刀具课程设计说明书..doc

中北大学课程设计说明书前 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。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，并且查阅相关资料，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。矩形花键拉刀的设计1、前言拉刀是一种高生产率的刀具，可以用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，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。 2.2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W18Cr4V。3 刀具结构参数、几何参数的选择和设计设计步骤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42，43选择粗切齿：前角=17 后角= 过渡齿：前角=17 后角= 校准齿：前角=17 后角= 3.4、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429知倒角的工艺角度为查表知倒角的工艺角度为 f1 为中间值。按表429 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41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）3.8、设计容屑槽1）齿距计算： 2）选择容屑槽：粗切齿用深槽，h3mm，精切齿用基本槽 3）校验容屑条件：容屑系数k3，倒角齿升量最大时，应校验之，应使满足 因h3，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417选择型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4000.8KN=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： 初拟方案与花键齿相同，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125.140.025花键齿3929.04225.284029.14325.424129.24425.564229.34525.74329.44625.844429.54725.980.0154529.64826.124629.74926.264729.84花键齿1025.140.0154829.921125.244929.980-0.0151225.345029.9981325.445130.0180-0.0181425.545230.0181525.645330.0181625.745430.0181725.845530.0181825.945630.0181926.045725.10.0152026.145825.22126.245925.32226.346025.42326.446125.52426.546225.62526.646325.72626.746425.82726.84圆形齿6525.882826.946625.940-0.012927.046725.983027.1468260-0.0093127.246926.013227.347026.0163327.447126.0163427.547226.0163527.647326.0163627.747426.0163727.847526.0163827.94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、设计拉刀其他部分 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=62H7（62+0.025） 槽径：D=68H10（68+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b=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W18Cr4V2齿升量af查表4-4af=0.05mm3齿距pp校按表4-7p校=（0.6-0.8）p取p=8mm，p校=6mm4同时工作齿数ZeZe=（l/p）Ze=45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-由表4-16查得=0.0050.001D圆校=62.05mm7圆孔拉削余量A圆A圆=D圆校-DominA圆=62.05-60.1 =1.05mm8圆形切削齿齿数Z圆Zy=（Ay-A）/2afy+6取Z圆=8+614齿9圆形齿部分长度l圆切l圆切=pZ圆l圆切=88+63=82mm10圆形校准齿齿数Z圆校查表4-14Z圆校=711圆形校准部分长度l圆校l圆校=p校Z圆校l圆校=76=42mm12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-查表4-16，=0.0050.001D花校=68.120-0.005 =68.115mm14花键拉削余量A花A花=D花校-D花1A花=68.115-62.1 =6.015mm15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=7816花键切削部分长度l花切l花切=pZ花切l花切=878=624mm17花键校准齿齿数Z花校由表4-14取Z花校=418花键校准部分长度l花校l花校=p校Z花校l花校=64=24mm19花键齿部分总长l花l花=l花切+l花校l花=624+24=648mm20花键齿廓形尺寸bb=Bmax-公差取-0.015f=0.8-1 表4-40b=9.031 f=0.80.2mmKr=1o30其他部分计算21容屑沟尺寸hrg由表4-8选取h=3r=1.5 R=5g=322校准齿容屑沟尺寸h校r校g校由表4-8选取h校=2r校=1 R=4g校=223分屑槽花键齿按表4-13尺寸交错开分屑槽24前导部尺寸D4L4D4=Dwmin，偏差按f7L4=lD4=61.975mmL4=40mm25后导部尺寸D7L7d7=dmymin 偏差f7L7=（0.5-0.7）lD7=62f7mmL7=20mm26切削角度和刃带宽o0ba查表4-2查表4-3查表4-3各个刀具o=15o切削齿o=2o30校准齿o=1o15切削齿ba=0.05-0.15mm校准齿ba=0.2mm27过渡锥长度l3l3=15mm取l3=15mm28柄部尺寸D1DL1lc查表4-17d1=61mmd1=60.5mml=125mml=110mmc=5mm29由柄部前端到第一个切削齿的距离L1L1l1+l2+l3+l3L1=105+20+100+50+40 =33530拉刀总长LL=L1+l倒+l圆+l花+l4L=1131mm3.3.3对技术条件的说明 键宽偏差：根据工件键宽的精度确定，可再-0.01-0.02之间 花键齿圆周相邻齿距误差，应小于拉刀键宽偏差，但不得大于0.02mm 花键齿圆周不等分累积误差 花键齿的底径偏差按d11或只准负偏差 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；倒角齿对拉刀轴线不对称度不大于0.05mm3.3.4键槽拉刀的尺寸偏差切齿齿高偏差（mm）精切齿及校准齿齿高偏差取0.015mm刀体侧面和底面不直度偏差：键宽为312mm时为0.06/100键宽偏差取为工件槽宽公差的1/3，但不大于0.02mm，符号取（）键齿对刀体中心线的不对称度在拉刀键宽公差范围内键齿对刀体中心不对称的在键宽公差以内3.3.5拉刀其他部分长度偏差拉刀总长偏差：当L1000mm时取2mm。切削部分长度偏差取2mm。校准部分长度偏差取1mm。柄部长度取偏差取1mm。前导部，后导部长度偏差取1mm。容屑槽深偏差：当h4mm时，取0.3mm。3.3.6 拉刀主要技术条件1 拉刀各部分的表面粗糙度：刀齿前面Ra0.8m 后导部表面Ra0.8m刀齿后面Ra0.8m 柄部表面Ra1.6m刃带表面Ra0.4m 颈部表面Ra6.4m前导部表面Ra0.8m 过渡锥表面Ra1.6m2 拉刀外径在全长上的径向跳动不超过0.06mm矩形花键铣刀设计1、前言铣刀是一种应用很广泛的多齿多刃回转刀具。铣削加工时，铣刀饶起轴线转动，而工件做进给运动。铣削加工与刨削加工相比较，铣削时同时参加工作的切削刃总长度较长，且无空行程，而使用的的切削也叫高，故加工生产效率也一般较高，表面的粗糙度也较小。铣刀的种类很多 /i?ct=503316480&z=0&tn=baiduimagedetail&word=%BB%A8%BC%FC%CF%B3%B5%B6&in=3&cl=2&cm=1&sc=0&lm=-1&pn=2&rn=1矩形花键通常采用铣切或滚切成形，再经磨花键达到设计图纸要求。铣切加工一般采用专门设计的T形槽铣刀，这种铣刀适合大批量专业化生产，但对中、小批量非专业化生产不太适合。为解决这个问题，我们试用三面刃铣刀及片铣刀，获得了满意的结果。2、设计步骤2.1齿形的设计计算1.前角为零时，工件法剖面截形就是铣刀的齿形。2.前角大于零时 铣刀有了前角以后，其刀齿在径向截面的齿形和前刀面上的齿形，就与工件法剖面的截形不同了。设f为铣刀外圆处的纵向前角，当f较大时，铣刀径向截面和前刀面上的齿形需进行修正计算。 下图所示的是工件齿形和铣刀齿形的关系，其中（b）为给定的工件齿形；（c）为铣刀径向截面应具有的齿形，即铲刀应具有的齿形；（d)为铣刀前刀面的齿形，即样板应具有的齿形。图82.2.铣刀齿形高度h 设被切工件成形部分高度为hw，则成形铣刀齿形高度应为： hhw（12）mm2.3.铣刀宽度B 设被切工件阔形宽度为Bw，则铣刀宽度B可取为稍大于B。2.4.容屑槽底形式 铲齿成形铣刀容屑槽底形式通常有两种，即平地形式和中间有凸起或槽底倾斜的加强形式。在铲削深度较小和刀齿强度足够的情况下，应采用平底形式。在铣削深度较大时，宜采用加强形式。2.5铣刀的孔径d 铣刀的孔径d应根据铣削宽度和工作条件选取，可以按刚度，强度条件计算，也可根据生产经验选取。2.6.铣刀的外径do 对于平底形式的容屑槽，铣刀外径可按下面公式计算：dod+2m2H式中：d铣刀孔径 m壁厚，一般取（0.30.5）d H全齿高 由于全齿高的计算又需依据外径do，因此，用上式直接计算铣刀外径是困难的，我国一些工厂采用下式估算铣刀外径： do（22.2）d2.2h（26）根据上面公式的计算结果再取外径的推荐值。2.7.铣刀的圆周齿数Zk 铲齿成形铣刀的圆周齿数Zk可按下式计算 Zkdo/S式中S为铣刀的圆周齿距，粗加工时，可取S（1.82.4）H精加工时，可取S=(1.3-1.8)H，式中H为容屑槽的高度。 但是在设计成形铣刀时，直接按公式计算圆周齿数是困难的，因为式中H尚未确定，而确定它时，又要反过来依据铣刀的圆周齿数。因而在设计时，可根据生产经验按铣刀外圆直径的大小预先选定圆周齿数，在设计计算出铣刀的其他结构参数后再反过来校验圆周齿数设计得是否合适。2.8.铣刀的后角及铲削量K 设铲齿成形铣刀的顶刃径向后角为f，一般取f10o15o。相应的铲削量可按下式计算：Ktgfdo/Zk，式中do为铣刀外径，Zk为圆周齿数。求出铲削量后，应按附录表40所列的铲床凸轮的升距选取相近的K值。 初步选定径向后角和计算出铲削量以后，需验算刀齿侧刃上一点x的主剖面后角ox，验算应选x最小处的x点，验算公式可按下面公式： tgoxtgfsinx 应使ox不小于23o。实际计算表明，当x15时，常满足这宜要求，可采用增大顶刃后角，斜置工件，斜铲齿等方法增大侧刃后角。 对于精度要求高的成形铣刀，其齿背除铲齿外尚需进行铲磨。为使铲磨时又砂轮空刀，齿背后部应做出深铲部分。选择II型深铲形式，经计算选K3，K2=.容屑槽尺寸（1）容屑槽底半径r 可按下式计算：rdo-2(h+K)/2AZh式中A为系数，当铲齿凸轮空程角60时，A6，当90时，A4。对于需要铲磨齿背的成形铣刀，通常取90o计算出的r应圆整刀0.5mm。（2）容屑槽间角：一般取20o35o（3）容屑槽深度H：HhK+K2+r2.10.分屑槽尺寸 当铣刀宽度B20时，切削刃上不需要作分屑槽。2.11.刀齿、刀体强度和砂轮干涉的校验由以上所述可以看出，在确定铲齿成形铣刀的外径do，齿数Zk，铲削量K，容屑槽深度H.等参数时，常常互相牵涉，难以直接确定某一参数。因此，需采取试算的方法，首先假设几个参数的数据，再根据他们确定其他一些参数。这样选定成形铣刀的各参数后，还需进行校验，检验铣刀结构是否紧凑，合理，刀体，刀齿强度是否足够。3、矩形花键铣刀的技术条件3.1. 光洁度（按GB103168）（1）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（2）铲齿铣刀的齿背面不低于6（3）其余部分不低于42. 尺寸公差：表4序号名称符号公差1铣刀外径doh162铣刀宽度Bh123铣刀孔径dH74铣刀键槽宽度b（Dc7）5内孔至键底距离t1H143.3. 形状位置公差表5序号项目铣刀尺寸范围公差1切削刃的径向及端面跳动do100do1000.030.042刀体端面跳动do100do1000.020.033前面的径向性（只许凹入）H1010H2020300.040.060.090.123.4. 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44121222220.030.050.070.080.060.09