刀具課程設計成形車刀及矩形花鍵拉刀設計

1、中北大學課 程 設 計 說 明 書學生姓名：張遠鋒學 號：0702014135 學 院：機械工程與自動化學院專 業(yè)：機械設計制造及其自動化題 目：成形車刀及矩形花鍵拉刀設計指導教師：龐學慧 職稱:教授指導教師：武文革 職稱:教授2010年5月31日 中北大學課程設計任務書2009/2010學年第2學期學 院：機械工程與自動化學院專 業(yè)：機械設計制造及其自動化學 生 姓 名：張遠鋒學 號：0702014135課程設計題目：成形車刀及矩形花鍵拉刀設計起 迄 日 期：5月31日6月5日課程設計地點：工字樓指 導 教 師：龐學慧、武文革系 主 任：王 彪下達任務書日期:2010年5月31日課 程 設

2、計 任 務 書1設計目的：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)節(jié)，其目的是使學生鞏固和深化課堂理論教學內(nèi)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。2設計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術參數(shù)、條件、設計要求等）：完成成形車刀、成形銑刀、拉刀其中兩種刀具的設計和計算工作，繪制刀具工作

3、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。具體設計要求見附頁。3設計工作任務及工作量的要求包括課程設計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等：1刀具圖紙2張（A1或A2，計算機繪制）2課程設計說明書 1份（打印，A4紙不少于20頁）課 程 設 計 任 務 書4主要參考文獻：1劉華明主編金屬切削刀具設計簡明手冊北京：機械

4、工業(yè)出版社，1994.72樂兌謙主編金屬切削刀具北京：國防工業(yè)出版社，1984.65設計成果形式及要求：1刀具工作圖2張（A1或A2，計算機繪制）2課程設計說明書 1份（計算機打印，A4紙不少于20頁）6工作計劃及進度：2010年5月31日消化資料、方案設計6月1日結(jié)構(gòu)草圖設計及校驗計算6月2日6月3日工作圖設計6月4日編寫說明書6月5日答辯系主任審查意見：簽字：年月日課題名設計任務331. 成形車刀設計被加工零件如圖1.所示，工件材料為：灰鑄鐵HT200；硬度HBS170。2. 矩形花鍵拉刀設計被加工零件如圖2.所示，工件材料為：45鋼；硬度HBS175 ；強度b = 610Mpa；工件長度

5、L=38mm。圖1 圖2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)節(jié)，其目的是使學生鞏固和深化課堂理論教學內(nèi)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(nèi)容和要求完成成形車刀、棱體成形車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

6、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。具體設計要求見附頁。一、拉刀的設計（一）選定刀具類型和材料的依據(jù)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(chǎn)率和精度有重要影響?？偨Y(jié)更多的高生產(chǎn)率刀具可以看出，增加刀具同時參加切

7、削的刀刃長度能有效的提高其生產(chǎn)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(nèi)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(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對刀具的生產(chǎn)率有重要的影響。因為硬質(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、的情況下應盡力采用。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(jié)構(gòu)復雜，造價昂貴，因此要求采用耐磨的刀具材料，

8、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W6Mo5Cr4V2。（二）刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)、幾何參數(shù)的選擇和設計被加工成型的工件如下圖（1）：設計步驟1、選擇拉刀材料及熱處理硬度拉刀材料選用W6Mo5Cr4V2高速鋼。熱處理硬度見圖技術條件。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(cè)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

9、示工件預制孔和拉削孔。3、選擇切削幾何參數(shù)粗切齒：前角=17°后角=過渡齒：前角=17°后角=校準齒：前角=17°后角=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10um，則花鍵齒校準齒和圓形齒校準齒直徑為5計算倒角齒參數(shù) 查表429知倒角的工藝角度為 。按表429 計算如下：倒角齒如圖（2）：如圖（2）6.計算拉削余量 按表41計算圓形拉削余量為1mm，預制孔徑為25，實際拉削余量倒角余量 花鍵余量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）8設計容屑槽1）齒距計算 按

10、表47 取 取2）選擇容屑槽 按表4-8采用曲線槽，粗切齒用深槽（圖（3），h=4mm,精切齒用基本槽（圖（4）。如圖： 圖（3） 圖（4）3）校驗容屑條件 查表4-9得容悄系數(shù)k=3.5。倒角齒齒升量大時，就校驗之，應使?jié)M足式：因式h=4.00,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l/p=4,即，滿足的校驗條件9.花鍵齒截形設計花鍵齒如圖（5）： 圖（5）花鍵齒鍵寬按下式計算，精確到0.001mm：式中，為內(nèi)花鍵鍵槽寬最大極限尺寸；為拉削擴張量（查表4-16得=0.010mm）;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(nèi)取小值，取=0.01

11、0mm。則=(6.030-0.001)mm=6.029mm=(6.029-0.010)mm=6.019mm拉刀鍵齒面應制出的修光刃f，其下應磨出側(cè)隙角。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。如圖（6）：圖（6）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，公稱尺寸,卡爪底徑,前柄如圖（8）：圖（8）其余見工程圖圖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花鍵齒拉削力: 其中修正系數(shù)拉刀最小截面積在卡槽底頸處，則拉應力（表4-

12、25），拉刀強度校驗合格。根據(jù)表4-23,表4-24,拉床拉力為400 X 0.8KN=320KN,比Fmax大,拉床載荷校驗合格.選用L6140拉床,良好狀態(tài)舊拉床.13.確定拉刀齒數(shù)及每齒直徑1）倒角齒齒數(shù) 取242）花鍵齒齒數(shù) 初擬花鍵過渡齒與精切齒的齒升量為0.04，0.03，0.02，0.01，0.005mm，逐步遞減，共切除余量?；ㄦI粗切齒齒數(shù)2mm=0.026mm的余量，應減去0.026mm的余量，因此，減去一個精切齒并將齒升量調(diào)整為0.04，0.03，0.015，0.007，后兩個齒升量為精切齒，前兩個為過渡齒。 3) 圓形齒齒數(shù) 初擬方案與花鍵齒相同,即擬切去余量,計算圓形粗

13、切齒齒數(shù)為 取11齒,少切了mm的余量,需將最后一個精切齒切齒齒升量為0.0075mm.這樣,圓形齒段具有粗切齒11個,過度齒3個,精切齒2個.4）校準部齒數(shù) 倒角齒不設校準齒。圓形齒和花鍵齒校準齒齒數(shù)查表4-14，得花鍵校準齒齒數(shù) 圓形校準齒齒數(shù) 各齒直徑基本尺寸,見表（1）矩形花鍵拉刀齒序表齒號直徑基本尺寸D(mm)直徑尺寸公差(mm)齒號直徑基本尺寸D(mm)直徑尺寸公差(mm)125.130.0253729.020-0.015225.263829.12325.393929.22425.524029.32525.654129.42625.784229.52725.914329.62826

14、174429.72926.404529.821026.534629.940-0.0151126.664730.041226.794830.071326.924930.0840-0.0181427.055030.0841527.185130.0841627.305230.0841727.415330.0841827.505425.100-0.0151927.575525.202027.665625.302127.725725.402227.735825.502327.755925.602427.726025.702527.820.0156125.802527.926225.900-0.01272

15、8.026325.982828.126426.0102928.226526.0250-0.0093028.326626.0253128.426726.0253228.526826.0253328.626926.0253428.723528.823628.92表（1）14.拉刀齒部長度 參照工程圖。倒角齒段長度 花鍵齒段長度 圓形齒段長度 拉刀齒部長度 15.設計拉刀其他部分 按表4-17，4-19，4-23計算：前柄mm mm頸部過渡錐前導部前柄深入夾頭長度前柄端部至第1刀齒的距離后導部后柄16.拉刀總長及其校驗根據(jù)表4-26,允許拉刀總長為960mm,拉刀長度校驗合格.17.繪制拉刀圖拉刀圖

16、如圖（9）所示： 圖（9）二、成形車刀的設計結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇及計算成形的工件如下圖（10）所示:圖（10）設計步驟1.選擇刀具的材料 選用普通高速鋼W18Cr4V。整體制造2.選擇前角和后角 由表2-4，取前角。3.畫出刀具廓型計算圖，附打印B4紙上標出工件廓型上各組成點19，確定1所在水平線為基準線，計算出1-9各點處的計算半徑（為了避免尺寸偏差值對計算精確性的影響，故采用計算尺寸計算半徑、計算長度和計算角度來計算）取，a=3mm,b=2mm,c=8mm,d=1.5mm如圖（11）所示：圖（11）=基本半徑=6.6mmmm=12.475mmmm=10.29mmmmmmmm再以1點為基準點，計算

17、長度mmmmmmmmmmmmmmmm4.計算切削刃總寬度Lc，并校驗之值a=2mm,b=1.5mm,c=7mm,d=1.5mmL當大于許用值或Lcmm（為經(jīng)驗值），可采取下列措施：1、將工件廓型分段切削，改用兩把或數(shù)把成形車刀；2、改用切向進給成形車刀；3、如已經(jīng)確定徑向進給，可在非切削部分增設輔助支撐滾輪托架，以增加工藝系統(tǒng)的剛度。如果將工件將廓型分段切削，改用兩把或數(shù)把成形車刀則第一把刀切過一部分廓型，卸下刀具裝第二把刀則很難將刀對準?，F(xiàn)在確定了用徑向進給，所以在非切削部分增設輔助支撐滾輪托架，如車床的尾部頂座。4、確定結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)表2-15、求廓型深度用計算法求出N-N剖面內(nèi)刀具廓型上各

18、點至點1所在后刀面的垂直距離Px.之后選擇3-3段廓線為基準線（因為在本段工件的精度要求最高），計算出刀具廓形上各點到該基準線的垂直距離，即為所求刀具廓型深度。刀具廓型深度作圖求法如圖（12） 圖（12）則各點和和基準點之間的距離為：6、確定公差根據(jù)表2-5可確定各點的公差 可以取的上下偏差都為0.04mm.7、校驗最小后角對于棱體成形車刀，最小后角出現(xiàn)在1點，也就是，由于，所以滿足條件8.確定棱體成形車刀廓形寬度查表2-5，取廓形寬度的上下偏差為0.1；mmmmmmmmmmmmmmmmmmmm9、確定刀具的夾固方式采用燕尾槽斜塊式10、 表面粗糙度1）前后刀面為Ra0.22）基準表面為Ra0.83）其余表面為Ra1.63.211、成行車刀尺寸公差1）兩側(cè)面對燕尾槽基準面垂直誤差