矩形花键拉刀设计与矩形花键铣刀设计前 言 大学三年级可以说是大学四年学习生活中很重要的一年。这一年，开设了很多专业课，为我们走出校园，走向工作岗位奠定了基础，使我们的专业相关知识素养提高到可观的层面。金属切削原理与金属切削刀具是众多专业课中很重要的一门，是机械设计制造及其自动化专业学生所必备的专业相关知识技能。介于其重要性，学校开设了一周的金属切削刀具课程设计。它是基于我们对金属切削原理及刀具学习后的实践性环节，其目的是使学生巩固和深化课堂理论教学内容，锻炼和培育学生综合运用所学知识和理论的能力，是对学生进行独立分析、处理问题能力的强化训练。 我的课程设...
前 言 大学三年级可以说是大学四年学习生活中很重要的一年。这一年，开设了很多专业课，为我们走出校园，走向工作岗位奠定了基础，使我们的专业相关知识素养提高到可观的层面。金属切削原理与金属切削刀具是众多专业课中很重要的一门，是机械
制造及其自动化专业学生所必备的专业相关知识技能。介于其重要性，学校开设了一周的金属切削刀具课程设计。它是基于我们对金属切削原理及刀具学习后的实践性环节，其目的是使学生巩固和深化课堂理论教学内容，锻炼和培育学生综合运用所学知识和理论的能力，是对学生进行独立分析、解决问
能力的强化训练。 我的课程设计题目是矩形花键拉刀设计与矩形花键铣刀设计。在设计过程中，我充分运用了所学过的相关知识，并且查阅有关的资料，充分运用了绘图软件AUTOCAD，设计了零件的工艺、编制了零件的加工程序等。通过这次课程设计，我对这学期本门课程所学的内容又了进一步的理解和掌握。 由于本人水平有限，,设计编写时间也比较仓促,在我们设计的过程中会遇到一些技术和专业相关知识其它方面的问题，再加上我们对知识掌握的程度，所以设计中我们的设计会有一些不尽如人意的地方, 为了共同提高今后设计设计的质量，希望在考核和答辩的过程中得到各位指导老师的谅解与批评指正,不胜感激之至。 编者 2009年6月6日 一、金属切削刀具课程设计的目的 金属切削刀具课程设计是学生在学完“金属切削原理及刀具”等有关课程的基础上进行的重要的实践性教学环节，其目的是使学生巩固和深化课堂理论教学内容，锻炼和培育学生综合运用所学知识和理论的能力，是对学生进行独立分析、处理问题能力的强化训练。 通过金属切削刀具课程设计，具体应使学生做到： (1) 掌握金属切削刀具的设计和计算的基本
； (2) 学会运用各种设计资料、手册和国家标难； (3) 学会绘制符合
要求的刀具工作图，能标注出必要的技术条件。 二、设计内容和要求 完成圆孔拉刀、矩形花键拉刀两种刀具的设计和计算工作，绘制刀具工作图和必要的零件图以及编写一份正确、完整的设计说明书。 刀具工作图应包括制造及检验该刀具所需的全部图形、尺寸、公差、粗糙度要求及技术条件等；说明书应包括设计时所涉及的主体问题以及设计计算的全部过程；设计说明书里面的计算必须准确无误，所使用的尺寸、数据和计量单位，均应符合有关标准和法定计量单位；使用A4纸打印，语言简练，文句通顺。 矩形花键拉刀的设计 1、前言 拉刀是一种高生产率的刀具，可拿来加工各种形状的通孔、直槽、螺旋槽以及直线或曲线外表面，广泛的用于大量和成批生产中。 拉刀的种类如图（1） 用于拉削的成形刀具。刀具表面上有多排刀齿，各排刀齿的尺寸和形状从切入端至切出端依次增加和变化。当拉刀作拉削运动时，每个刀齿就从工件上切下一定厚度的金属，最终得到所要求的尺寸和形状。拉刀常用于成批和大量生产中加工圆孔、花键孔、键槽、平面和成形表面等, 生产率很高。拉刀按加工表面部位的不同，分为内拉刀和外拉刀；按工作时受力方式的不同，分为拉刀和推刀。推刀常用于校准热处理后的型孔。 拉刀的种类虽多，但结构组成都类似。如普通圆孔拉刀的结构组成为：柄部,用以夹持拉刀和传递动力;颈部，起连接作用；过渡锥，将拉刀前导部引入工件；前导部，起引导作用，防止拉刀歪斜；切削齿，完成切削工作，由粗切齿和精切齿组成；校准齿，起修光和校准作用，并作为精切齿的后备齿；后导部，用于支承工件，防止刀齿切离前因工件下垂而损坏加工表面和刀齿；后托柄，承托拉刀。 拉刀的结构和刀齿形状与拉削方式有关。拉削方式通常分为分层拉削和分块拉削两类。前者又分成形式和渐成式；后者又分轮切式和综合轮切式。成形式拉刀各刀齿的廓形均与被加工表面的最终形状相似;渐成式拉刀的刀齿形状与工件形状不相同,工件的形状是由各刀齿依次切削后逐渐形成。轮切式拉刀由多组刀齿组成，每组有几个直径相同的刀齿分别切去一层金属中的一段，各组刀齿轮换切去各层金属。综合轮切式拉刀的粗切齿采用轮切式，精切齿采用成形式。轮切式拉刀切削厚度较分层拉削的拉刀大得多，具有较高的生产率，但制造较难。 拉刀常用高速钢整体制造，也可做成组合式。硬质合金拉刀一般为组合式，因生产率高、寿命长，在汽车工业中常用于加工缸体和轴承盖等零件，但硬质合金拉刀制造困难。 2 选定刀具类型和材料的依据 2.1选择刀具类型： 对每种工件进行工艺设计和工艺装备设计时，一定要考虑选用合适的刀具类型。事实上，对同一个工件，常可用多种不同的刀具加工出来。 采用的刀具类型不同将对加工生产率和精度有重要影响。总结更多的高生产率刀具能够准确的看出，增加刀具同时参加切削的刀刃长度能有效的提高其生产效率。例如，用花键拉刀加工花键孔时，同时参加切削的刀刃长度l=B×n×Zi，其中B为键宽，n为键数，Zi为在拉削长度内同时参加切削的齿数。若用插刀同时参加切削的刀刃长度比插刀大得多，因而生产率也高得多。 2.2正确选择刀具材料： 刀具材料选择得是否恰当对刀具的生产率有重要的影响。因为硬质合金比高速钢及其他工具钢生产率高得多，因此，在能采用硬质合金、的情况下应尽力采用。由于目前硬质合金的性能还有许多缺陷，如脆性大，极难加工等，使他在许多刀具上应用还很困难，因而，目前许多复杂刀具还主要使用在高速钢制造。 拉刀结构较为复杂，造价昂贵，因此要求采用耐磨的刀具材料，以提高其耐用度；考虑到还应有良好的工艺性能，根据《刀具课程设计指导书》表29，选择高速工具钢，其应用场景范围用在所有刀具，特别是形状较复杂的刀具。根据表30，选择W18Cr4V。 3 刀具结构参数、几何参数的选择和设计 设计步骤 EMBED Equation.3 3.1、选择拉刀材料及热处理硬度 拉刀材料选用W18Cr4V。热处理硬度见图技术条件。 3.2、拟订拉削余量切除顺序和拉削方式 拉削作量的切除顺序为：倒角—键侧与大径—小径，拉刀切削齿的顺序是：倒角齿—花键齿—圆形齿。实际采用分层拉削渐放式。 本节用脚标d,h,y表示倒角齿，花键齿和圆形齿；用脚标c,g,j和x表示粗切。过渡，精切和校准齿；用脚标w和m表示工件预制孔和拉削孔。 3.3、选择切削几何参数 按表4－2，4－3选择 粗切齿：前角γ=17° 后角α= 过渡齿：前角γ=17° 后角α= 校准齿：前角γ=17° 后角α= 3.4、确定校准齿直径 倒角齿不设校准齿 查表4－16，花键齿,圆形齿的扩张量为5um，则花键齿校准齿和圆形齿校准齿直径为 3.5、计算倒角齿参数 查表4－29知倒角的工艺角度为查表知倒角的工艺角度为 f＝1 为中间值。按表4－29 计算如下： 倒角齿测量值 倒角与键侧交点直径 拉刀倒角齿最大直径 3.6、计算拉削余量 按表4－1计算： 预制孔径为61mm，实际拉削余量： 倒角余量 花键余量 3.7、选择齿升量 按表4－4选择为 倒角齿： （槽拉刀和键槽拉刀栏） 花键齿： （矩形花键拉刀栏） 圆形齿： （综合式拉刀栏） 3.8、设计容屑槽 1）齿距计算： 2）选择容屑槽：粗切齿用深槽，h＝3mm，精切齿用基本槽 3）校验容屑条件：容屑系数k＝3，倒角齿升量最大时，应校验之，应使满足 因h＝3，所以 式满足，校验合格 4）校验同时工作齿数 据表4-7得知因为 ，即 ， ，满足 的校验条件 3.9、花键齿截形设计 花键齿键宽 按下式计算，精确到0.001mm： 式中， 为内花键键槽宽最大极限尺寸； 为拉削扩张量（查表4-16得 =0.005mm）; 为拉刀键齿宽制造公差带宽，为保证键齿尺寸耐用度高， 应在制造条件允许范围内取小值，取 =0.010mm。则 拉刀键齿面应制出 的修光刃f=1.3，其下应磨出侧隙角 。工厂常在齿高为1.25mm及其以下的刀齿上磨侧隙，在图中标出。 3.10、确定分屑槽参数 除校准齿和与其相邻的一个精切齿外，拉刀切削齿均磨制三角形分屑槽。由于在每个圆形齿上都存在着不工作的刃段，圆形齿段不必磨分屑槽。 3.11、选择拉刀前柄 按表4—17选择Ⅱ型—A无周向定位面的圆柱形前柄，选择 无周向定位面的圆柱形前柄，公称尺寸 ， 卡爪底径 ，其余见图。 3.12、校验拉刀强度 通过计算分析，确认倒角齿拉削力最大，因而应计算拉刀倒角齿拉削力 拉刀最小截面积在卡槽底颈处，则拉应力为： ，拉刀强度校验合格 拉床拉力为400 0.8KN=320KN,比 大，拉床载荷校验合格。 3.13、确定拉刀齿数及每齿直径 1）倒角齿齿数： 取 ＝30 2）花键齿齿数： 初拟花键过渡齿与精切齿的齿升量为0.06 0.05 0.04 0.03 0.02, 逐步递减，共切除余量 ，花键粗切齿齿数： ，取28齿 多切去了 的余量，应减去0.031mm的齿升量。因此， 减去一个精切齿并将齿升量调整为0.06 0.05 0.035 0.009mm，后1齿齿升量 ，为精切齿，前3齿则为过渡齿 3）圆形齿齿数： 初拟
与花键齿相同，即拟订切去 余量，计算圆形粗切齿齿数 为： 取8齿 少切了 的余量，需增加一个精切齿，其齿升量为 0.00225mm，这样，圆形齿段具有粗齿8个，过渡齿4个，精切齿2个 4）校准部切齿 倒角齿不设校准齿 花键校准齿齿数： 圆形校准齿齿数： 各齿直径基本尺寸,见表4-41 矩形花键拉刀齿序表 齿形 齿号 直径基本尺寸 直径尺寸公差 齿型 齿号 直径基本尺寸 直径尺寸公差 倒角齿 1 25.14 0.025 花键齿 39 29.04 2 25.28 40 29.14 3 25.42 41 29.24 4 25.56 42 29.34 5 25.7 43 29.44 6 25.84 44 29.54 7 25.98 0.015 45 29.64 8 26.12 46 29.74 9 26.26 47 29.84 花键齿 10 25.14 0.015 48 29.92 11 25.24 49 29.98 0 -0.015 12 25.34 50 29.998 13 25.44 51 30.018 0 -0.018 14 25.54 52 30.018 15 25.64 53 30.018 16 25.74 54 30.018 17 25.84 55 30.018 18 25.94 56 30.018 19 26.04 57 25.1 0.015 20 26.14 58 25.2 21 26.24 59 25.3 22 26.34 60 25.4 23 26.44 61 25.5 24 26.54 62 25.6 25 26.64 63 25.7 26 26.74 64 25.8 27 26.84 圆形齿 65 25.88 28 26.94 66 25.94 0 -0.01 29 27.04 67 25.98 30 27.14 68 26 0 -0.009 31 27.24 69 26.01 32 27.34 70 26.016 33 27.44 71 26.016 34 27.54 72 26.016 35 27.64 73 26.016 36 27.74 74 26.016 37 27.84 75 26.016 38 27.94 最后一个齿距加长的目的是为了砂轮的切出. 3.14、拉刀齿部长度 倒角齿段长度： 花键齿段长度： 圆形齿段长度： 拉刀齿部长度： 3.15、设计拉刀别的部分 前柄： 颈部： 过渡锥： 前导部： 前柄伸入夹头长度： 前柄端部至第一刀齿的距离： 后导部： 后柄： 3.16、拉刀总长及其校验 由于允许拉刀总长为1600mm,拉刀长度校验合格 3.17、矩形花键拉刀图 3.2.刀具的全部计算（包括计算公式和计算结果） 表1 已知条件：1、花键孔尺寸： 圆径：De=φ62H7（62+0.025） 槽径：D=φ68H10（φ68+0.120） 键宽：b=12H9（12+0.036） 键数：n=8 2、工件长度：L=35mm 3、工件材料：45钢，硬度HBS175，强度σb=600Mpa 4、预制孔直径(未给出，自设)：Do=62.1mm 序号 项 目 符 号 计算公式或选取方法 计算精度 计算举例 1 拉刀材料 W18Cr4V 2 齿升量 af 查表4-4 af=0.05mm 3 齿距 p p校 按表4-7 p校=（0.6-0.8）p 取p=8mm， p校=6mm 4 同时工作齿数 Ze Ze=（l/p） Ze=4 5 拉削余量切削顺序 加工顺序为: 1、倒角 2、花键 3、圆孔 圆孔齿部分的设计计算 6 圆孔校准齿直径 D圆校 D圆校=D圆校-δ 由表4-16查得δ=0.005 0.001 D圆校=62.05mm 7 圆孔拉削余量 A圆 A圆=D圆校-Domin A圆=62.05-60.1 =1.05mm 8 圆形切削齿齿数 Z圆 Zy=（Ay-A″）/2afy+6 取Z圆=8+6＝14齿 9 圆形齿部分长度 l圆切 l圆切=p×Z圆 l圆切=8×8+6×3=82mm 10 圆形校准齿齿数 Z圆校 查表4-14 Z圆校=7 11 圆形校准部分长度 l圆校 l圆校=p校·Z圆校 l圆校=7×6=42mm 12 圆形齿部分总长 l圆 l圆=l圆切+l圆校 l圆=82+42=124mm 花键齿部分的计算 13 花键校准齿直径 D花校 D花校=Demax-δ 查表4-16，δ=0.005 0.001 D花校=68.120-0.005 =68.115mm 14 花键拉削余量 A花 A花=D花校-D花1 A花=68.115-62.1 =6.015mm 15 花键切削齿齿数 Z花切 Z花切=（A花/2af）+（3-5） Z花切=75.125+3=78.125 取Z花切=78 16 花键切削部分长度 l花切 l花切=p×Z花切 l花切=8×78=624mm 17 花键校准齿齿数 Z花校 由表4-14 取Z花校=4 18 花键校准部分长度 l花校 l花校=p校·Z花校 l花校=6×4=24mm 19 花键齿部分总长 l花 l花=l花切+l花校 l花=624+24=648mm 20 花键齿廓形尺寸 b b=Bmax-δ公差取-0.015 f=0.8-1 表4-40 b=9.031 f=0.8±0.2mm Kr＇=1o30＇ 别的部分计算 21 容屑沟尺寸 h r g 由表4-8选取 h=3 r=1.5 R=5 g=3 22 校准齿容屑沟尺寸 h校 r校 g校 由表4-8选取 h校=2 r校=1 R=4 g校=2 23 分屑槽 花键齿按表4-13尺寸交错开分屑槽 24 前导部尺寸 D4 L4 D4=Dwmin，偏差按f7 L4=l D4=61.975mm L4=40mm 25 后导部尺寸 D7 L7 d7=dmymin 偏差f7 L7=（0.5-0.7）l D7=62f7mm L7=20mm 26 切削角度和刃带宽 γo α0 ba 查表4-2 查表4-3 查表4-3 各个刀具γo=15o 切削齿αo=2o±30‘ 校准齿αo=1o±15‘ 切削齿ba=0.05-0.15mm 校准齿ba=0.2mm 27 过渡锥长度 l3 l3=15mm 取l3=15mm 28 柄部尺寸 D1 D＇ L1＇ l１ c 查表4-17 d1=61mm d1＇=60.5mm l＇=125mm l１=110mm c=5mm 29 由柄部前端到第一个切削齿的距离 L1＇ L1＇＝l1+l2+l3＇+l3 L1＇=105+20+100+50+40 =335 30 拉刀总长 L L=L1＇+l倒+l圆+l花+l4 L=1131mm 3.3.3对技术条件的说明 ① 键宽偏差：根据工件键宽的精度确定，可再-0.01-0.02之间 ② 花键齿圆周相邻齿距误差，应小于拉刀键宽偏差，但小于0.02mm ③ 花键齿圆周不等分累积误差 ④ 花键齿的底径偏差按d11或只准负偏差 ⑤ 花键齿两侧面的不平行度，螺旋度及键齿对拉刀轴线不对称度在键宽公差范围内；倒角齿对拉刀轴线键槽拉刀的尺寸偏差 ①切齿齿高偏差（mm） ②精切齿及校准齿齿高偏差取－0.015mm ③刀体侧面和底面不直度偏差：键宽为3－12mm时为0.06/100 ④键宽偏差取为工件槽宽公差的1/3，但不大于0.02mm，符号取（－） ⑤键齿对刀体中心线的不对称度在拉刀键宽公差范围内 ⑥键齿对刀体中心不对称的在键宽公差以内 3.3.5拉刀别的部分长度偏差 ①拉刀总长偏差：当L
30 0.04 0.06 0.09 0.12 3.4. 齿形误差 表6 铣刀齿形高度h 透 光 度 齿形的基本部分 齿顶及圆角部分 ≤4 4－12 12－22
22 0.03 0.05 0.07 0.08 0.06 0.09 0.12 0.15 3.5.材料及热处理 铣刀材料一般用高速钢，热处理后硬度应为HRC63－66。在铣刀的工作部分，不得有脱碳层和软点。 3.6刀具的全部计算 表7 已知条件：欲加工矩形花键轴，其尺寸为：外径Da＝68a11，内径Df＝62f7，键数Z＝8，键宽b＝12d10，键底圆角半径r＝1，工件材料为45钢。 序号 计算项目 符号 确定方法或计算公式 计算精度 设计计算数据 1 齿槽半角 ф ф＝180/Z 0.01o ф＝22.50o 2 齿顶圆弧中心半角 ψ ψ＝ф－arcsinb/Dfmin 0.01o ψ＝11.40o 3 齿顶宽 Ba Ba＝Dfminsinψ 0.01 Ba＝12.25 4 初算齿廓高度 H h＝（Da－Dfmincosψ）/2＋（1－2） 整数 h＝5 5 铣刀宽度 B B＝Ba＋2htgф 整数 B=16 6 按铣刀宽度最后确定齿廓高度 H h＝（B-Ba）/2tgψ 0.01 h＝7.26 7 铣刀齿顶圆弧半径 Rf Rf＝Dfmin/2 0.01 Rf＝31.97 8 齿顶圆角半径 ro ro＝r 0.1 ro＝r＝1 9 铣刀前角 γf 精加工γf＝0o 粗加工γf＝5－20o γf＝0o 10 容屑槽形式 根据工件廓形确定 取平底形 11 铣刀孔径 D 可根据铣刀宽度按表5－3选取 根据B＝12，查出d＝16 12 铣刀外径 do 可按表5－4选取 初选do＝93 13 铣刀圆周齿数 Zk 可按表5－5初选 初选Zk＝12 14 铣刀的后角 αf 一般选αf＝8o－15o 验算侧刃后角公式为tgαo＝tgαfsinф 1o 取αf＝10o αo＝3.86o 能够完全满足条件 15 铲削量 K K1 K=Πdotgαf/Zk K1＝（1.3－1.5）K 0.5 K=3 K1＝4 16 容屑槽圆角半径 R r＝Π[do－2（h＋K）]/2A·Zk 0.5o r＝2.89 取r＝3 17 容屑槽深度 H H=h＋（K＋K1）/2＋r 0.1 H＝15.51 18 容屑槽间角 θ θ＝20o－35o 取θ＝20o 19 分屑槽尺寸 按表5－8选取 取两个分屑槽t1＝4，t2＝8，前后齿错开 20 键槽尺寸 按附录表6选取 21 空刀倒角尺寸 按附录表25选取 22 技术条件 按表5－9，5－11选取 参考文献： [1]．刘华明主编．金属切削刀具设计简明手册．机械工业出版社，1994.7 [2]．乐兑谦主编．金属切削刀具．机械工业出版社，2001.6 [3]．刘华明主编．刀具课程设计指导书．哈尔滨工业大学出版社，1981 [4]．花键刀具生产图册编制工作组主编．花键刀具生产图册．技术标准出版社，1979 [5]．机械工程手册电机工程手册编辑委员会主编．机械工程手册 第47篇 金属切削刀具．机械工业出版社，1980 [6] ．袁哲俊、刘华明主编．刀具设计手册．机械工业出版社，1999 _1181893880.unknown _1181893935.unknown _1181900143.unknown _1181900448.unknown _1181900508.unknown _1181900550.unknown _1181900605.unknown _1181900701.unknown _1181900762.unknown _1181900794.unknown _1181900911.unknown _1181901127.unknown _1181902807.unknown _1244556618.unknown _1244556705.unknown _1244557541.unknown _1244557550.unknown _1244557558.unknown _1244558089.unknown _1244559745.unknown _1244560334.unknown _1244560901.unknown _1244560951.unknown _1244560992.unknown _1244561396.unknown _1244564466.unknown _1244564608.unknown _1244565055.unknown _1244565070.unknown _1244566069.unknown _1244566092.unknown _1244566168.unknown _1244566195.unknown _1244566793.unknown _1274859855.unknown _1274859984.unknown _1274860448.unknown _1274862582.unknown _1274863126.unknown _1274863183.unknown _1274863360.unknown _1274863750.unknown _1274864248.unknown _1274864326.unknown _1274864514.unknown _1274864868.unknown _1274864932.unknown _1274866170.unknown _1274866286.unknown _1274866323.unknown _1274866346.unknown _1274866408.unknown _1274866603.unknown _1274866748.unknown _1274867034.unknown _1274867060.unknown _1274867368.unknown _1274868114.unknown _1274868616.unknown _1274869137.unknown _1274869507.unknown _1274869918.unknown _1274871752.unknown _1274871919.unknown _1274872208.unknown _1274873204.unknown _1274873470.unknown _1274873488.unknown _1274873587.unknown _1274874360.unknown _1274874733.unknown _1274875142.unknown _1274875197.unknown _1274875599.unknown _1274875648.unknown _1274875832.unknown _1274875911.unknown _1274876118.unknown _1274876331.unknown _1274929722.unknown _1274930227.unknown _1274930243.unknown _1274930454.unknown _1274930477.unknown _1274930510.unknown _1274937956.unknown _1274937971.unknown _1306242040.unknown
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