矩形花键拉刀设计说明书.docx
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矩形花键拉刀设计说明书
矩形花键拉刀设计说明书
小组成员:
叶先方
机自
11
班
20122462
李江
机自
11
班
20122470
张正怀
机自
11
班
20112653
.、八、亠
1.前言2
2.矩形花键拉刀的设计2
2.1选定拉刀材料及热处理2
2.2刀具结构参数、几何参数的选择与设计2
2.3刀具的全部计算11
2.4对技术条件的说明15
3.参考文献16
1.刖言
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。
刀具课程设计是在学完刀具课以后，进行一次学习设计的综合性练习，也是一次理论联系实际的训练。
通过设计，运用所学过的基础课、技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固、加深和扩大所学知识的目的。
同时学习查阅有关的设计手册、设计标准和资料，达到积累设计知识和提高设计能力的目的。
本次课程设计完成了对成形车刀、矩形花键拉刀两种刀具的设计和计算工作，说明书包括刀具类型材料的选择，刀具结构参数、几何参数的选择，刀具的全部计算，对刀具的技术使用要求，安装使用要求，巩固深化了课堂理论教学内容，运用各种设计资料、手册和国家标准进行设计，培养了我们独立分析解决问题的能力。
2.矩形花键拉刀的设计
2.1选定拉刀材料及热处理
拉刀用W18Cr4V高速工具钢制造。
热处理硬度为：
刀齿和后导部HRC63—66
前导部HRC60—66
柄部HRC40-52
2.2刀具结构参数、几何参数的选择和设计
（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，提咼表面光洁度及精度，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。
（2）切削方式：
米用分层拉削方式中的同廓式拉削方式
（3）拉削余量：
对于花键孔A=De-Do
拉刀刀齿结构：
表2
名称
功用
前刀面
切下的切屑流出的表面
主后刀面
刀齿上和过渡表面相对的表面、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，用以形成过渡表面，完成主要的金属切除工
作
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、主、副切削刃连接处的一段刀刃
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
丄匕★匕齿冃
容屑槽中靠近后刀面的部分
拉刀刀齿的几何参数有：
切削齿前角丫0，校准齿前角Y°g,切削齿后角a0,
校准齿后角a0g,齿距p,容屑槽深h,齿厚g,刃带宽bai。
拉刀刀齿的主要稽核参数前角、后角和刃带宽数值的大小主要取决于工件材料和拉刀的结构形式。
参照表5-5，各种花键拉刀，工件材料为球墨铸铁800-2，硬度为HBS250故常用的
材料的拉刀几何参数为:
拉刀形
式
工件材料
前角丫0
后角a0
刃带宽ba1
粗切
齿
精切齿
校准齿
切削
齿
校准
齿
粗切齿
精切齿
校准
齿
各种花
键拉刀
球墨铸铁
硬
度
250
5
5
2.5〜
4
0.5〜
1.5
0〜
0.05
0.1〜
0.15
0.3〜
0.6
（4）分层式拉刀粗切齿齿升量
根据表4-6查出当硬度为HRC62-65时，齿升量af=0.05-0.08mm,在这取af=0.06mm
（5）拉刀几何参数
根据表4-9，查得拉刀的前角丫。
=5°
根据表4-10，查得粗切齿的后角ao=3o+30',刃带ba=0.05-0.15;
精切齿的后角a。
=2°士15，刃带ba=0.05-0.15;校准齿的后角a。
=1°士15，刃带ba=0.7。
（6）拉刀容屑槽及分屑槽的尺寸拉刀的齿距和同时工作拉刀切削部的齿距是拉刀的重要设要素。
其影响如下：
1）齿距过大，则拉刀过长，不仅制造成本高，拉削生产率也低;齿距过大，同时工作齿数太少，拉削过程不平稳，影响拉削加工表面质量。
2）齿距过小，容屑空间也小，切削容易堵塞;齿距过小，同时工作齿数会过多，切削力就增大，可能导致拉刀折断及机床超载;齿距过小，还会给刃磨带来困难，砂轮切入时有与相邻刀齿碰撞的危险。
计算齿距的经验公式：
P=（1.25〜1.5）L1/2,取p=6.0
工作齿数可按下式计算：
Ze=L/p+（0.1〜1）=5.5
以上计算所得齿距p值，经过对容屑系数、拉刀强度及拉床拉力验算后，还需进行修正，最后参照表5-7得，齿距p=6,同时工作齿数Ze=5。
（7）容屑槽
1）计算齿距
粗切齿齿距Pr据式（22-3）计算，并参照附表22-3取接近的标准值
Pr=（1.25〜1.75）L1/2=8mm
过渡齿齿距:
Pg=Pr=P10=8mm
精切齿齿距：
Pj=（0.6〜0.8）Pr=6mm
标准齿齿距Pji计算：
Fi=（0.6〜0.8）Pr=6mm
2）选取容屑槽形状及尺寸容屑槽是形成刀齿的前刀面和容纳切屑的环状或螺旋状沟槽。
环形齿拉刀的拉削属于封闭容屑槽形式;螺旋齿拉刀的拉削属于半封闭容屑形式。
切削容纳在拉刀的容屑槽中，如果容屑空间不够大，切屑会在槽内挤塞，影响加工表面质量，严重的还会使刀齿崩刃或拉断拉刀。
参照表5-8，选用直线齿背型容屑槽型。
根据表4-14，直线齿背容屑槽尺寸:
图2
容屑槽尺寸按下列公式计算：
h=（0.3〜0.4）p
g=（0.3〜0.35）p
R=（0.65〜0.7）p
r=（0.5〜0.6）h
经过计算得：
h=2.4〜3.2,g=2.4〜2.88.R=5.2〜5.6,r=1.2〜1.92。
参照表5-9,初步选h=3,r=1.7
容屑槽尺寸的最后确定，须校验其是否有足够的容屑空间，即容屑槽的有效
容积必须大于切屑体积，即Vp〉Vc,若忽略切削宽度方向的变形，即是要求上述体积可近似用拉刀轴剖面中的面积Ap和Ac来表示，二者的比值为容屑系数K,有：
Ap/Ac三K
式中：
Ap为容屑槽的有效面积，Ap=nh2/4;算得Ap=9.6;Ac=arL=1.75。
最终算得Ap/Ac=5.48〉K
3）校验容屑条件
取ac=2a,取K=4,计算
H=1.13（k.ac.l）1/2=2.5mm已选定的容屑槽深度，合格
4）分屑槽
为了便于卷屑和容屑、减少切削力、改善已加工表面质量，应在拉刀前后刀齿上交错地磨出分屑槽。
设计分屑槽时应该注意以下几点:
1分屑槽的深度必须大于齿升量，即h>a,否则不起分屑作用。
2为了使分屑槽上两侧的切削刃也有足够的后角，槽底后角应大于拉刀
刀齿后角，取为a0+2°。
3分屑槽的数目nk应保证切削宽度不太大，便于卷曲成为较紧的切屑，有利于容纳在容屑槽内。
当拉刀直径d°>50mm寸：
nk=ndo/（o.5〜1.0）d。
"2=28
便于测量拉刀直径，分屑槽数目一般取偶数。
4在拉刀最后1个〜2个精切齿上，由于齿升量很小，切屑较少，可以不作分屑槽，以保证加工表面质量。
5加工铸铁等脆性材料时，由于切屑呈崩碎状态，不需磨出分屑槽。
分屑槽位置：
应前后齿错开。
根据表4-17,每个刀齿的分屑槽数nk=b/5-10（取小值）
当b=8时，s=2.5，bc=1.0，nc=0.5。
拉刀前导部、后导部、柄部的结构尺寸
矩形花键拉刀前导部的尺寸：
I3=L=20,Ii一般取10mm15mm20mm,E=前一根拉刀校准直径减0.02mm公差为-0.02mm,a=5mn〜10mm,d=已加工内花键的名义底径减0.5，其公差按最大选取，b1=刃部键宽减0.02mm偏差取f7。
拉刀后导部的尺寸：
丨4=（0.5〜0.7）L;D等于校准齿直径减0.05mm偏差为-0.02;匕4=刃部键宽或减去0.02mm
5）校准部
刖角丫o校=5，后角ao校=1，齿距t校=（0.6-0.8）t=4.8-6.4mm，取t校=6mm根据表4-23查得齿数Z校=4-5个，取Z校=4个
最后一个精切齿及校准齿直径应按下式确定：
D校=Dnax±S，其中S为孔的变
形量。
拉刀校准部长度I校=t校XZ校=6X4=24mm
6）柄部
根据表4-25查矩形花键拉刀柄部尺寸为：
Di=24.75mmD=29h13mmD=35mmIi=23.5mmI/=12.5mmI//=18h13mmc=8mm
（Tb=35kg/mm时刀茗强度允许拉力为23100kg。
7）颈部及过度锥
拉刀颈部长度按下式计算：
12>m+B+A-b，mmL?
=10mm,d=5mm
L/公式：
L/=11+12+13/+l3，其中l3，为拉刀进入卡头部分的长度，丨3为前导部长度。
8）前导部、后导部和尾部
前导部主要起导向和定心作用，故应和予制孔形状相同。
根据表4-31及4-32:
前导部：
13
图5
说明：
1、D等于前把拉刀最后刀齿的直径，偏差为表4-32。
2、d3等于加工的花键孔最小内径减0.5mm只准许负偏差
3、b3等于前一把拉刀花键齿宽减0.02mm
4、丨3=（0.75-0.1）I
5、a=5-10mm
后导部：
图7
说明：
1、d4等于拉刀花键齿最大外径减0.05mm偏差取-0.2mm。
2、b4等于或小于0.02mm切削辞键宽。
当拉削孔内有空刀槽时，后导部长度按下式计算：
I后=l+c+（5-10）mm式中:
I为空刀槽宽度，c为前端拉削长度。
尾部在拉刀工作时支撑在拉床托架上，防止拉刀尾部下垂，对于小而轻的拉刀可不做尾部。
9）拉刀总长度
L=L/+1切+1校+1后+1尾，拉刀直径为52mm据表5-20，花键拉刀允许的最大
总长度Lmax=1600mm
10）拉刀强度校检
1拉削力计算
拉削力的计算公式为：
Fc=FcXbDZeK/aKKw（kg）,
式中：
Fc'为切削刃单位长度上的切削力（N/mm）,见表5-13;刀bD为总切削宽度；查表得：
Fc=177（N/mr2）
根据表4-34,Fma=P・n•b•Ze（kg）,
式中：
P/—单位长度切削刃上的拉削力（kg/mr），根据表4-35查得Pz=28.5
（kg/mm）
Ze—最大同时工作齿数，Ze=4
n—花键键数，n=8
b—键宽，b=8mm
因此Fma=28.5x8X8X4=7296（kg/mm）
2拉刀强度校验
校验公式：
（T=Fma/AminW[（T]
式中：
Fmax—由表4-34中相应公式计算得。
Amin—拉刀危险截面面积。
拉刀的危险断面可能在柄部，也可能在第一
个切削齿容屑槽中（mm>
[T]—拉刀材料允许的拉应力，表4-36查得[T]=35-40（kg/mm）
柄部D=29mm，A=660.185mm2，所以c=Fmax/Amin=7296/660.185=11.05W[t]
2.3刀具的全部计算（包括计算公式和计算结果）
表3
已知条件：
1、花键孔尺寸:
外径：
De邛14H10
内径：
D邛11H7
键宽：
b=3H9
键数：
n=6
2、拉削长度：
L=15mm
3、工件材料：
球墨铸铁800-2，硬度为HBS250
4、预制孔直径：
Do=10mm
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
W18Cr4V
2
齿升里
af
查表4-6
af=0.05mm
3
齿距
t
t校
按表4-12
t校=（0.6-0.8）t
t=6mm
t校=5
4
同时工作齿
数
Ze
Ze=（l/t）+1
Ze=3.5
5
拉削余量切
削顺序
根据表4-39
加工顺序为：
1、圆孔
2、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-3
由表4-24查得3=0
0.00
1
D圆校=11.025mm
7
圆孔拉削
余量
A圆
A圆=。
圆校・Domin
A圆=11.205-10
=0.205mm
8
圆形切削
齿齿数
Z圆
Z圆=（A圆/2af）+（3-5）
Z圆=8.15取Z圆=8齿
9
圆形齿部
分长度
l圆切
l圆切=txZ圆
l圆切=10x6=60mm
10
圆形校准
齿齿数
Z圆校
查表4-23
Z圆校=7
11
圆形校准部分长度
l圆校
l圆校=t校・Z圆校
l圆校=5x11
=55mm
12
圆形齿部
分总长
l圆
l圆=1圆切+l圆校
l圆=115mm
化键齿部分的计算
13
第一个花
键齿直径
D花1
D花1=ck-0.1
D花1=14.026-0.1
=13.926mm
14
花键校准
齿直径
D花校
D花校=Cemax-3
查表4-24,3=0.01
0.00
1
D花校=14.026-0.01
=14.016mm
15
花键拉削
余量
A花
A花=D花校-D花1
A花=14.026-11
=3.026mm
16
花键切削
齿齿数
Z花切
Z花切=（A花/2af）+（3-5）
Z花切=29.2取Z花切=29
17
花键切削
部分长度
l花切
l花切=tXZ花切
l花切=6X31=186mm
18
花键校准
齿齿数
Z花校
由表4-23
取Z花校=4
19
花键校准
部分长度
l花校
l花校=t校・Z花校
l花校=6X4=24mm
20
花键齿部
分总长
l花
l花=1花切+1花校
l花=24+186=210mm
21
花键齿廓形尺寸
花键齿宽度
棱面宽度副偏角
bfKr/
b=Bnax-3，公-0.015f=0.8-1表4-40
b=3.031
f=0.8±0.2mm
Kr/=1°30/
其他部分计算
22
容屑沟尺
寸
hrg
由表4-8选取
h=2.5r=1.3
g=2
23
校准齿容
屑沟尺寸
h校r校
由表4-8选取
h校=2r校=1
g校
g校=2
24
分屑槽
倒角齿和花键齿按表
4-19尺寸交错开分屑
槽
25
前导部尺
寸
da
l3
d3=D0min，偏差按d9
l3=l
d3=12.75
13=20mm
26
后导部尺
寸
d4
丨4
d4=D花校-0.05，偏差啊
-0.2
14=（0.5-0.7）l
d4=12.7-0.2
14=10mm
27
切削角度
和刃带宽
丫o
ba
查表4-9
查表4-10
查表4-10
各个刀具丫o=15o
切削齿a。
=3°士30标准齿ao=1切削齿
ba=0.05-0.15mm标准齿ba=0.7mm
28
过渡锥长
度
l3'
l3=10-20
取13'=10mm
29
柄部尺寸
D
D
l/
l—
li
c
查表4-25
Di=12.3mm
D=80.34mm
1/=20mm
1—=32mm
1i=90mm
c=8mm
30
颈部长度
12=m+B+A-3‘，m=15mr
B、A见表4-30
n
12=24.75mm
31
由柄部前
端到第一
个切削齿
L/
L/=l1+l2+l3/+l3
L1—=
137.5
的距离
32
拉刀总长
L
L=L/+1倒+1圆+1花+14
L=540mm
2.4对技术条件的说明
241拉刀各部分的表面粗糙度
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
2.4.2拉刀各部分尺寸偏差
（1）拉刀外圆直径在全长上的最大径向跳动量之差
（2）切削齿外圆直径偏差：
0.020
（3）精切齿外圆直径偏差按-0.01mm
（4）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
（5）矩形花键拉刀其他尺寸偏差
1键宽偏差：
根据工件键宽的精度确定，可再-0.01-0.02之间
2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
3花键齿圆周不等分累积误差
4花键齿的底径偏差按d11或只准负偏差
5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0.05mm
6拉刀倒角齿计算值M的偏差：
一0.02mm
2.4.3键槽拉刀的尺寸偏差
1切齿齿高偏差（mr）
齿升量
齿高偏差
相邻齿高偏差
0.05—0.08
±0.025
0.025
2精切齿及校准齿齿高偏差取—0.015mm
3刀体侧面和底面不直度偏差：
键宽为3—12mm寸为0.06/100
4键宽偏差取为工件槽宽公差的1/3，但不大于0.02mm符号取（―）
5键齿对刀体中心线的不对称度在拉刀键宽公差范围内
7键齿对刀体中心不对称的在键宽公差以内
244拉刀其他部分长度偏差
1拉刀总长偏差：
当L<1000mm寸取土2mm
2切削部分长度偏差取土2mm
3校准部分长度偏差取土1mm
4柄部长度取偏差取土1mm
5前导部，后导部长度偏差取土1mm
6容屑槽深偏差：
当h<4mn时寸，取土0.3mn。
3.参考文献
[1]许先绪.《非标准刀具设计手册》.北京：
机械工业出版社.1992
[2]刘华明.《刀具课程设计指导书》.哈尔滨：
哈尔滨工业大学.1981
[3]陈锡渠、彭晓南.《金属切削原理与刀具》.北京：
北京大学出版社.2006
[4]陆剑中、孙家宁.《金属切削原理与刀具》.北京：
机械工业出版社.2006
[5]乐兑谦.《金属切削刀具》.北京：
机械工业出版社.2001
[6]武文革、辛志杰《金属切削原理及刀具》北京：
国防工业出版社，2009
[7]庞学慧、武文革.《互换性与测量技术基础》.北京：
国防工业出版社.
[8]袁哲俊、刘华明.《金属切削刀具设计手册一一拉刀》.北京：
机械工业
出版社.2009
第一章总论错误！
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1.1项目概况错误！
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1.2研究依据及范围错误！
未定义书签
1.3主要技术经济指标错误！
未定义书签
1.4研究结论及建议错.误！
未定义书签
第二章项目建设的背景和必要性错误！
未定义书签。
2.1项目建设的背景错误！
未定义书签
2.2项目建设的必要性错.误！
未定义书签
第三章项目服务需求分析错误！
未定义书签。
第四章项目选址与建设条件错误！
未定义书签。
4.1选址原则错.误！
未定义书签
4.2项目选址错误！
未定义书签
4.3建设条件错误！
未定义书签
4.4项目建设优势条件分析错误！
未定义书签
第五章建设方案错误！
未定义书签。
5.1建设规模与内容错.误！
未定义书签
5.2总体规划设计错误！
未定义书签
5.3建筑方案错.误！
未定义书签
5.4结构方案错误！
未定义书签
5.5给水工程错误！
未定义书签
5.6排水工程错.误！
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5.7电气设计错.误！
未定义书签
5.8暖通设计错误！
未定义书签
5.9项目实施进度错误！
未定义书签
第六章节能措施错误！
未定义书签。
6.1设计依据错误！
未定义书签
6.2节能措施错.误！
未定义书签
第七章环境影响分析错误！
未定义书签。
7.1环境影响分析错.误！
未定义书签
7.2环境保护措施及治理效果错误！
未定义书签
第八章消防与安全卫生错误！
未定义书签。
8.1消防错.误！
未定义书签
8.2劳动安全错.误！
未定义书签
8.3卫生防护错.误！
未定义书签
第九章组织机构与运作方式错误！
未定义书签。
9.1组织机构错.误！
未定义书签
9.2组织管理错误！
未定义书签
9.3劳动定员错误！
未定义书签
第十章投资估算错误！
未定义书签。
10.1编制依据
错.误！
未定义书签
10.2投资估算
错误！
未定义书签
10.3资金筹措
错.误！
未定义书签
错误！
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...错.误！
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第十一章经济效益评价
11.1成本核算
11.2利润估算
11.3经济风险分析
11.4财务评价结论
第十二章结论
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