刀具课程设计--成形车刀及矩形花键拉刀设计.doc

中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 张远锋 学 号： 0702014135 学 院： 机械工程与自动化学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 题 目： 成形车刀及矩形花键拉刀设计 指导教师： 庞学慧 职称: 教授 指导教师： 武文革 职称: 教授 2010年5月31日 中北大学课程设计任务书 2009/2010 学年第 2 学期学 院： 机械工程与自动化学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 张远锋 学 号：0702014135 课程设计题目： 成形车刀及矩形花键拉刀设计 起 迄 日 期： 5月31日6月5日 课程设计地点： 工字楼 指 导 教 师： 庞学慧、武文革 系 主 任： 王 彪 下达任务书日期: 2010年5月31日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：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，锻炼和培养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方法； (2) 学会运用各种设计资料、手册和国家标难；(3) 学会绘制符合标准要求的刀具工作图，能标注出必要的技术条件。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：完成成形车刀、成形铣刀、拉刀其中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要问题以及设计计算的全部过程；设计说明书中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。具体设计要求见附页。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：1刀具图纸 2张（A1或A2，计算机绘制）2课程设计说明书 1份（打印，A4纸不少于20页）课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1刘华明主编金属切削刀具设计简明手册北京：机械工业出版社，1994.72乐兑谦主编金属切削刀具北京：国防工业出版社，1984.65设计成果形式及要求：1刀具工作图 2张（A1或A2，计算机绘制）2课程设计说明书 1份（计算机打印，A4纸不少于20页）6工作计划及进度：2010年5月31 日 消化资料、方案设计 6月1 日 结构草图设计及校验计算6月2 日 6月3日 工作图设计6月4日 编写说明书6月5日 答辩系主任审查意见： 签字： 年 月 日课题名 设计任务331. 成形车刀设计 被加工零件如图1.所示，工件材料为：灰铸铁HT200；硬度HBS170。2. 矩形花键拉刀设计被加工零件如图2.所示，工件材料为：45钢；硬度HBS175 ；强度b = 610Mpa；工件长度L=38mm。 图1 图2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，锻炼和培养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方法； (2) 学会运用各种设计资料、手册和国家标难；(3) 学会绘制符合标准要求的刀具工作图，能标注出必要的技术条件。二、设计内容和要求完成成形车刀、棱体成形车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要问题以及设计计算的全部过程；设计说明书中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。具体设计要求见附页。一、拉刀的设计（一）选定刀具类型和材料的依据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，必须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可以看出，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=BnZi，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应用高速钢制造。拉刀结构复杂，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，其应用范围用于各种刀具，特别是形状较复杂的刀具。根据表30，选择W6Mo5Cr4V2。（二）刀具结构参数、几何参数的选择和设计被加工成型的工件如下图（1）：设计步骤1、选择拉刀材料及热处理硬度 拉刀材料选用W6Mo5Cr4V2高速钢。热处理硬度见图技术条件。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、选择切削几何参数 粗切齿：前角=17 后角= 过渡齿：前角=17 后角= 校准齿：前角=17 后角= 4、确定校准齿直径 倒角齿不设校准齿 查表416，花键齿,圆形齿的扩张量为10um，则花键齿校准齿和圆形齿校准齿直径为5计算倒角齿参数 查表429知倒角的工艺角度为 。按表429 计算如下： 倒角齿如图（2）： 如图（2）6.计算拉削余量 按表41计算圆形拉削余量为1mm，预制孔径为25，实际拉削余量倒角余量 花键余量7选择齿升量 按表44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）8设计容屑槽1）齿距计算 按表47 取 取2）选择容屑槽 按表4-8采用曲线槽，粗切齿用深槽（图（3），h=4mm,精切齿用基本槽（图（4）。如图： 图（3） 图（4）3）校验容屑条件 查表4-9得容悄系数k=3.5。倒角齿齿升量大时，就校验之，应使满足式： 因式h=4.00,所以式满足，校验合格。4）校验同时工作齿数 据表4-7得知l/p=4,即，满足的校验条件9.花键齿截形设计 花键齿如图（5）： 图（5）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=0.010mm）;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=(6.030-0.001)mm=6.029mm=(6.029-0.010)mm=6.019mm拉刀键齿面应制出的修光刃f，其下应磨出侧隙角。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。如图（6）：图（6）11.选择拉刀前柄 按表417选择型A无周向定位面的圆柱形前柄，公称尺寸,卡爪底径,前柄如图（8）： 图（8）其余见工程图图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花键齿拉削力: 其中修正系数拉刀最小截面积在卡槽底颈处，则拉应力 （表4-25），拉刀强度校验合格。根据表4-23,表4-24,拉床拉力为400 X 0.8KN=320KN,比Fmax大,拉床载荷校验合格.选用L6140拉床,良好状态旧拉床.13.确定拉刀齿数及每齿直径1）倒角齿齿数 取242）花键齿齿数 初拟花键过渡齿与精切齿的齿升量为0.04，0.03，0.02，0.01，0.005mm，逐步递减，共切除余量。花键粗切齿齿数 取21齿，多切去了0.260.052mm=0.026mm的余量，应减去0.026mm的余量，因此，减去一个精切齿并将齿升量调整为0.04，0.03，0.015，0.007，后两个齿升量为精切齿，前两个为过渡齿。 3) 圆形齿齿数 初拟方案与花键齿相同,即拟切去余量,计算圆形粗切齿齿数为 取11齿,少切了mm的余量,需将最后一个精切齿切齿齿升量为0.0075mm.这样,圆形齿段具有粗切齿11个,过度齿3个,精切齿2个.4）校准部齿数 倒角齿不设校准齿。圆形齿和花键齿校准齿齿数查表4-14，得花键校准齿齿数 圆形校准齿齿数 各齿直径基本尺寸,见表（1）矩形花键拉刀齿序表齿号直径基本尺寸D(mm)直径尺寸公差(mm)齿号直径基本尺寸D(mm)直径尺寸公差(mm)125.130.0253729.020-0.015225.263829.12325.393929.22425.524029.32525.654129.42625.784229.52725.914329.62826174429.72926.404529.821026.534629.940-0.0151126.664730.041226.794830.071326.924930.0840-0.0181427.055030.0841527.185130.0841627.305230.0841727.415330.0841827.505425.100-0.0151927.575525.202027.665625.302127.725725.402227.735825.502327.755925.602427.726025.702527.820.0156125.802527.926225.900-0.012728.026325.982828.126426.0102928.226526.0250-0.0093028.326626.0253128.426726.0253228.526826.0253328.626926.0253428.723528.823628.92表（1）14.拉刀齿部长度 参照工程图。倒角齿段长度 花键齿段长度 圆形齿段长度 拉刀齿部长度 15.设计拉刀其他部分 按表4-17，4-19，4-23计算：前柄mm mm颈部 过渡锥前导部 前柄深入夹头长度前柄端部至第1刀齿的距离后导部 后柄 16.拉刀总长及其校验根据表4-26,允许拉刀总长为960mm,拉刀长度校验合格.17.绘制拉刀图拉刀图如图（9）所示： 图（9）二、成形车刀的设计 结构参数的选择及计算成形的工件如下图（10）所示: 图（10） 设计步骤1.选择刀具的材料 选用普通高速钢W18Cr4V。整体制造2.选择前角和后角 由表2-4，取前角。3.画出刀具廓型计算图，附打印B4纸上标出工件廓型上各组成点19，确定1所在水平线为基准线，计算出1-9各点处的计算半径（为了避免尺寸偏差值对计算精确性的影响，故采用计算尺寸计算半径、计算长度和计算角度来计算）取，a=3mm,b=2mm,c=8mm,d=1.5mm如图（11）所示： 图（11）=基本半径=6.6mmmm=12.475mmmm=10.29mmmmmmmm再以1点为基准点，计算长度mmmmmmmmmmmmmmmm4.计算切削刃总宽度Lc，并校验之值a=2mm,b=1.5mm,c=7mm,d=1.5mmL当大于许用值或Lcmm（为经验值），可采取下列措施：1、将工件廓型分段切削，改用两把或数把成形车刀；2、改用切向进给成形车刀；3、如已经确定径向进给，可在非切削部分增设辅助支撑滚轮托架，以增加工艺系统的刚度。如果将工件将廓型分段切削，改用两把或数把成形车刀则第一把刀切过一部分廓型，卸下刀具装第二把刀则很难将刀对准。现在确定了用径向进给，所以在非切削部分增设辅助支撑滚轮托架，如车床的尾部顶座。4、确定结构尺寸 根据表2-1 5、求廓型深度用计算法求出N-N剖面内刀具廓型上各点至点1所在后刀面的垂直距离Px.之后选择3-3段廓线为基准线（因为在本段工件的精度要求最高），计算出刀具廓形上各点到该基准线的垂直距离，即为所求刀具廓型深度。刀具廓型深度作图求法如图（12） 图（12）则各点和和基准点之间的距离为：6、确定公差根据表2-5可确定各点的公差 可以取的上下偏差都为0.04mm. 7、校验最小后角对于棱体成形车刀，最小后角出现在1点，也就是，由于，所以满足条件8.确定棱体成形车刀廓形宽度查表2-5，取廓形宽度的上下偏差为0.1；mmmmmmmmmmmmmmmmmmmm9、确定刀具的夹固方式采用燕尾槽斜块式10、 表面粗糙度1）前后刀面为Ra0.22）基准表面为Ra0.83）其余表面为Ra1.63.211、成行车刀尺寸公差1）两侧面对燕尾槽基