目录 说明3 矩形花键拉刀4 1 设计的基本要求4 2. 2设计步骤4 2.2.1 花键孔尺寸4 2.2.2 确定拉削余量4 2.2.3 齿升里的选择5 2.2.4 切削几何参数选择5 2.2.5 确定校准齿直径6 2.2.6 倒角齿参数计算6 2.2.7 确定齿距p及同时工作齿数7 2.2.8 容削槽的设计7 2.2.9 拉刀的分削槽形状8 2.2.10 花键齿截型设计8 2.2.11 粗算切削齿齿数9 2.2.12 计算切削齿部分长度10 2.2.13 拉刀尺寸设计10 2 . 3拉刀强度及拉床拉力校验13 2.3.1 拉削力13 2.3.2 拉刀强度校验13 拉床拉力校验13 2 . 4 确定拉刀的技术条件14 矩形花键铣刀15 1 设计的基本要求15 3 . 2设计步骤15 3.2.1 花键轴尺寸15 3.2.2 具体参数设计15 3.2.3 齿形高度和宽度16 3.2.4 铣刀的孔径和外径16 3.2.5 铣刀的齿数?17 3.2.6 铣刀的后角及铲削量-17 3.2.7 铣刀的容削槽和分削槽-18 3.2.8 校验18 3 . 3矩形花键铣刀的技术条件19 3.3.1 表面粗糙度（按GB1031 — 68 ） 19 3.3.2 尺寸公差19 3.3.3 形状位置公差19 3.3.4 齿形误差20 3.3.5 材料及热处理20 参考文献21 1说明 大学三年的学习即将结束，在我们即将进入大四，踏入社会之前，通过课程设 计来检查和考验我们在这几年中的所学，同时对我们自身来说，这次课程设计很 贴切地把一些实践性的东西引入我们的设计中和平时所学的理论知识相关联。 为我 们无论是在将来的工作或者是继续学习的过程中打下一个坚实的基础。 我的课程设计课题目是矩形花键拉刀与矩形花键铣刀的设计。在设计过程当 中，我通过查阅有关联的资料和运用所学的专业或有关知识，比如零件图设计、金属切 削原理、金属切削刀具、以及所学软件 AUTOCAD的运用，设计了零件的工艺、 编制了零件的加工程序等。我利用此次课程设计的机会对以往所有所学知识加以梳 理检验，同时又可以在设计当中查找自己所学的不足从而加以弥补， 使我对专业知 识得到进一步的了解和系统掌握。 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. 2 矩形花键拉刀 设计的基本要求 Oss& Oss& 被加工零件如图1.所示 工件材料为 45钢； 硬度 HBS180 ; 强度 db = 610Mpa ; 工件长度 L=30mm 。 2. 2 设计步骤 花键孔尺寸 夕卜径： D=46 00100 内径： d= 4200025 键宽： B = 80.036 键数： Z= 8 确定拉削余量 拉削余量A是拉刀各刀齿应切除金属层的厚度总和。应在保证去除前道工序 造成的加工误差和表面破坏层前提下，尽量使拉削余量减小，缩短拉刀长度。拉削 余量的计算公式如课本表15-1所列。 由于加工花键，孔型为花键孔，且外圆巾46H10，内圆巾42f7 此处假设加工工件的孔径do为巾41 倒角齿切削余量： Ad= dB-d0 = 44.944-41.000=3.944mm 圆孔拉削余量： Ay=d- d0 =42.025-41.000=1.025mm 花键拉削余量： Ah= d mmax -d B=46.100-44.944=1.156mm 齿升量的选择 齿升量af在拉削余量确定的情况下，齿升量越大，则切除全部余量所需的刀 齿数越少，拉刀的长度缩短，拉刀制造较容易，生产效率也可提高。但齿升量过大, 拉刀会因强度不够而拉断，而且拉削表面上的质量也不容易保证。 通过课本表15-4知，af=0.05?0.08。 取af=0.07。 224 切削几何参数选择 ⑴ 前角丫 拉刀前角丫 一般是根据加工材料的性能选取。材料的强度（硬度） 0 0 低时，前角选大一些。根据课本表 15-5，工件材料钢材、硬度HBS180，得前角 丫 =16 °78。、精切齿与校准齿倒棱前角丫 =5 °。 0 01 ⑵ 后角a。 拉削时切削厚度很小，根据切削原理中后角的选择原则，因取 较大后角。由于内拉重磨前刀面，如后角取的很大，刀齿直径就会减小的很快，拉 刀试用寿命会显著缩短。因此，内拉刀切削齿后角都选得较小，校准齿后角比切削 齿的更小。但当拉削弹性大的材料（如钛合金）时，为减小切削力，后角可取得稍 大一些。根据课本表15-6，花键拉刀粗切齿后角a =2 °30+1 °、刃带b =0.05? TOC \o 1-5 \h \z 0 a1 0.15，花键拉刀精切齿后角a =2 °+30、刃带b =0.1?0.2，花键拉刀校准齿后 0 a1 角 a =1 °+30、刃带 b =0.2 ?0.3。 0 a1 ⑶刃带宽度b 拉刀各刀齿均留有刃带，以便于制造拉刀时控制刀齿直径； a1 校准齿的刃带还能够保证沿前刀面重磨时刀齿直径不变。 ⑷小结 粗切齿：前角丫 =17 ° 后角a =2 °30+1 °刃带b =0.1 TOC \o 1-5 \h \z 0 0 a1 精切齿：前角丫 =17 ° 后角a =2 °30 刃带b =0.15 0 0 a1 校准齿：前角丫 =17 ° 后角a =1 °30 刃带b广0.25 0 0 a1 2.2.5 确定校准齿直径 花键齿和圆形齿的扩张量，查表可得为5 花键齿和圆形齿的扩张量，查表可得为 5 pm，倒角齿不设校准齿 根据公式：d°g = Dmax ±S 花键齿校准齿：dog 花=46.100-0.005=46.095mm 圆形齿校准齿： d0g 圆=42.025-0.005=42.020mm 226倒角齿参数计算 倒角刀齿用于切出键槽底所需倒角尺寸 f，也可用作为清除键槽齿毛刺之用。 已知键槽宽度B=8mm，圆孔拉刀的校准齿直径d°g圆=42.020mm ，倒角角 度0=30 °，倒角尺寸f=1mm B〔=B+2f=8+2=10mm TOC \o 1-5 \h \z , Bl 10 sin 巾1 =訂42=°.238 巾=si n-1 0.238=13.768 i tan巾 tan巾 B=2O??=?2?E? -2NE? 巾=90 0- 0-巾=46.232 ° X 1 d 丄 M= -COS 巾=14.527mm 2 x OE= ^^=29.054mm sin 0 =6.928mm 2tan 0 ????? NE=22.126mm tan 巾b=。181 cb =10.259 B . B dB= =44.944mm sin巾 B 最后一个倒角齿直径：d2= dB + 0.2 = 45.144mm 227 确定齿距p及同时工作齿数 齿距P为相邻两刀齿间的轴向距离。齿距 P的大小主要影响容屑槽的尺寸和 同时工作齿数的多少。确定齿距P时首先应满足容屑空间的需要，其次应使同时工 作齿数多于3个。拉刀切削齿距P 一般按下列经验公式求也：P=（ 1.75?2） Vl式 中L――拉削长度。过渡齿齿距等于 P,精切齿及校准齿齿距为（0.6?0.8 ） P。 粗切齿齿距 P= （1.75 ?2） V= （1.75 ?2） V30=9.585 ?10.954 取 P=10 则过渡齿齿距 P=10 精切齿及校准齿齿距 P=7 确定同时工作齿数z 1 z= +1=3+1 p 取z=4 2.2.8 容削槽的设计 ⑴容削槽的形状 拉刀属于封闭式切削，切下的切削全部容纳在容削槽中，因此，容削槽的形状 和尺寸应能较宽敞地容纳切削，并能使切削卷曲成较紧密的圆卷形。 为减少加工容削槽的成形车刀和样板的种类，应尽量将容削槽的形状和尺寸系 列化，标准化。目前常用的容削槽形状有直线齿背型，曲线齿背型和直线齿背双圆 弧型三种，直线齿背双圆弧槽型槽型容削空间大，制造较简便，目前生产的拉刀大 多采用这种槽型，适用于组合式及分块式的拉削和齿升量大的拉刀上， 故应选用直 线齿背双圆弧槽型。 ⑵确定容削系数K 容削系数K是拉刀容削槽纵向截面面积Ap与切削纵向截面面积Ad的比值 即 k= Ap Ad 取 K=3.2 ⑶容削槽的尺寸 粗切齿用深槽，h=4.5mm ，g=3，r=2.3，R=7 使满足式h 1.13 V Kal 1.13 V Ka=1.13 v3.2?0.07?30 = 2.93 因为 h=4.53.96 所以满足，校验合格 2.2.9 拉刀的分削槽形状 拉刀分削槽的作用在于将刀削分割成较小宽度的窄切削， 便于切削的卷曲、容 纳和清除。拉刀的分削槽，前后刀齿上应交错磨出。 常用分削槽的形状有圆弧形和角度形两种。圆弧形分削槽大多数都用在轮切式拉刀 的切削齿和组合式拉刀的粗切削齿和过度齿上，角度形分削槽用于同廓式拉刀的切 削齿和组合式拉刀的精切齿上。 故粗切齿时采用圆弧形分削槽，若精切齿时采用角度形分削槽。 取粗切齿（圆弧型分削槽）槽数nk=10 精切齿（角度型分削槽）槽数n k=14 2210 花键齿截型设计 花键齿键宽Bb按下式计算，精确到0.001mm ⑴刀齿键宽： b= Bmax ±S Bmax为工件键槽最大极限尺寸，S为拉削后键槽宽的扩张量或收缩量，应由 试验确定。扩张时取“-”号，收缩时取“ + ”，拉削钢材通常为0。 b=8.036-0.005=8.031mm ⑵副偏角： k‘ =1 °7 °30 r 在刀齿高度1.5mm时，刀齿侧刃上磨出副偏角。 ⑶刃带宽度： f=0.8mm ±0.2mm 在刀齿高度1.5mm时，刀齿侧面应磨出刃带，以保证重磨后刀齿宽度减少较 少及起修光作用。 ⑷过度刃： r=0.25mm ?0.3mm 也能做成45。倒棱，倒棱宽度可以取0.2mm?0.3mm 2.2.11 粗算切削齿齿数 由于切削工序为倒角一花键一圆孔， 所以先计算倒角切削齿齿数。根据确定的 拉削余量A，选定的齿升量f，按照下式估算齿数 A Z=2f+X 其中X为精切齿，过度齿和校准齿齿数，查表确定 加工孔精度 寸 Lnrr r H r H 来/r 粗切齿齿升里 过度齿齿数 木冃切齿齿数 校准齿齿数 IT7 ?IT8 0.06 ?0.15 3?5 4?7 5?7 0.15 ?0.3 5?7 0.3 6?8 IT9 ?IT10 ?0.2 2?3 2?5 4?5 0.2 3?5 估算齿数的目的是为了估算拉刀的长度， 如果拉刀的长度超过要求，要设计 成两把一套的套拉刀。 其中倒角齿不设校准齿，也不设精切齿。 ⑴倒角齿齿数： 3.944 zh = +4=28.171+4 h 2?0.07 取 Zh =32 ⑵花键齿齿数： 1.156 Zd = +4=8.26+4 d 2?0.07 取 Zd=12 ⑶圆孔齿齿数 1.025 zy = +4=7.32+5 y 2?o.o7 取 Zh=15 2.2.12 计算切削齿部分长度 ⑴倒角齿部分长度: ld=p xZd =10 X32=320mm ⑵花键齿部分长度 lh =p xzh =10 xi2=120mm ⑶外圆齿部分长度 lw =p xzw =10 xi5=150mm ⑷拉刀部分总长度 l5=lw + lh + ld =320+120+150=590mm 2.2.13 拉刀尺寸设计 ⑴拉刀柄部结构及形式及尺寸设计 拉刀柄部结构和尺寸都已标准化， 选用时可取略小于预制孔直径值， 并采用快 速装夹的形式。 拉刀基本结构及形式分为： I型----A，无周向定位面 I型----B，有周向定位面 II型----A，无周向定位面 II型----B，有周向定位面 I型用于柄部直径小于18mm的拉刀，11型用于柄部直径大于18mm的拉刀。 I型和II型又可分为无周向定位面和有周向定位面。当拉刀用于实现工作行程和返 回行程的自动循环时，需要有后柄结构，后柄放置在拉刀后导部的后边，后柄结构 形式有I型和II型-两种，I型为整体式，II型-为装配式，一般在后柄直径较大时采 故该拉刀选择II型----A，无周向定位面的圆柱形前柄形式，I型圆柱形后柄形 D1 =32mm 查表，可知D2=24.6mm,D1 =24.6mm , L1 =20mm ,L2=32mm 丄 查表，可知D2=24.6mm c=8mm l1 = L3=75mm ⑵颈部长度12 颈部直径可与柄部相同或略小于柄部直径， 颈部长度与拉床型号有关。拉刀颈 部长度12可由下式计算，即 12 $m+B+A- 13 式中m —拉床夹头与拉床床壁的间隙，m=10mm?20mm B—拉床床壁厚度 A—拉床花法兰盘 l3—过渡锥长度，通常取 10mm , 15mm , 20mm。 取 m=20mm , B=70mm , A=30mm , l3=20mm l2=100mm ⑶过渡锥设计 通常取成10、15、20 ,这里取l3=10mm。 ⑷前导部、后导部和支托部设计 前导部长度14是由过渡锥终端到第一个切削齿的距离，一般等于拉削孔的长度 1;若孔的长度和直径之比大于1.5时，可取14=0.751，但不小于40mm。前导部 的直径d4等于拉削前孔的最小直径dwmin ，公差按e查得。 14=50mm d4=42mm 后导部长度17= （0.5~0.7）1，但不小于20mm，后导部直径d?取拉削后孔的 最小直径dmmin，公差取f6。 d7=42mm 17=30mm 拉刀支托部长度18= （0.5?0.7） dm，但不小于20mm?25mm 。dm为拉削后 孔的公称直径。支托部直径也可以取为 d7= （0.5?0.7） dm，随拉床托架尺寸具体 而定。 dm =40mm l8=26mm ⑸拉刀总长度计算 拉刀总产度L是拉刀所有组成部分长度的总和，即 L= li + I2 + I3 + I4 + I5+ 16 + 17 + b =75+100+10+50+590+150+42+26=1043 mm 拉刀总长度受到拉床允许的最大行程、拉刀刚度、拉刀生产的基本工艺水平、热处理 设备等因素的限制，一般不超过下表中给出的规定数值。否则，需修改设计或改为 两把以上的成套拉刀。总长在 1000mm 以内的，偏差取土 0.2mm，在更长时取土 3mm。 拉刀直径 6?10 10 ?18 18 ?30 30 ?40 40 ?50 50 ?60 60 最大总长度 28d0 30d0 28d0 26d0 25d0 24d0 1500 精密圆孔拉刀一般不超过20d° 所以，符合总长度允许值。 3 拉刀强度及拉床拉力校验 拉削力 拉削时，虽然拉刀每个刀齿的切削厚度很薄，但由于同时参加工作的切削刃总 长度很长，因此拉削力依旧很大。 综合式圆孔拉刀的量大拉削力Fmax用下式计算，即 d Fmax =F‘ x-°zN=1016.8kg c 2 符合标准要求 拉刀强度校验 拉刀工作时，主要承受拉应力，可按下式校验，即 0= Fmax — 哥日°] Fmax= Amin 3155.7 346.3 =9.1MPa[ 符合标准要求 拉床拉力校验 拉到工作时的最大拉削力一定要小于拉床的实际拉力，即 Fmax wKm Fm Km 取 0.8 0.8 X200kN=160kN 符合标准要求 2. 4确定拉刀的技术条件 由ZBJ 41008-89《矩形花键拉刀技术条件》确定 拉刀材料及热处理： 拉刀用W6Mo5Cr4V2 高速工具钢制造的拉刀热处理硬度 刀齿和后导部 63?66HRC 前导部 60?66HRC 柄部 40?52HRC 允许进行表面强化处理 3 矩形花键铣刀 3.1 设计的基本要求 被加工零件如图2.所示 工件材料为 45钢； 硬度 HBS180 ; 强度 db =610 Mpa ; 工件长度 L=30mm 。 2 设计步骤 3.2.1 花键轴尺寸 外径： -0.320 D-46 -0.480 内径： d= -0.025 42-0.050 键宽： B = -0.040 -8-0.098 键数： Z = :8 322 具体参数设计 ⑴齿槽半角 花键铣刀铣削的是花键之间的部分， 所以，铣刀的齿顶轮廓为矩形花键两 键之间齿槽的廓形，齿槽的半角大小为 ?=180/Z=180/8=22.5 0 ⑵齿顶圆弧中心角 书=? - 2arcsin B?2D= 22.5° 2arcsin 4?42=22.5 ° 10.93 ° 11.57 ° ⑶齿顶宽 铣刀齿顶宽度等于键槽底部宽度。 Ba = D sin ? = 42 x sin11.57 ° = 8.423 ⑷铣刀齿顶圆弧半径 铣刀齿顶圆弧半径等于键槽底部圆弧半径。 Rf = 42?2 = 21 ⑸铣刀前角 选择铲齿成形铣刀，前刀面是平面，刃磨很方便，所以 齿形高度和宽度 ⑴齿廓高度 h = hw + (1~5)mm = 46 - 42?2 + (1~5) = 4 ⑵铣刀宽度 B = Ba + 2h xtan ? = 8.423 + 2 x 4 xtan22.5 = 11.737 取 B=12 铣刀的孔径和外径 ⑴铣刀孔径 铣削宽度 铣刀孔径 一般切削 重切削 v 6 13 13 6 ?12 16 22 12 ?25 22 27 25 ?40 27 32 40 ?60 32 40 60 ?100 40 50 根据切削宽度B=12查表，可得d=16mm ⑵铣刀外径 F表为铣刀直径的推荐值，是按铣刀直径公式计算，并为 5的整数倍 孔 径 d 铣刀齿形高度 4 6 8 10 12 15 18 20 22 25 28 30 32 35 13 45 55 70 - - - - - 45 50 55 70 16 50 55 70 90 - - - - 45 45 50 55 60 65 70 90 11 22 65 65 70 90 0 10 11 55 55 60 65 70 75 80 90 0 5 11 13 27 70 75 80 90 0 5 - - 10 11 12 13 65 65 70 75 80 85 90 95 0 5 5 5 10 11 13 16 32 85 90 95 0 0 5 0 10 10 11 11 12 13 14 16 75 75 80 85 90 95 0 5 0 5 5 5 5 0 10 11 11 11 12 13 16 40 5 0 0 5 5 5 0 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 16 90 95 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 0 注：表中上栏为平底型容削槽的铣刀外径，下栏为加强式容削槽的铣刀外径 已算得孔径16、齿形高度4，查表得，铣刀外径do = 50 铣刀的齿数 铲齿成形铣刀齿数: 查表Zk = 8 铣刀的后角及铲削量 ⑴铣刀后角 a = 12 ° f tan a = tan a sin 丫= tan 12 °sin22.5 ° = 0.081 o f 故ao = 5 °可满足规定的要求 ⑵铲削量 n d otan a K = f = 3.14 X50 X0.21 -8= 4.121 Zk 取K=5 3.2.7 铣刀的容削槽和分削槽 ⑴容屑槽形式 在铣削深度较小和刀齿强度足够的情况下， 应采用平底式；在铣削深度较 大时，宜采用加强式。故该容屑槽选择采用平底式。 ⑵容屑槽半径 [d°-2 (h+K )]2AZk般取r=1mm ? [d°-2 (h+K )] 2AZk =3.14 X [50 - 2 X(4+ 5)] - 12 -8 = 1.04 取r=1 ⑶容屑槽间角 9 = 25 ° ⑷容屑槽深度 H=h+K+r = 4+ 5+1=10 ⑸分屑槽尺寸 因为该铣刀宽度小于20，故切削刃上不需做分屑槽 328 校验 ⑴验刀齿强度 齿根宽度C 2H)? _ 3 2H)? _ 3 X3.14 X(50 - 亿= 2 X 11)?4 X8= 8.83 C?H = 8.83?10 = 0.88 0.8 所以刀齿强度满足规定的要求 ⑵检验刀体强度 d 0-2H-d m =——2 = 7 m (0.3~0.5)d 所以刀体满足规定的要求 3. 3矩形花键铣刀的技术条件 3.3.1 表面粗糙度(按 GB1031 — 68 ) 刀齿前刀面，内孔表面、端面及铲磨铣刀的齿背表面——不低于 7 铲齿铣刀的齿背面 不低于 6 其余部分――不低于4 332 尺寸公差 序号 名称 符号 公差 1 铣刀外径 do h16 2 铣刀宽度 B h12 3 铣刀孔径 d H7 4 铣刀键槽宽度 b （Dc7） 5 内孔至键底距离 t1 H14 333 形状位置公差 序号 项目 铣刀尺寸范围 公差 do100 0.03 1 切削刃的径向及端面跳动 do 100 0.04 do100 0.02 2 刀体端面跳动 do 100 0.03 H 10 0.04 10H 20 0.06 3 前面的径向性（只许凹入） 20H 30 0.09 H30 0.12 齿形误差 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 0.03 0.06 4 — 12 0.05 0.09 12 — 22 0.07 0.12 22 0.08 0.15 335 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 参考文献 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 乐兑谦主编?金属切削刀具?机械工业出版社， 2001.6 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 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 ⑸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 ⑹ 袁哲俊、刘华明主编?刀具设计手册?机械工业出版社， 1999
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