術條件。3.2、擬訂拉削余量切除順序和拉削方式 拉削作量的切除順序為：倒角鍵側與大徑小徑，拉刀切削齒的順序是：倒角齒花鍵齒圓形齒。實際采用分層拉

9、削漸放式。本節(jié)用腳標d,h,y表示倒角齒，花鍵齒和圓形齒；用腳標c,g,j和x表示粗切。過渡，精切和校準齒；用腳標w和m表示工件預制孔和拉削孔。3.3、選擇切削幾何參數(shù) 按表42，43選擇粗切齒：前角=17° 后角= 過渡齒：前角=17° 后角= 校準齒：前角=17° 后角= 3.4、確定校準齒直徑 倒角齒不設校準齒 查表416，花鍵齒,圓形齒的擴張量為5um，則花鍵齒校準齒和圓形齒校準齒直徑為3.5、計算倒角齒參數(shù) 查表429知倒角的工藝角度為查表知倒角的工藝角度為 f1 為中間值。按表429 計算如下：倒角齒測量值 倒角與鍵側交點直徑 拉刀倒角齒最大直徑 3.

10、6、計算拉削余量 按表41計算： 預制孔徑為61mm，實際拉削余量： 倒角余量 花鍵余量 3.7、選擇齒升量 按表44選擇為倒角齒：（槽拉刀和鍵槽拉刀欄）花鍵齒：（矩形花鍵拉刀欄）圓形齒： （綜合式拉刀欄）3.8、設計容屑槽1）齒距計算： 2）選擇容屑槽：粗切齒用深槽，h3mm，精切齒用基本槽 3）校驗容屑條件：容屑系數(shù)k3，倒角齒升量最大時，應校驗之，應使?jié)M足 因h3，所以式滿足，校驗合格4）校驗同時工作齒數(shù) 據(jù)表4-7得知因為，即，滿足的校驗條件3.9、花鍵齒截形設計 花鍵齒鍵寬按下式計算，精確到0.001mm： 式中，為內花鍵鍵槽寬最大極限尺寸；為拉削擴張量（查表4-16得=0.005m

11、m）;為拉刀鍵齒寬制造公差帶寬，為保證鍵齒尺寸耐用度高，應在制造條件允許范圍內取小值，取=0.010mm。則 拉刀鍵齒面應制出的修光刃f=1.3，其下應磨出側隙角。工廠常在齒高為1.25mm及其以下的刀齒上磨側隙，在圖中標出。3.10、確定分屑槽參數(shù) 除校準齒和與其相鄰的一個精切齒外，拉刀切削齒均磨制三角形分屑槽。由于在每個圓形齒上都存在著不工作的刃段，圓形齒段不必磨分屑槽。3.11、選擇拉刀前柄 按表417選擇型A無周向定位面的圓柱形前柄，選擇無周向定位面的圓柱形前柄，公稱尺寸， 卡爪底徑，其余見圖。3.12、校驗拉刀強度 通過計算分析，確認倒角齒拉削力最大，因而應計算拉刀倒角齒拉削力 拉刀

12、最小截面積在卡槽底頸處，則拉應力為： ，拉刀強度校驗合格 拉床拉力為4000.8KN=320KN,比大，拉床載荷校驗合格。3.13、確定拉刀齒數(shù)及每齒直徑1）倒角齒齒數(shù)： 取30 2）花鍵齒齒數(shù)： 初擬花鍵過渡齒與精切齒的齒升量為0.06 0.05 0.04 0.03 0.02, 逐步遞減，共切除余量，花鍵粗切齒齒數(shù)： ，取28齒 多切去了的余量，應減去0.031mm的齒升量。因此， 減去一個精切齒并將齒升量調整為0.06 0.05 0.035 0.009mm，后1齒齒升量 ，為精切齒，前3齒則為過渡齒 3）圓形齒齒數(shù)： 初擬方案與花鍵齒相同，即擬訂切去余量，計算圓形粗切齒齒數(shù) 為： 取8齒

13、少切了的余量，需增加一個精切齒，其齒升量為 0.00225mm，這樣，圓形齒段具有粗齒8個，過渡齒4個，精切齒2個 4）校準部切齒 倒角齒不設校準齒 花鍵校準齒齒數(shù)： 圓形校準齒齒數(shù)：各齒直徑基本尺寸,見表4-41矩形花鍵拉刀齒序表齒形齒號直徑基本尺寸直徑尺寸公差齒型齒號直徑基本尺寸直徑尺寸公差倒角齒125.140.025花鍵齒3929.04225.284029.14325.424129.24425.564229.34525.74329.44625.844429.54725.980.0154529.64826.124629.74926.264729.84花鍵齒1025.140.0154829.

14、921125.244929.980-0.0151225.345029.9981325.445130.0180-0.0181425.545230.0181525.645330.0181625.745430.0181725.845530.0181825.945630.0181926.045725.10.0152026.145825.22126.245925.32226.346025.42326.446125.52426.546225.62526.646325.72626.746425.82726.84圓形齒6525.882826.946625.940-0.012927.046725.983027.

15、1468260-0.0093127.246926.013227.347026.0163327.447126.0163427.547226.0163527.647326.0163627.747426.0163727.847526.0163827.94最后一個齒距加長的目的是為了砂輪的切出.3.14、拉刀齒部長度 倒角齒段長度： 花鍵齒段長度： 圓形齒段長度： 拉刀齒部長度：3.15、設計拉刀其他部分 前柄： 頸部： 過渡錐： 前導部： 前柄伸入夾頭長度： 前柄端部至第一刀齒的距離： 后導部： 后柄： 3.16、拉刀總長及其校驗 由于允許拉刀總長為1600mm,拉刀長度校驗合格3.17、矩形花鍵拉

16、刀圖 3.2.刀具的全部計算（包括計算公式和計算結果）表1已知條件：1、花鍵孔尺寸： 圓徑：De=62H7（62+0.025） 槽徑：D=68H10（68+0.120） 鍵寬：b=12H9（12+0.036） 鍵數(shù)：n=8 2、工件長度：L=35mm 3、工件材料：45鋼，硬度HBS175，強度b=600Mpa 4、預制孔直徑(未給出，自設)：Do=62.1mm 序號項目符號計算公式或選取方法計算精度計算舉例1拉刀材料W18Cr4V2齒升量af查表4-4af=0.05mm3齒距pp校按表4-7p校=（0.6-0.8）p取p=8mm，p校=6mm4同時工作齒數(shù)ZeZe=（l/p）Ze=45拉削余

17、量切削順序加工順序為: 1、倒角 2、花鍵 3、圓孔圓孔齒部分的設計計算6圓孔校準齒直徑D圓校D圓校=D圓校-由表4-16查得=0.0050.001D圓校=62.05mm7圓孔拉削余量A圓A圓=D圓校-DominA圓=62.05-60.1 =1.05mm8圓形切削齒齒數(shù)Z圓Zy=（Ay-A）/2afy+6取Z圓=8+614齒9圓形齒部分長度l圓切l(wèi)圓切=p×Z圓l圓切=8×8+6×3=82mm10圓形校準齒齒數(shù)Z圓校查表4-14Z圓校=711圓形校準部分長度l圓校l圓校=p校·Z圓校l圓校=7×6=42mm12圓形齒部分總長l圓l圓=l圓切+l

18、圓校l圓=82+42=124mm花鍵齒部分的計算13花鍵校準齒直徑D花校D花校=Demax-查表4-16，=0.0050.001D花校=68.120-0.005 =68.115mm14花鍵拉削余量A花A花=D花校-D花1A花 =6.015mm15花鍵切削齒齒數(shù)Z花切Z花切=（A花/2af）+（3-5）Z花切=75.125+3=78.125取Z花切=7816花鍵切削部分長度l花切l(wèi)花切=p×Z花切l(wèi)花切=8×78=624mm17花鍵校準齒齒數(shù)Z花校由表4-14取Z花校=418花鍵校準部分長度l花校l花校=p校·Z花校l花校=6×4=24mm19花鍵齒部分總

19、長l花l花=l花切+l花校l花=624+24=648mm20花鍵齒廓形尺寸bb=Bmax-公差取-0.015f=0.8-1 表4-40b=9.031 f=0.8±0.2mmKr=1o30其他部分計算21容屑溝尺寸hrg由表4-8選取h=3r=1.5 R=5g=322校準齒容屑溝尺寸h校r校g校由表4-8選取h校=2r校=1 R=4g校=223分屑槽花鍵齒按表4-13尺寸交錯開分屑槽24前導部尺寸D4L4D4=Dwmin，偏差按f7L4=lD4=61.975mmL4=40mm25后導部尺寸D7L7d7=dmymin 偏差f7L7=（0.5-0.7）lD7=62f7mmL7=20mm26

20、切削角度和刃帶寬o0ba查表4-2查表4-3查表4-3各個刀具o=15o切削齒o=2o±30校準齒o=1o±15切削齒ba校準齒ba=0.2mm27過渡錐長度l3l3=15mm取l3=15mm28柄部尺寸D1DL1lc查表4-17d1=61mmd1=60.5mml=125mml=110mmc=5mm29由柄部前端到第一個切削齒的距離L1L1l1+l2+l3+l3L1=105+20+100+50+40 =33530拉刀總長LL=L1+l倒+l圓+l花+l4L=1131mm對技術條件的說明 鍵寬偏差：根據(jù)工件鍵寬的精度確定，可再-0.01-0.02之間 花鍵齒圓周相鄰齒距誤差，

21、應小于拉刀鍵寬偏差，但不得大于0.02mm 花鍵齒圓周不等分累積誤差 花鍵齒的底徑偏差按d11或只準負偏差 花鍵齒兩側面的不平行度，螺旋度及鍵齒對拉刀軸線不對稱度在鍵寬公差范圍內；倒角齒對拉刀軸線不對稱度不大于0.05mm鍵槽拉刀的尺寸偏差切齒齒高偏差（mm）精切齒及校準齒齒高偏差取0.015mm刀體側面和底面不直度偏差：鍵寬為312mm時為0.06/100鍵寬偏差取為工件槽寬公差的1/3，但不大于0.02mm，符號?。ǎ╂I齒對刀體中心線的不對稱度在拉刀鍵寬公差范圍內鍵齒對刀體中心不對稱的在鍵寬公差以內拉刀其他部分長度偏差拉刀總長偏差：當L<1000mm時取±2mm。切削部分長

22、度偏差取±2mm。校準部分長度偏差取±1mm。柄部長度取偏差取±1mm。前導部，后導部長度偏差取±1mm。容屑槽深偏差：當h<4mm時，取±0.3mm。3.3.6 拉刀主要技術條件1 拉刀各部分的表面粗糙度：刀齒前面Ra0.8µm 后導部表面Ra0.8µm刀齒后面Ra0.8µm 柄部表面Ra1.6µm刃帶表面Ra0.4µm 頸部表面Ra6.4µm前導部表面Ra0.8µm 過渡錐表面Ra1.6µm2 拉刀外徑在全長上的徑向跳動不超過0.06mm矩形花鍵銑刀設計1

23、、前言銑刀是一種應用很廣泛的多齒多刃回轉刀具。銑削加工時，銑刀饒起軸線轉動，而工件做進給運動。銑削加工與刨削加工相比較，銑削時同時參加工作的切削刃總長度較長，且無空行程，而使用的的切削也叫高，故加工生產效率也一般較高，表面的粗糙度也較小。銑刀的種類很多 矩形花鍵通常采用銑切或滾切成形，再經磨花鍵達到設計圖紙要求。銑切加工一般采用專門設計的T形槽銑刀，這種銑刀適合大批量專業(yè)化生產，但對中、小批量非專業(yè)化生產不太適合。為解決這個問題，我們試用三面刃銑刀及片銑刀，獲得了滿意的結果。2、設計步驟2.1齒形的設計計算1.前角為零時，工件法剖面截形就是銑刀的齒形。2.前角大于零時 銑刀有了前角以后，其刀齒

24、在徑向截面的齒形和前刀面上的齒形，就與工件法剖面的截形不同了。設f為銑刀外圓處的縱向前角，當f較大時，銑刀徑向截面和前刀面上的齒形需進行修正計算。 下圖所示的是工件齒形和銑刀齒形的關系，其中（b）為給定的工件齒形；（c）為銑刀徑向截面應具有的齒形，即鏟刀應具有的齒形；（d)為銑刀前刀面的齒形，即樣板應具有的齒形。圖82.2.銑刀齒形高度h 設被切工件成形部分高度為hw，則成形銑刀齒形高度應為： hhw（12）mm2.3.銑刀寬度B 設被切工件闊形寬度為Bw，則銑刀寬度B可取為稍大于B。2.4.容屑槽底形式 鏟齒成形銑刀容屑槽底形式通常有兩種，即平地形式和中間有凸起或槽底傾斜的加強形式。在鏟削深

25、度較小和刀齒強度足夠的情況下，應采用平底形式。在銑削深度較大時，宜采用加強形式。2.5銑刀的孔徑d 銑刀的孔徑d應根據(jù)銑削寬度和工作條件選取，可以按剛度，強度條件計算，也可根據(jù)生產經驗選取。2.6.銑刀的外徑do 對于平底形式的容屑槽，銑刀外徑可按下面公式計算：dod+2m2H式中：d銑刀孔徑 m壁厚，一般?。?.30.5）d H全齒高 由于全齒高的計算又需依據(jù)外徑do，因此，用上式直接計算銑刀外徑是困難的，我國一些工廠采用下式估算銑刀外徑： do（22.2）d2.2h（26）根據(jù)上面公式的計算結果再取外徑的推薦值。2.7.銑刀的圓周齒數(shù)Zk 鏟齒成形銑刀的圓周齒數(shù)Zk可按下式計算 Zkdo/

26、S式中S為銑刀的圓周齒距，粗加工時，可取S（1.82.4）H精加工時，可取S=(1.3-1.8)H，式中H為容屑槽的高度。 但是在設計成形銑刀時，直接按公式計算圓周齒數(shù)是困難的，因為式中H尚未確定，而確定它時，又要反過來依據(jù)銑刀的圓周齒數(shù)。因而在設計時，可根據(jù)生產經驗按銑刀外圓直徑的大小預先選定圓周齒數(shù)，在設計計算出銑刀的其他結構參數(shù)后再反過來校驗圓周齒數(shù)設計得是否合適。2.8.銑刀的后角及鏟削量K 設鏟齒成形銑刀的頂刃徑向后角為f，一般取f10o15o。相應的鏟削量可按下式計算：Ktgfdo/Zk，式中do為銑刀外徑，Zk為圓周齒數(shù)。求出鏟削量后，應按附錄表40所列的鏟床凸輪的升距選取相近的

27、K值。 初步選定徑向后角和計算出鏟削量以后，需驗算刀齒側刃上一點x的主剖面后角ox，驗算應選x最小處的x點，驗算公式可按下面公式： tgoxtgfsinx 應使ox不小于23o。實際計算表明，當x<15時，常滿足這宜要求，可采用增大頂刃后角，斜置工件，斜鏟齒等方法增大側刃后角。 對于精度要求高的成形銑刀，其齒背除鏟齒外尚需進行鏟磨。為使鏟磨時又砂輪空刀，齒背后部應做出深鏟部分。選擇II型深鏟形式，經計算選K3，K2=0.70.82.9.容屑槽尺寸（1）容屑槽底半徑r 可按下式計算：rdo-2(h+K)/2AZh式中A為系數(shù)，當鏟齒凸輪空程角60時，A6，當90時，A4。對于需要鏟磨齒背的

28、成形銑刀，通常取90o計算出的r應圓整刀0.5mm。（2）容屑槽間角：一般取20o35o（3）容屑槽深度H：HhK+K2+r2.10.分屑槽尺寸 當銑刀寬度B<20時，切削刃上不需要作分屑槽。2.11.刀齒、刀體強度和砂輪干涉的校驗由以上所述可以看出，在確定鏟齒成形銑刀的外徑do，齒數(shù)Zk，鏟削量K，容屑槽深度H.等參數(shù)時，常?；ハ酄可?，難以直接確定某一參數(shù)。因此，需采取試算的方法，首先假設幾個參數(shù)的數(shù)據(jù)，再根據(jù)他們確定其他一些參數(shù)。這樣選定成形銑刀的各參數(shù)后，還需進行校驗，檢驗銑刀結構是否緊湊，合理，刀體，刀齒強度是否足夠。3、矩形花鍵銑刀的技術條件3.1. 光潔度（按GB103168

29、）（1）刀齒前刀面，內孔表面、端面及鏟磨銑刀的齒背表面不低于7（2）鏟齒銑刀的齒背面不低于6（3）其余部分不低于42. 尺寸公差：表4序號名稱符號公差1銑刀外徑doh162銑刀寬度Bh123銑刀孔徑dH74銑刀鍵槽寬度b（Dc7）5內孔至鍵底距離t1H143.3. 形狀位置公差表5序號項目銑刀尺寸范圍公差1切削刃的徑向及端面跳動do<100do1000.030.042刀體端面跳動do<100do1000.020.033前面的徑向性（只許凹入）H1010<H2020<H30H>300.040.060.090.123.4. 齒形誤差表6銑刀齒形高度h透 光 度齒形的基本部分齒頂及圓角部分44121222>220.030.050.070.080.060.