矩形花键拉刀矩形花键铣刀设计说明书刀具课程设计.doc

目录1 说明32 矩形花键拉刀421 设计规定422 设计环节42.2.1 花键孔尺寸42.2.2 拟定拉削余量42.2.3 齿升量的选择52.2.4 切削几何参数选择52.2.5 拟定校准齿直径62.2.6 倒角齿参数计算62.2.7 拟定齿距p及同时工作齿数72.2.8 容削槽的设计72.2.9 拉刀的分削槽形状82.2.10 花键齿截型设计82.2.11 粗算切削齿齿数92.2.12 计算切削齿部分长度102.2.13 拉刀尺寸设计1023 拉刀强度及拉床拉力校验132.3.1 拉削力132.3.2 拉刀强度校验132.3.3 拉床拉力校验1324 拟定拉刀的技术条件143 矩形花键铣刀1531 设计规定1532 设计环节153.2.1 花键轴尺寸153.2.2 具体参数设计153.2.3 齿形高度和宽度163.2.4 铣刀的孔径和外径163.2.5 铣刀的齿数173.2.6 铣刀的后角及铲削量173.2.7 铣刀的容削槽和分削槽183.2.8 校验1833 矩形花键铣刀的技术条件193.3.1 表面粗糙度（按GB103168）193.3.2 尺寸公差193.3.3 形状位置公差193.3.4 齿形误差203.3.5 材料及热解决204 参考文献211 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，同时对于我们自身来说，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。我运用本次课程设计的机会对以往所有所学知识加以梳理检查，同时又可以在设计当中查找自己所学的局限性从而加以填补，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碰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限度，所以设计中我们的设计会有一些不尽如人意的地方, 为了共同提高此后设计设计的质量，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21 设计规定被加工零件如图1.所示工件材料为 45钢；硬度 HBS180；强度 b = 610Mpa；工件长度 L=30mm。22 设计环节2.2.1 花键孔尺寸外径： 内径： d=键宽： 键数： 2.2.2 拟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导致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46H10，内圆42f7此处假设加工工件的孔径为41倒角齿切削余量：= -44.944-41.000=3.944mm圆孔拉削余量：=d-42.025-41.000=1.025mm花键拉削余量：=46.100-44.944=1.156mm2.2.3 齿升量的选择 齿升量 在拉削余量拟定的情况下，齿升量越大，则切除所有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，并且拉削表面质量也不容易保证。通过课本表15-4知，=0.050.08。取=0.07。2.2.4 切削几何参数选择 前角 拉刀前角一般是根据加工材料的性能选取。材料的强度（硬度）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=1618、精切齿与校准齿倒棱前角 =5。 后角 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不久，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 =230+1、刃带=0.050.15，花键拉刀精切齿后角 =2+30、刃带=0.10.2，花键拉刀校准齿后角 =1+30、刃带=0.20.3。 刃带宽度 拉刀各刀齿均留有刃带，以便于制造拉刀时控制刀齿直径；校准齿的刃带还可以保证沿前刀面重磨时刀齿直径不变。 小结粗切齿：前角=17 后角 =230+1 刃带=0.1精切齿：前角=17 后角 =2+30 刃带=0.15校准齿：前角=17 后角 =1+30 刃带=0.252.2.5 拟定校准齿直径花键齿和圆形齿的扩张量，查表可得为5m，倒角齿不设校准齿根据公式：=花键齿校准齿：花=46.100-0.005=46.095mm圆形齿校准齿：圆=42.025-0.005=42.020mm2.2.6 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圆=42.020mm，倒角角度=30，倒角尺寸f=1mm=B+2f=8+2=10mm=0.238=13.768=90-=46.232M=14.527mm=29.054mm=6.928mm=-=22.126mm=0.181=10.259=44.944mm最后一个倒角齿直径: = 45.144mm2.2.7 拟定齿距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的大小重要影响容屑槽的尺寸和同时工作齿数的多少。拟定齿距P时一方面应满足容屑空间的需要，另一方面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=（1.752） 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（0.60.8）P。粗切齿齿距P=（1.752）=（1.752）=9.58510.954 取P=10则过渡齿齿距 P=10精切齿及校准齿齿距 P=7拟定同时工作齿数zz=+1=3+1 取z=42.2.8 容削槽的设计 容削槽的形状拉刀属于封闭式切削，切下的切削所有容纳在容削槽中，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，合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。 拟定容削系数K容削系数K是拉刀容削槽纵向截面面积与切削纵向截面面积的比值即K=取K=3.2 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h1.131.13=1.13由于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。圆弧形分削槽重要用于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=10精切齿（角度型分削槽）槽数=142.2.10 花键齿截型设计花键齿键宽按下式计算，精确到0.001mm 刀齿键宽：b=为工件键槽最大极限尺寸，为拉削后键槽宽的扩张量或收缩量，应由实验拟定。扩张时取“-”号，收缩时取“+”，拉削钢材通常为0。b=8.036-0.005=8.031mm 副偏角：=1130在刀齿高度1.5mm时，刀齿侧刃上磨出副偏角。 刃带宽度：f=0.8mm0.2mm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。 过度刃：r=0.25mm0.3mm也可以做成45倒棱，倒棱宽度可以取0.2mm0.3mm2.2.11 粗算切削齿齿数由于切削工序为倒角花键圆孔，所以先计算倒角切削齿齿数。根据拟定的拉削余量A，选定的齿升量f，按照下式估算齿数Z=+X其中X为精切齿，过度齿和校准齿齿数，查表拟定加工孔精度粗切齿齿升量过度齿齿数精切齿齿数校准齿齿数IT7IT80.060.153547570.150.3570.368IT9IT100.22325450.235估算齿数的目的是为了估算拉刀的长度，假如拉刀的长度超过规定，需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。 倒角齿齿数：=+4=28.171+4取=32 花键齿齿数：=+4=8.26+4取=12 圆孔齿齿数=+4=7.32+5取=152.2.12 计算切削齿部分长度 倒角齿部分长度：=p=1032=320mm 花键齿部分长度=p=1012=120mm 外圆齿部分长度=p=1015=150mm 拉刀部分总长度=320+120+150=590mm2.2.13 拉刀尺寸设计 拉刀柄部结构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，II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用。故该拉刀选择II型-A，无周向定位面的圆柱形前柄形式，I型圆柱形后柄形式。=32mm查表，可知=24.6mm，=24.6mm，=20mm，=32mm，=75mm， c=8mm=75mm 颈部长度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。拉刀颈部长度可由下式计算，即 m+B+A-式中 m拉床夹头与拉床床壁的间隙，m=10mm20mm B拉床床壁厚度 A拉床花法兰盘 过渡锥长度，通常取10mm，15mm，20mm。取m=20mm，B=70mm，A=30mm，=20mm =100mm 过渡锥设计通常取成10、15、20，这里取=10mm。 前导部、后导部和支托部设计前导部长度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l；若孔的长度和直径之比大于1.5时，可取=0.75l，但不小于40mm。前导部的直径等于拉削前孔的最小直径，公差按e查得。=50mm=42mm后导部长度=（0.50.7）l，但不小于20mm，后导部直径取拉削后孔的最小直径，公差取f6。=42mm=30mm拉刀支托部长度=（0.50.7），但不小于20mm25mm。为拉削后孔的公称直径。支托部直径也可以取为=（0.50.7），随拉床托架尺寸具体而定。=40mm=26mm 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=+=75+100+10+50+590+150+42+26=1043mm拉刀总长度受到拉床允许的最大行程、拉刀刚度、拉刀生产工艺水平、热解决设备等因素的限制，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0.2mm，在更长时取3mm。拉刀直径6101018183030404050506060最大总长度2830282625241500精密圆孔拉刀一般不超过20所以，符合总长度允许值。23 拉刀强度及拉床拉力校验2.3.1 拉削力拉削时，虽然拉刀每个刀齿的切削厚度很薄，但由于同时参与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用下式计算，即=xzN=1016.8kg符合规定2.3.2 拉刀强度校验拉刀工作时，重要承受拉应力，可按下式校验，即=9.1MPa符合规定2.3.3 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，即取0.80.8200kN=160kN符合规定24 拟定拉刀的技术条件由ZBJ 41008-89矩形花键拉刀技术条件拟定拉刀材料及热解决：拉刀用W6Mo5Cr4V2高速工具钢制造的拉刀热解决硬度刀齿和后导部 6366HRC前导部 6066HRC柄部 4052HRC允许进行表面强化解决3 矩形花键铣刀31 设计规定被加工零件如图2.所示工件材料为 45钢；硬度 HBS180；强度 b =610 Mpa；工件长度 L=30mm。32 设计环节3.2.1 花键轴尺寸外径： 内径： d=键宽： 键数： 3.2.2 具体参数设计 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=22.5o 齿顶圆弧中心角 = = 齿顶宽 铣刀齿顶宽度等于键槽底部宽度。 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。 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 3.2.3 齿形高度和宽度 齿廓高度 铣刀宽度 取B=123.2.4 铣刀的孔径和外径 铣刀孔径铣削宽度铣刀孔径一般切削重切削613136121622122522272540273240603240601004050根据切削宽度B=12查表，可得d=16mm 铣刀外径下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468101215182022252830323513455570-455055701650557090-45455055606570902265657090110-55556065707580901001152770758090110135-656570758085909510011512513532859095100110135160-75758085909510010511011512513514516040105110110115125135160-9095100105110115120125130135140145150160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3.2.5 铣刀的齿数铲齿成形铣刀齿数：查表 3.2.6 铣刀的后角及铲削量 铣刀后角 故可满足规定 铲削量 取K=53.2.7 铣刀的容削槽和分削槽 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。 容屑槽半径 一般取r=1mm5mm，并为0.5的整数倍。 取r=1 容屑槽间角 容屑槽深度 分屑槽尺寸由于该铣刀宽度小于20，故切削刃上不需做分屑槽3.2.8 校验 验刀齿强度齿根宽度C 所以刀齿强度满足规定 检查刀体强度 所以刀体满足规定33 矩形花键铣刀的技术条件3.3.1 表面粗糙度（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43.3.2 尺寸公差序号名称符号公差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 t1H143.3.3 形状位置公差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）H1010H2020300.040.060.090.123.3.4 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44121222220.030.050.070.080.060.090.120.153.3.5 材料及热解决铣刀材料一般用高速钢，热解决后硬度应为HRC6366。在铣刀的工作部分，不得有脱碳层和软点参 考 文 献1 刘华明主编金属切削刀具设计简明手册机械工业出版社，1994.72 乐兑谦主编金属切削刀具机械工业出版社，2023.63 刘华明主编刀具课程设计指导书哈尔滨工业大学出版社，19814 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，19795 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，19806 袁哲俊、刘华明主编刀具设计手册机械工业出版社，1999