成形车刀及矩形花键拉刀设计

1、中北大学课程设计说明书前言1.1 刀具的发展   切削加工是现代制造业应用最广泛的加工技术之一。据统计，国外切削加工在整个制造加工中所占比例约为8085，而在国内这一比例则高达90。      刀具是切削加工中不可缺少的重要工具，无论是普通机床，还是先进的数控机床(NC)、加工中心(MC)和柔性制造系统(FMC)，都必须依靠刀具才能完成切削加工。刀具的发展对提高生产率和加工质量具有直接影响。材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素，其中刀具材料的性能起着关键性作用。国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中

2、指出：“由于刀具材料的改进，允许的切削速度每隔l0年几乎提高一倍”。刀具材料已从20世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐热温度已由500600提高到1200以上，允许切削速度已超过1000mmin，使切削加工生产率在不到100年时间内提高了100多倍。因此可以说，刀具材料的发展历程实际上反映了切削加工技术的发展史。  1.2 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

3、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。圆体成形车刀设计2.1 引言 成形车刀是一种加工回转体成形表面的专用工具，它以其加工精度稳定、生产率高、刀具使用寿命长和刃磨简便等特点广泛应用于普通车床、六角车床、自动及半自动车床以及生产自动线上。但由于成形车刀前角和后角的原因，刀具截形与工件廓形不同，这给成形车刀的设计和制造带来很大的困难，使得成形车刀的设计周期长，制造成本高。成形车刀的传统设计方法有作图法和计算法，这

4、些传统方法工作量大、计算复杂而且存在较大的廓形误差，这些都制约着成形车刀的广泛使用。2.2设计要求设计要求：按照要求完成一把成型车刀，并且能够用该刀具加工出图示的工件。2.3 选取刀具材料 工件材料为：硬铝；硬度HBS100 ；强度b = 420MPa。 选取刀具材料：V2.4选择前角及后角由表（2-4）金属切削刀具设计简明手册得：=27°，f =13°。2.5 刀具廓形及附加刀刃计算 根据设计要求取 =20°。a=3mm，b=1.5mm，c=5mm，d=0.5mm 如图（2）所示：以00线（过910段切削刃）为基准，计算出112各点处的计算半径r。（注：为了避免

5、尺寸偏差值对计算准确性的影响，故常采用计算尺寸-计算长度和计算角度来计算） 图（ 2 ） =基本半径=9mm; ;； ； 以上各个半径就是标注点的相对00线的半径长度，半径是进行刀具切削的各个点的设计绘制的。 再以1，2点为基准点，计算长度 ： ； 2.6 计算切削刃的总长度 ； 由于刀具的一部分是辅助用的加工部分，则可以对刀具的外部半径进行圆整，最后考虑到加工刀具的精度问题取 为58mm.2.7 确定结构尺寸 为了达到加工结构的优化和合理的加工工艺，应使：（见表23）由表（23）查得金属切削刀具设计简明手册 ：C1312车床（刀具结构为C型） ；d=12mm; 选用毛坯直径为28mm,则；

6、代入上试，可得； 最终取m=8mm.2.8用计算法求原体成形车刀廓形上的各个点所在圆半径 2.8.1计算廓形上的各个点所在圆半径 计算过程如表（11）金属切削刀具设计简明手册所示： 表（11）廓形组成点精度为0.019，10作0点7.9424.272-25=-0.7280.01 1，2923.610.5418.6340.7824.6003，49.97521.181.6017.5742.4523.811.9560.015，77.78826.570.318.8740.4224.783.650.02612.67516.525.0814.0948.7621.370.7450.04 8 8.2925.7

7、70.3918.7840.5524.72-0.260.04 11，129.92821.292.1816.9943.4123.380.430.02 备注： 以上各个值的计算公式为：， ； ； ； 标注廓形径向尺寸时，应该选公差要求最严的112段廓形为尺寸标准基准，其它各点用廓形深度见表（11）。2.8.2 根据表（11）可确定各个点廓形深度的公差 1 ） 的为：0； 2） 的为：0.01； 3） 的为：0.02； 4） 的为：0.04；5）的为：0.1；6），的为：0.04；2.9 最小后角的校验 由于711段切削刃与进给方向的夹角最小，所以这段切削刃上后角最小。 则有： 所以后角校验合格。2.

8、10 车刀廓形宽度即为相应工件廓形的计算长度 其数值及公差按表（25）确定各个值分别为：； ； ； ；2.11 绘制刀具的加工工作图和样板工作图根据以上得到的结果，按照数据进行刀具图的绘制，绘制图一张。根据相关的要求制定粗糙度等等的标注。（详细说明见图纸） 矩形花键拉刀的设计3.1 选定刀具类型和材料的选定3.1.1选择刀具类型： 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=B×n×Zi其中B为键宽，n为键数，Zi为在拉削长度内

9、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。 3.1.2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。3.2 刀具结构参数及

10、各部分功用3.2.1拉刀的结构图1表1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。8尾部支持拉刀使之不下垂，多用于较大较长的拉刀，也用于安装压力环。 3.2.2 切削方式：采用分层拉削方式中的同廓式拉

11、削方式 3.2.3拉削余量：对于花键孔A=De-Do 3.2.4拉刀刀齿结构： 表2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

12、中靠近后刀面的部分3.3、拉刀几何参数的设计3.3.1：选择拉刀材料：V3.3.2:拟订拉削余量切除顺序和拉削方式 拉削余量切除顺序为：倒角键测与大径小径，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成式。 后面用d、h和y表示角齿、花键齿和圆形齿；用c、g、j和x表示粗切、过度、精切和校准齿；用w和m表示工件预制孔和拉削孔。3.3.3：选择切削齿几何参数前脚：=20，精切齿与校准齿倒棱前脚=5后脚：粗切齿：=2°30+1° =0.10 精确齿：=2°+30=0.15 校准齿：=1+30=0.23.3.4：确定校准齿直径 倒角齿不设校准齿查表416得

13、，花键齿、圆形齿的扩张量均为4um，则花键齿校准齿和圆形齿校准齿直径为 =34.10-0.004=34.996mm； =28.021-0.004=28.0017mm；3.3.5：计算倒角齿参数 查表429知倒角的工艺角度为=45°。按表429计算如下： sin=( +2ftg)/=(7+2*0.5*tg45°)/28=0.2706 =arcsin0.2115=15.7° M=1/2sin(+)=1/2*28*sin(45°+15.7°)=12.32mm ctg=2*M/(sin)-ctg=(2*12.32)/(7*sin45°)-ct

14、g45°=3.99 =arcctg3.99=14.34° =/sin=28.71mm =+(0.30.6)=29.21mm3.3.6：计算切削余量； 按表4-1计算圆形拉削余量为1mm，预制孔径为27mm，实际拉削余量 =28.0017-27=1.0017mm倒角余量 =29.21-27=2.21mm花键余量 =34.996-(29.21-0.1)=6.396mm3.3.7:选择齿升量； 查表4-4 选择为花键齿：=0.050mm（矩形花键拉刀栏）3.3.8：设计容屑槽 齿距计算 查表4-7 P=(1.21.5) =(1.21.5) =8mm= =(0.60.8)p=6mm

15、选择容屑槽查表4-8 采用曲线槽，粗切齿用深槽，h=3mm, 精切齿用基本槽校验容屑条件查表4-9得容屑系数k=2.5。倒角齿齿升量大时，应校验之，应使满足式 h1.13 1.13=1.13=2.2因h=3,所以满足条件，校验合格校验同时工作齿数查表4-7得l/p=30/8=3.8所以：=4 =4+1=5，满足38的校验条件3.3.9：花键齿截形设计花键齿键宽按下列式子计算 =- =-式中，为花键键槽宽最大极限尺寸；为拉削扩张量（查表得=0.004mm）；为拉刀键齿制造公差带宽，为保证键赤耐用度高，应在制造范围内取最小值，这里取=0.010mm。则 =7.036-0.004=7.032mm =

16、7.032-0.010=7.022mm 拉刀键齿侧面应制出=0°的修光刃f，其下应磨出侧隙角1°30。工厂常在齿高为1.25mm及以下的刀齿上磨侧隙。3.3.10：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（表4-13）。由于在每个圆形齿上都存在着不工作刃段，圆形齿段不必磨分屑槽。3.3.11：选择拉刀前柄 按表4-17选择型A无周向定位面的圆柱形前柄，公称尺寸=25mm卡爪底径=21mm3.3.12：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（表4-20、4-21和4-22） =z(+2f)=6*(7.0

17、32+2*0.5)mm=48.192mm =*=98.55KN拉刀最小截面积在卡槽底颈处，则拉应力 4×）=0.2GP(表4-25)，拉刀强度校验合格3.3.13确定拉刀齿数及每齿直径1）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 A=0.21mm。花键粗切齿齿数 取46齿，多切去了的余量，应减去0.0125mm的齿升量。因此，减去一个精切齿并将齿升量调整为0.04，0.03，0.015，0.0075mm。后2齿齿升量，为精切齿，前2齿则为过渡齿。2）圆形齿齿数 初拟方案与花键齿相同，即拟切去A余量，计算圆

18、形粗切齿齿数为取10齿，少切了的余量，需增加一个精切齿，其齿升量为0.0075mm。这样，圆形齿段具有粗切齿6个，过渡齿2个，精切齿2个。3）校准部齿数 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 4）各齿直径基本尺寸 见表4-41。3.3.14拉刀齿部长度 参照图4-2。花键齿段长度 圆形齿窜长度 拉刀齿部长度 3.3.15设计拉刀其他部分 按表4-17，4-19，4-23计算：前柄 颈部 过渡锥 前导部 前柄伸入夹头长度 前柄端部至第1刀齿的距离 ：后导部 后柄 3.3.16拉刀总长及其校验 3.3.17 拉刀几何参数汇总如下表3已知条件：1、花键孔尺寸： 外径

19、：De=34H10（34+0.100） 内径：D=28H7（28+0.021） 键宽：b=7H9（7+0.036） 倒角：c×45o c=0.3 键数：n=6 2、拉削长度：L=30mm 3、工件材料：硬铝YL11，硬度HBS100 4、预制孔直径：Do=27mm 5、拉床型号：L6120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4-6af=0.06mm3齿距tt校按表4-12t校=（0.6-0.8）t取t=8mm，t校=6.54同时工作齿数ZeZe=（l/t）+1Ze=45拉削余量切削顺序根据表4-39确定为IIIb型加工顺序为：1、倒角

20、 2、圆孔 3、花键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4-24查得=00.001D圆校=28.021mm7圆孔拉削余量A圆A圆=D圆校-DominA圆=28.021-27.8 =0.41mm8圆形切削齿齿数Z圆Z圆=（A圆/2af）+（3-5）Z圆=9.23取Z圆=10齿9圆形齿部分长度l圆切l圆切=t×Z圆l圆切=8×10=80mm10圆形校准齿齿数Z圆校查表4-14Z圆校=411圆形校准部分长度l圆校l圆校=t校× (Z圆校 +23)l圆校=6×6 =36mm12圆形齿部分总长l圆l圆=l圆切+l圆校l圆=80+36=11

21、6mm花键齿部分的计算13第一个花键齿直径D花1D花1=d2-0.1D花1=29.21-0.1 =29.20mm14花键校准齿直径D花校D花校=Demax-取=0.010.001D花校=34.10-0.01 =34.09mm15花键拉削余量A花A花=D花校-D花1A花=34.09-29.20 =4.89mm16花键切削齿齿数Z花切Z花切=（A花/2af）+（3-5）Z花切=45.75取Z花切=4617花键切削部分长度l花切l花切=t×Z花切l花切=8×46=368mm18花键校准齿齿数Z花校取Z花校=419花键校准部分长度l花校l花校=t校×（Z花校 +12）+8

22、 l花校=6×5+8=38mm20花键齿部分总长l花l花=l花切+l花校l花=38+368=406mm21花键齿廓形尺寸花键齿宽度棱面宽度副偏角bfKrb=Bmax-，公差取-0.015f=0.8-1表4-28Kr=1 o -1o30b=7.036-0.015=7.021 mmf=1mmKr=1o30其他部分计算22容屑沟尺寸hrg由表4-8选取h=3r=1.5g=323容屑系数K由表4-9选取K=2.524分屑槽倒角齿和花键齿按表4-13尺寸交错开分屑槽25前导部尺寸d3l3d3=Domin，偏差按f7l3=ld3=27l3=30mm26后导部尺寸d4l4d4=D花校-0.05，偏

23、差f7l4=（0.5-0.7）ld4=280.2l4=20mm27切削角度和刃带宽oba查表4-2查表4-3各个刀具o=20o切削齿o=2o±30标准齿o=1o±15切削齿ba=0.05-0.15mm标准齿ba=02-0.3mm28过渡锥长度l3l3=10-20取l3=15mm29柄部尺寸D1Dlllc查表4-17D1=25mmD=19mml=20mml=25mml=90mmc=4mm30颈部长度l2=m+B+A-l3，m=10mmB、A见表4-19B=80mm，A=40mml2=115mm31由柄部前端到第一个切削齿的距离L1L1l1+l2+l3+l3L190+115+1

24、5+30=25032后柄长度l58033拉刀总长LL=L1+l圆+l花+l4 + l5L=856mm3.4 对技术条件的说明3.4.1 拉刀各部分的表面光洁度表4部 位Ra刃带0.4前后刀面；前后导部；各种花键拉刀齿形表面0.8柄部；过渡锥；矩形花键拉刀表面侧隙面1.6容屑沟底及齿背，颈部3.2花键刀齿底径12.5（1） 拉刀各部分尺寸偏差（2）拉刀外圆直径在全长上的最大径向跳动量之差（3）切削齿外圆直径偏差：0.020（4）精切齿外圆直径偏差按-0.01mm（5）校准齿外圆直径偏差（包括与校准齿直径相同的精切齿），查得-0.009mm（6）矩形花键拉刀其他尺寸偏差 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