中北大学课程设计说明书 PAGE PAGE 17 圆孔拉刀,矩形花键铣刀的设计说明书 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 一.绪论3 1.1刀具的发展 3 1.2本课题的研究目的 3 二.圆孔拉刀的设计3 1． 刀具结构参数及各部分功用 5 2. 设计步骤5 3．设计要求5 4．确定拉削方式5 5．选择刀齿几何参数5 6．确定校准齿直径6 7．确定拉削余量6 8．选取齿升量6 9．设计容屑槽6 10.确定分屑槽参数8 11.选择拉刀前柄8 12校验拉刀强度与拉床载荷 8 13确定拉刀齿数和每齿直径尺寸 9 14设计拉刀其它部分 10 15．计算和校验拉刀总长11 16．制定拉刀技术条件12 17．绘制拉刀工作图12 三．矩形花键铣刀的设计12 3.1原始数据13 3.2设计步骤13 3.21齿槽半角13 3.22齿顶圆弧中心半角13 3.23齿顶宽13 3.24初算齿廓高度13 3.25铣刀宽度13 3.26按铣刀宽度最后确定齿廓高度13 3.27铣刀齿顶圆弧半径14 3.28齿顶圆角半径14 3.29铣刀前角14 3.30容屑槽形式14 3.31铣刀孔径14 3.32铣刀外径14 3.33铣刀圆周齿数14 3.34铣刀的后角15 3.35铲削量15 3.38容屑槽间角15 3.40键槽尺寸15 3.41空刀导角尺寸15 3.42技术条件15 总结16 参考文献17 一 绪论 1.1刀具的发展 跟着社会的发展,时代的进步,刀具在生产中的用途越来越广.刀具的发展在某些特定的程度上决定着生产率,中国加入WTO后,各行各业面临的竞争越来越激烈,一个企业要存在竞争力,其生产工具一定要有一定的先进性.中国在机械方面的发展空间相当大,而要生产不一样种类的零件,不管其大小与复杂程度,不能离开刀具。 ?? 目前，在金属切削技术领域中，我国和先进的工业国家之间还存在着不小的差距，但这种差距正在缩小。随着工厂、企业技术改造的深入开展，各行各业对先进刀具的需要量将会有大幅度的增长，这将有力地促进金属切削刀具的发展。 1.2本课题研究的目的 课程设计作为工科院校大学生的必修环节，不仅是巩固学生大学所学知识的重要环节，而且也是在检验大学生综合应用知识的能力、自学能力、独立操作能力和培养创造新兴事物的能力，是大学生参加工作前的一次实践性锻炼。 通过本课题设计能够达到以下目的： 1. 综合运用学过的专业理论知识，能独立分析和拟订某个刀具合理的工艺路线，具备设计中等复杂刀具零件的能力。 2. 能根据被加工零件的技术方面的要求，运用刀具设计的基础原理和方法，掌握一些专用刀具设计方法，完成刀具结构设计，提高刀具设计能力。 3. 熟悉和学会使用各种手册，能善于使用网络搜寻一些设计的有关的资料，掌握一定的工艺制订的方法和技巧。 4. 进一步提升计算机操作的基本技能﹑CAD及Pro/engineer软件应用能力(造型设计与自动编程)﹑仿真模拟软件的应用。 二.圆孔拉刀的设计 1.刀具结构参数及各部分功用 = 1 \* GB3 ①拉刀的结构及功用(见图（一）、表（一） 图（一）拉刀结构 表（一） 代号 名 称 功 用 1 柄部 夹持拉刀，传递动力 2 颈部 连接柄部和后面各部，其直径与柄部相同或略小，拉刀材料及规格等标记一般打在颈部。 3 过度锥 颈部到前导部的过渡部分，使拉刀容易进入工件孔中。 4 前导部 起引导拉刀切削部进入工件的作用， 5 切削部 担负切削工作，包括粗切齿、过渡齿及精切齿。 6 校准部 起刮光、校准作用，提高工件表面光洁度及精度，并作为切削部的后备部。 7 后导部 保持拉刀与工件的最后相对位置，防止在拉刀即将离开工件时因工件下垂而损坏工件已加工表面及刀齿。 = 2 \* GB3 ②拉削方式：采用分层拉削方式中的同廓式拉削方式。 = 3 \* GB3 ③拉削余量：对于花键孔A=De-Do = 4 \* GB3 ④拉刀刀齿结构及功用（见表（二）） 表（二） 名称 功用 前刀面 切削流出的表面 后刀面 最终形成已加工表面的面 副后刀面 刀齿上和已加工表面相对的表面、分屑槽两侧面 刃带 也称第一后刀面，是主切削刃和后刀面之间的后角为零的窄面，它有稳定的拉削过程，防止拉刀摆尾的作用 主切削刃 是前后刀面的交线 副切削刃 是前刀面和副后刀面的交线，分屑槽中也有两条副切削刃 过渡刃 可以是直线或圆弧，它有助于减缓刀尖的磨损 刀尖 主副切削刃的相交点 容屑槽 其形状必须有利于切屑卷曲，并能宽敞地容纳切屑 分屑槽 减小切削宽度，降低切削卷曲阻力，便于切削容纳在容屑槽内，从而改善拉削状况 棱 刀齿后刀面与齿背的交线 齿背 容屑槽中靠近后刀面的部分 2．设计的基本要求 设计要求：根据相关要求完成一把成型拉刀，还可以用该刀具加工出图示的工件。 3．选取拉刀材料及硬度 工件材料为：一般黄铜；硬度HBS55 ；强度σb =300Mpa。 参考附录表5，选W18Cr4V高速钢整体制造拉刀。 4．确定拉削方式 综合式拉刀较短，适用拉削碳钢和低合金钢，拉削精度和表面上的质量并不低于其它拉削方式，且拉削耐用度较高。因此，本例选择综合式拉削。 5．选择刀齿几何参数 按《金属切削刀具设计简明手册》表4-2、4-3查选：硬度为HBS55，一般黄铜。 所以最终选择 前角：=10， 精切齿与校准齿倒棱角为－10。 后角：粗切齿： ; 精切齿： ; 校准齿： 6．确定校准齿直径 以脚标o、w、m、c、f、j和x依次表示拉刀、预制孔、拉削孔、粗切齿、过渡齿、精切齿和校准齿。 do=dmmax+δ=42.035mm 式中：—拉削变形（收缩量），按表4—15，4—16选，=0.01mm 7．确定拉削余量 按《金属切削刀具设计简明手册》表4-1选公式计算： 计算余量为：Ａ′=0.005dm＋（0.1～0.2） =(0.005?42.025+0.15×)mm=1.25mm 取预制孔加工方式为标准麻花钻加工，按国标GB6137-85《锥柄长麻花钻》第1系列取Ф41.5mm的钻头。 实际拉削余量为：Ａ＝dox-dwmin=(42.035－41.0)mm=1.035mm 8．选取齿升量 由材料为一般黄铜，强度强度σb =300Mpa，且为综合式圆拉刀。按《金属切削刀具设计简明手册》表 4-4选，取粗齿升量为：ａf=0.06mm。为获得较好的加工表面上的质量和良好的加工性能，取较小齿升量为 mm 9．设计容屑槽（图（二）） α α NO.18 NO.1 图（二）、拉刀齿形及分屑槽参数 9.1 计算齿距： 按《金属切削刀具设计简明手册》表4-7选公式计算， 粗切齿与过渡齿的齿距为： P＝（1.2～1.5）=（1.2～1.5）=8.3～10.4mm 取P=9mm. 当P≤10mm时 精切齿和校准齿齿距为： Pj=Px=（0.6～0.8）P=7mm 9.2 选取拉刀容屑槽： 查《金属切削刀具设计简明手册》表4-8，综合式拉刀或拉削塑性材料时，宜采用曲线齿背型容屑槽。故： 粗切齿、过渡齿取深槽，h=4mm; 精切齿、校准齿取基本槽,h=3.5mm； 9.3 校验容屑条件： 查《金属切削刀具设计简明手册》表4-10， 得容屑系数K=2 h′=1.13=1.13?mm=3.5m 显然，，容屑条件校验合格。 9.4 校验工作齿数： 照《金属切削刀具设计简明手册》表4-7计算 （l/p）=48/9=5, zemin=5,zemax=5+１。 满足5≤ze≤7的校验条件，校验合格。 10.确定分屑槽参数 拉刀粗切齿与过渡齿采用弧形分屑槽，精切齿采用三角形分屑槽； 按《金属切削刀具设计简明手册》表4-11，4-12设计计算， 弧形分屑槽为： 当：domin=41.0mm， 槽数：nk=10， 槽宽：a =domin sin90o/nk-（0.3～0.7）mm =41.5?sin90o/10-（0.3～0.7）mm=6mm 切削宽度：aw=2dominsin90o/nk-a=（2×41.0×sin90o/10-6）mm=6.83mm 三角形分屑槽为： d。=42mm 槽数：N=（1/7～1/6）πd。=21mm 槽宽：b=1～1.2mm 槽深：h′=0.5mm 槽角：w≥90 前后刀齿的分屑槽应在圆周方向错开半个槽距，交错排列。 11.选择拉刀前柄 按《金属切削刀具设计简明手册》表4-17，选用 = 2 \* ROMAN II型—A无周向定位面的圆柱形前柄，取d1=40mm,卡爪处底径d2=30mm，该拉刀无需设后柄。 12．校验拉刀强度与拉床载荷 查《金属切削刀具设计简明手册》表4-25，得： =0.35GPa。 按《金属切削刀具设计简明手册》表4-20，4-21，4-22计算最大拉削力。 根据综合式拉削的特点， 切削厚度 ； （为拉刀直径）； Fmax==242×42π/2×6×1.06×1.15×0.9×1×1×10-3KN=105.1KN 拉刀最小断面为前柄卡爪底部，其面积为： Ａrmin=πd22/4=π?302/4mm2=706.9mm 危险断面部位的拉应力为： б=Fmax/Armin=105.1/706.9GPa=0.149GPa 高速钢圆拉刀许用应力=0.35GPa，显然，拉刀强度校验合格。 按《金属切削刀具设计简明手册》表4-23，4-24，选用工作状态良好的L6110型旧拉床，可算出拉床允许拉应力： Frk=200?0.8KN=160KN 显然，拉床载荷校验合格。 13．确定拉刀齿数和每齿直径尺寸 取过渡齿与精切齿齿升量递减为,,,,,,,所以取为：0.04，0.03，0.025，0.02，0.015，0.01，0.005；共切除余量： Ag+Aj=2（0.04+0.03+0.025+0.020+0.015+0.01+0.005）mm=0.29mm 其中前2齿齿升量大于，可属于过渡齿，后5齿齿升量较小，属精切齿。 粗切齿齿数按下式计算后取整为： Ze=[A-(Ag+Af)]/2af+1=(1.035-0.29)/2?0.05+1=8 粗切齿、过渡齿、精切齿共切除余量： [（8-1）×2×0.05+0.29]mm=0.99mm 剩下（1.035-0.99）mm=0.045mm，需增设一个精切齿到要求的尺寸； 按《金属切削刀具设计简明手册》表4-14，取校准齿7个，其直径尺寸前面已经确定了。 这样，拉刀总齿数为： zo+zg+zj+zx=8+1+7+7=23 表（三）中列出各齿直径尺寸及其公差 表（三）、各齿直径尺寸及其公差 齿号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 基本尺寸D(mm) 41.00 41．10 41.20 41.30 41.40 41.50 41.60 41.70 41.745 41.82 直径尺寸公差（mm） 齿号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 基本尺寸D(mm) 41.90 41.95 42.00 42.01 42.02 42.03 42.035 42.035 42.035 42.035 直径尺寸公差（mm） 齿号 21 22 23 基本尺寸D(mm) 42.035 42.035 42.035 直径尺寸公差（mm） 14．设计拉刀其它部分 按《金属切削刀具设计简明手册》表4-19， 前柄：l１=110mm d１=40f8mm 颈部：l２=m+Bo+A-l3≈110mm d2=d1-0.5mm=39.5mm 过渡锥：l3=15mm 前导部：l4=48mm d4=dwmin=41f7mm 后导部：l7=28mm d7=dmmin=42f7mm 拉刀前柄端面至第1刀齿的距离： L1′=l1′+m+Bs′+A+l4=(105+20+75+35+48)mm=283mm 图（三）、前柄、颈部、过渡锥、前导部 图（四）、后导部 15．计算和校验拉刀总长 粗切齿与过渡齿长：l5=9×(8+3)=99mm 精切齿与校准齿长：lo=7×(5+7)=84mm 拉刀总长： L=L′+l5+l6+l7=494mm 按《金属切削刀具设计简明手册》表4-26允许拉刀总长为25do=25×42mm=1050mm，显然拉刀短得多，所以长度核验合格。 16．制定拉刀技术条件 制定拉刀技术条件; = 1 \* GB3 ①、热处理： 刀齿和后导部 63～66 HRC 前导部 60～66 HRC 柄部 45～58 HRC 允许进行表面热处理。 = 2 \* GB3 ②、拉刀几何角度的极限偏差： 前角： 切削齿后角： 校准齿后角： 17．绘制拉刀工作图 根据以上得到的结果，按照数据来进行刀具图的绘制，绘制图一张。依据相关的要求制定粗糙度等等的标注。（详细说明见图纸） 三.矩形花键铣刀的设 3.1.原始条件 欲加工矩形花键轴,其尺寸为:外径=?34a11=?34 mm ,内径=?28f7=?28 mm , 键数Z=6 ,键宽b=7d10=?7 mm ,假设键底圆半径r=1 , 工件材料为:一般黄铜 硬度:HBS55 强度=300MPa 3.2.设计步骤 3.21齿槽半角 =/Z=/6= 3.22齿顶圆弧中心半角 ==-=17.6 3.23齿顶宽 ==27.959sin17.6=8.45mm 3.24初算齿廓高度 h=(-)/2+(12)=(34-27.959cos17.6)/2+(12)=4.75.7 取h=5mm 3.25铣刀宽度 B=+2h=8.45+25=14.22 取B=15mm 3.26按铣刀宽度最后确定齿廓高度 h==(15-8.45)/2tan30=5.7mm 3.27铣刀齿顶圆弧半径 ==27.959/2=13.98 3.28齿顶圆角半径 ==1 3.29铣刀前角 精加工时:=0 粗加工时:= 故取=0 3.30容屑槽形式 矩形花键铣刀容屑槽底形式通常有两种,即平底式和中间有凸起或槽底倾斜的加强形式,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,宜采用加强形式,其槽底形状都是根据工件廓形确定的。 故该容屑槽选择采用平底式。 3.31铣刀孔径 铣刀的孔径d应根据铣削宽度和工作条件选取,也可以按刚度,强度条件计算,还可根据生产经验选取。 因此,该铣刀根据其切削宽度B=15查表3－4选取,可得d=27mm. 3.32铣刀外径 对于平底形式的容屑槽,铣刀外径可按如下公式估算: =(2～2.2)d+2.2h+(2～6)=73mm 3.33铣刀圆周齿数 在设计时,一般可根据生产经验按铣刀外圆直径的大小来预选定圆周齿数,且一般尽量采用偶数。 因此,查表可知 =10. 3.34铣刀的后角 设矩形花键铣刀的顶刃径向后角为,取=. 验算侧刃后角公式为: 故 能够完全满足要求 3.35铲削量 K=(73π/10)tg10=4 3.36容屑槽圆角半径 = 2.1 取r=3 式中:A为系数,当铲齿凸轮空程角=时A=6; 当=时 A=4 而对于需铲磨齿背的成形铣刀,通常取=. 3.37容屑槽深度 对于有平底容屑槽,齿背需铲磨的成形车刀 H=h+(K+K)/2+r=13.7 3.38容屑槽间角 一般取＝20o35o ,这里取=30o 3.39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. 3.40空刀导角尺寸 查表知 C=1.5 3.41技术条件 见铣刀工作图 3.42绘制工作图 总 结 课程设计作为工科院校大学生的必修环节，不仅是巩固大学生大学所学知识的重要环节，而且也是在检验毕业生综合应用知识的能力、自学能力、独立操作能力和培养创造新兴事物的能力，是大学生参加工作前的一次实践性锻炼。 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的所学的知识，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。 通过这一学期的学习和对有关联的资料的查阅，我运用所学的专业相关知识和从与专业相关联的课程为出发点，设计了刀具零件的工艺、编制了刀具零件的加工程序，并复习了所学软件AUTOCAD、PRO/E的运用，同时学习了其他一些相关软件的应用。在设计思想中尽可能体现了我所学的、掌握和了解的知识。 其次我从这次课程设计中获益匪浅，在以后的工作中，肯定会遇到许多困难，但回想起这设计经历的时候，我就萌发出那种和困难做斗争的勇气。 当然由于设计经验的不足，在设计过程中难免有不足和缺点，但是我绝得得到教训也算是一种收获吧。 参 考 文 献 1．庞学慧，武文革主编 互换性与测量技术 2009年 电子工业出版社 2．武文革，辛志杰主编 金属切削原理与刀具 2009年 国防工业出版社 3. 机械工程手册(金属切削刀具) 1980年 机械工业出版社 4.金属切削刀具设计 1962年 机械工业出版社 5.铣刀,拉刀生产图册 1977年 技术标准出版社 6.金属切削手册 上海市科学技术交流站 1974年 上海人民出版社 7.乐兑谦主编 金属切削刀具 北京 1993年 机械工业出版社 8.刘华明主编 金属切削刀具课程设计指导资料 1986年 机械工业出版社 9.刀具课程设计指导 1985年 机械工业出版社 10.许先绪主编 非标准刀具设计手册 1985年 机械工业出版社 11. 徐嘉元主编 机械加工工艺基础 1990年 机械工业出版社
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