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)，國外切削加工在整個(gè)制造加工中所占比例約為8085，而在國內(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)初的高速鋼、硬質(zhì)合金發(fā)展到現(xiàn)

2、在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐熱溫度已由500600提高到1200以上，允許切削速度已超過1000mmin，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)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、

3、手冊(cè)和國家標(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)條件。 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b = 490Mpa；工件長(zhǎng)度L=40mm。 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，常可用多種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?？偨Y(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，用花鍵拉刀加工花鍵孔時(shí)，同時(shí)參加切削的刀刃長(zhǎng)度l=B×n&

4、#215;Zi，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)橛操|(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W18Cr4V，HRC62-653.2 刀具結(jié)構(gòu)

5、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)記一般打在頸部。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，也用于安裝壓力環(huán)。（2） 切削方式：采用分層拉削方式。（3

6、）拉削余量：對(duì)于花鍵孔A=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o=20o 圓拉刀：粗切齒的后角o=2o+30刃帶ba=0.1；精切齒的后角o=2o+30 ，刃帶ba=0.1-0.2；校準(zhǔn)齒的后角o=1 o+30刃帶ba=0.1。 花鍵拉刀部分：粗切齒的后角o=2o+30刃帶ba=0.05-0.15；精切齒的后角o=2o+30 ，刃帶ba=0.1-0.2；校準(zhǔn)齒的后角o=1 o+30刃帶ba=0.1。（6）齒距及同時(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=（

7、1.2-1.5）l1/2（mm） 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：基本型圖2 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=b/5-10（取小值） 當(dāng)b=6時(shí)， 圖3 圓拉刀部分： 分屑的作用：使切屑易于變形，易于卷屑。 分屑槽類型：三角形圖4參數(shù)：（9）校準(zhǔn)部 前角o校

8、=5o，后角o校=1o，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=Dmax±，其中為孔的變形量。 拉刀校準(zhǔn)部長(zhǎng)度l校=t校×Z校=4×5+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)： 根據(jù)表4-18圓柱形后柄： 圖6 參數(shù)：（11）頸部、過度錐、前導(dǎo)部和后導(dǎo)部拉刀頸部長(zhǎng)度按下式計(jì)算：l2m+B+A-l3mm 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=60mm A-花盤法蘭厚度，根據(jù)表4

9、-23查得機(jī)床型號(hào)L6110，A=30mm m-卡頭與機(jī)床床壁間隙，可取m=10-20mm，在這取15mm l3-過渡錐長(zhǎng)度，一般l3=10-20mm，在這取15mm 因此求得l2110mm。圖7 L1公式：L1=l1+l2+l3+l3，其中l(wèi)1為拉刀進(jìn)入卡頭部分的長(zhǎng)度，l3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：圖8說明：1、D3等于前把拉刀最后刀齒的直徑，偏差為表4-32。 2、d3等于加工的花鍵孔最小內(nèi)徑減0.5mm，只準(zhǔn)許負(fù)偏差。 3、b3等于前一把拉刀花鍵齒寬減0.02mm。 4、l3=（0.75-0.1）l 5、a=5-10mm后導(dǎo)部：圖9說明：1

10、、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：l后=l+c+（5-10）mm，式中：l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：頸部直徑：過渡錐長(zhǎng)度：前導(dǎo)部長(zhǎng)度：前導(dǎo)部直徑：（mm）前柄伸入夾頭長(zhǎng)度：前柄端部至第一刀齒距離：3.3 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

11、：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)齒直徑D圓校D圓校=D圓校-由表4-24查得=0.0110.001D圓校=23.0210.011=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=

12、（A圓/2af）+（3-5）Z圓=911取Z圓=10齒4圓形齒部分長(zhǎng)度l圓切l(wèi)圓切=t×Z圓l圓切=6×10=60mm5圓形校準(zhǔn)齒齒數(shù)Z圓校查表4-14Z圓校=56圓形校準(zhǔn)部分長(zhǎng)度l圓校l圓校=t校·Z圓校l圓校=4×5+7 =27mm7圓形齒部分總長(zhǎng)l圓l圓=l圓切+l圓校l圓=60+27=87mm花鍵齒部分的計(jì)算1第一個(gè)花鍵齒直徑D花1D花1=d2-0.1D花1=23.010-0.1 =22.910mm2花鍵校準(zhǔn)齒直徑D花校D花校=Demax-查表4-16，=0.0100.001D花校=28.084-0.010 =28.074mm3花鍵拉削余量A花A

13、花=D花校-D花1A花=28.074-22.91 =5.164mm4花鍵切削齒齒數(shù)Z花切Z花切=（A花/2af）+（3-5）Z花切=5459取Z花切=555花鍵切削部分長(zhǎng)度l花切l(wèi)花切=t×Z花切l(wèi)花切=6×55=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=4×5=20mm8花鍵齒部分總長(zhǎng)l花l花=l花切+l花校l花=330+20=350mm9花鍵齒廓形尺寸花鍵齒寬度棱面寬度副偏角bfKrb=Bmax-，公差取-0.015f=0.8-1表4-40b=6.048-0.005f=0.8±

14、;0.2mmKr=1o303.4 對(duì)技術(shù)條件的說明3.4.1 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；各種花鍵拉刀齒形表面0.8柄部；過渡錐；矩形花鍵拉刀表面?zhèn)认睹?.6容屑溝底及齒背，頸部1.6花鍵刀齒底徑12.53.4.2 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

15、刀鍵寬偏差，但不得大于0.02mm 3 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)稱度在鍵寬公差范圍內(nèi)；倒角齒對(duì)拉刀軸線不對(duì)稱度不大于0.05mm 6 拉刀倒角齒計(jì)算值M的偏差：0.02mm6.鍵槽拉刀的尺寸偏差 1 切齒齒高偏差（mm）齒升量齒高偏差相鄰齒高偏差0.050.08±0.0250.025 2 精切齒及校準(zhǔn)齒齒高偏差取0.015mm 3 刀體側(cè)面和底面不直度偏差：鍵寬為312mm時(shí)為0.06/100 4 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

16、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)L<1000mm時(shí)取±2mm。 2 切削部分長(zhǎng)度偏差取±2mm。 3 校準(zhǔn)部分長(zhǎng)度偏差取±1mm。 4 柄部長(zhǎng)度取偏差取±1mm。 5 前導(dǎo)部，后導(dǎo)部長(zhǎng)度偏差取±1mm。 6 容屑槽深偏差：當(dāng)h<4mm時(shí)，取±0.3mm。4 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