矩形花键拉刀设计说明书DOC.docx
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目录
1.前言-----------------------------------------------------------------3
2.矩形花键拉刀设计
1选择拉刀材料及热处理硬度------------------------------------------4
2拟订拉削余量切除顺序和拉削方式------------------------------------4
3选择切削齿几何参数------------------------------------------------4
4确定校准齿直径----------------------------------------------------4
5计算拉削余量------------------------------------------------------4
6选择齿升量--------------------------------------------------------5
7设计容屑槽--------------------------------------------------------6
8花键齿截形设计--------------------------------------------------6
9确定分屑槽参数----------------------------------------------------6
10选择拉刀前柄-----------------------------------------------------7
11校验拉刀强度和拉床载荷-------------------------------------------7
12确定拉刀齿数及每齿直径-------------------------------------------8
13拉刀齿部长度-----------------------------------------------------10
14设计拉刀其它部分-------------------------------------------------10
15拉刀总长及其校验-------------------------------------------------12
16制定技术条件-----------------------------------------------------12
17绘制拉刀工作图---------------------------------------------------12
3.矩形花键铣刀设计
1铣刀前角选择-----------------------------------------------------13
2工件廓形尺寸-----------------------------------------------------13
3确定铣刀宽度与齿形高度-------------------------------------------13
4确定容屑槽底形式-------------------------------------------------13
5确定铣刀孔径-----------------------------------------------------13
6初选铣刀外径-----------------------------------------------------13
7初选铣刀齿数-----------------------------------------------------14
8确定铣刀的后角及铲削量-------------------------------------------14
9确定容屑槽底半径-------------------------------------------------14
10确定容屑槽角----------------------------------------------------14
11确定容屑槽深度及分屑槽尺寸--------------------------------------14
12校验铣刀刀体强度------------------------------------------------14
13确定内孔空刀尺寸及键槽尺寸--------------------------------------15
14确定铣刀的技术条件----------------------------------------------15
4．参考文献------------------------------------------------------------16
刀具课程设计说明书
１ 前言
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。
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。
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。
就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加工作打下一个良好的基础。
由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。
2 矩形花键拉刀设计
拉床为L120型良好状态旧拉床，拉削时采用10%乳化液。
拉削前采用钻削加工预制孔。
2.1选择拉刀材料及热处理硬度
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=B×n×Zi，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。
但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。
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，
拉刀材料选用W6Mo5Cr4V2高速钢。
热处理见拉刀工作图技术条件。
2.2 拟订拉削余量切除顺序和拉削方式
拉削余量的切除顺序为：
键侧与大径－小径，
拉刀切削齿的顺序是：
花键齿－圆形齿。
采用分层拉削渐成式。
用脚标h和y表示花键齿和圆形齿；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。
2.3 选择切削齿几何参数
按表4-2、表4-3选择，具体见拉刀工作图。
2.4 确定校准齿直径
查表4-16，花键齿、圆形齿的扩张量均为5µm，则
花键齿校准齿直径：
dhx＝（42.120－0.005）mm＝42.115mm
圆形齿校核齿直径：
dyx＝（36.030－0.005）mm＝36.025mm
2.5 计算拉削余量
按表4-1计算，圆形拉削余量为：
A＝0.005dm＝（0.1～0.2）
＝（0.005×36＋0.15×
）mm＝1.18mm
预制孔径为35mm，实际圆形拉削量：
Ay＝（36.025＋35）mm＝1.025mm，
花键余量：
Ah＝（42.115－35）mm＝7.115mm。
2.6 选择齿升量
按表4-4选择，花键齿升量：
afh＝0.05mm，圆形齿升量：
afh＝0.05mm。
2.7 设计容屑槽
1）齿距计算
按表4-7，
p＝（1.25～1.5）×
＝（1.25～1.5）×
mm＝8.4～10.1mm
取p＝10mm，
pg＝pj＝（0.6～0.8）p＝7mm
2）选择容屑槽
按表4-8，采用曲线槽。
粗切齿用深槽，h＝4.5mm；精切齿和校准齿用基本槽，h＝4mm。
其它相关参数见拉刀工作图。
容屑槽形状如图1。
图1
3）校验容屑条件
查表4-9得容屑系数K＝3.5，应使满足式h≥
：
＝
因h＝4.5，所以h≥
式满足，校验合格。
4）校验同时工作齿数
据表4-7得知l/p=5，即zemin=5，zemax=5+1，满足3≤ze≤8的校验条件。
2.8 花键齿截形设计
查表4-16得，拉削扩张量
=0.005mm，取
=0.010mm
花键齿键宽Bh计算：
Bhmax＝Bmax－
＝（7.036－0.005）mm＝7.031mm
Bhmin＝Bhmax－
＝（7.031－0.010）mm＝7.021mm
拉刀键齿侧面应制出Kr＝0°的修光刃f，其下应磨出侧隙角。
工厂常在齿高为1.25mm及以下的刀齿上磨侧隙，在图中已标出。
2.9 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刃段，圆形齿段不必磨分屑槽。
分屑槽形状如图2。
图2
2.10 选择拉刀前柄
按表4-17选择Ⅱ型-A无周向定位面的圆柱形前柄，公称尺寸d1＝32mm，大爪底径d2＝24mm。
其余见拉刀工作图。
2.11 校验拉刀强度和拉床载荷
花键齿拉削力：
ac＝af＝0.05mm，则查表4-22，得Fz'＝160N/mm
Σaw＝zBhmax＝8×7.031mm＝56.25mm，zemax＝6mm
Fhmax＝Fz'Σawzemaxk0k1k2k3k4×10-3
＝160×56.25×6×1.15×1.15×1.13×0.9×1×10-3kN＝72.6kN
圆形齿拉削力：
ac＝2af＝0.10mm，查表4-22，得Fz'＝242N/mm
Σaw＝
＝
mm＝56.55mm，zemax＝6mm
Fhmax＝Fz'Σawzemaxk0k1k2k3k4×10-3
＝242×56.55×6×1.15×1.15×1.13×0.9×1×10-3kN＝110.4kN
确认圆形齿拉削力最大，预制孔径为35mm，容屑槽深4.5，则35－4.5×2mm＝26mm，最小直径处为前柄卡槽底颈处d2＝24mm。
则拉力最小截面积在卡槽底颈处，其拉应力：
σ=
高速钢圆拉刀许用应力〔σ〕＝0.35GPa ，查表4-25，σ﹤〔σ〕，拉力强度校验合格。
按表4-24和已知L6120型良好状态旧拉床，可算出拉床允许拉力：
Frk＝200×0.8kN＝160kN，Fmax﹤Frk，拉床载荷校验合格。
2.12 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
＝0.31mm。
花键精切齿齿数：
取70齿，少切削0.05×0.05×2＝0.005，应增加0.0025的齿升量，调整齿升量为0.04、0.03、0.02、0.01、0.0075mm，前2齿齿升量大于
，属过渡齿；后3齿齿升量小于
，属精切齿。
2）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8齿，少切削了0.15×0.05×2mm＝0.015mm的余量，需增加一个精切齿，其齿升量为0.0075mm。
圆形齿段具有粗切齿8个、过渡齿3个、粗切齿3个。
3）校准部齿数
查表4-14，得：
花键校准齿齿数zhx=4，圆形校准齿齿数zyx=7。
4）各齿直径基本尺寸
表１ 矩形花键拉刀齿序表
齿型
齿号
No.
直径基本尺寸
D（mm）
直径尺寸公差
（mm）
齿型
齿号
No.
直径基本尺寸
D（mm）
直径尺寸公差
（mm）
花键齿
1
35.00
±0.015
花键齿
51
40.00
±0.015
2
35.10
52
40.10
3
35.20
53
40.20
4
35.30
54
40.30
5
35.40
55
40.40
6
35.50
56
40.50
7
35.60
57
40.60
8
35.70
58
40.70
9
35.80
59
40.80
10
35.90
60
40.90
11
36.00
61
41.00
12
36.10
62
41.10
13
36.20
63
41.20
14
36.30
64
41.30
15
36.40
65
41.40
16
36.50
66
41.50
17
36.60
67
41.60
18
36.70
68
41.70
19
36.80
69
41.80
20
36.90
70
41.90
21
37.00
71
41.98
22
37.10
72
42.04
23
37.20
73
42.08
0
-0.015
24
37.30
74
42.10
25
37.40
75
42.115
0
-0.018
26
37.50
76
27
37.60
77
花键齿
28
37.70
±0.015
78
29
37.80
79
30
37.90
圆形齿
80
35.10
±0.015
31
38.00
81
35.20
32
38.10
82
35.30
33
38.20
83
35.40
34
38.30
84
35.50
35
38.40
85
35.60
36
38.50
86
35.70
37
38.60
87
35.80
38
38.70
88
35.88
±0.010
39
38.80
89
35.94
40
38.90
90
35.98
41
39.00
91
36.00
0
-0.010
42
39.10
92
36.015
43
39.20
93
36.03
44
39.30
94
36.03
0
-0.009
45
39.40
95
46
39.50
96
47
39.60
97
48
39.70
98
49
39.80
99
50
39.90
100
2.13 拉刀齿部长度
参照拉刀工作图。
花键齿段长度：
lh＝（10×72＋7×6＋10）mm＝772mm
圆形齿段长度：
ly＝（10×10＋7×11）mm＝177mm
拉刀齿部长度：
l齿＝lh＋ly＝949mm
2.14设计拉刀其它部分
图3
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
2.15 拉刀总长及其校验
据表4-26，允许拉刀总长为
，拉刀长度校验合格。
2.16 制定技术条件
1.材料W18Cr4V
2.热处理硬度：
刃部及导向部HRC63－66，柄部HRC40－45。
3.拉刀外圆的径向跳动不大于0.06，校准齿及与其尺寸相同得切削齿径向跳动不大于该外圆直径公差，跳动应向一个方向。
4.键齿两侧面得不平行度，螺旋度及对轴线的不对称度不大于0.05。
5.键齿不等分累计误差不大于0.02。
6.后导部键宽小于或等于刃部键宽。
7.倒角齿对花键齿中心线偏移不大于0.05。
2.17 绘制拉刀工作图
见拉刀工作图。
3 花键铣刀设计
3.1 铣刀前角选择
已知工件材料为45钢，强度为σb＝600MPa，铣刀材料选取硬质合金钢。
根据《金属切削刀具》表4-1，选取铣刀前角γ0＝0°，则工件法剖面截形尺寸就是铣刀的齿形。
3.2 工件廓形尺寸
齿廓各点坐标如图所示，工件廓形尺寸在ox0y0坐标中表示。
齿廓廓形关于oy0轴对称。
图4
3.3 确定铣刀宽度与齿形高度
由图2，可得工件廓形高度hw＝2.92mm，工件廓形宽度Bw＝9.47mm，则取铣刀齿形高度h＝hw＋（1～2）mm＝4.06mm。
可得铣刀宽度B＝10mm。
3.4 确定容屑槽底形式
由于齿形高度较小，采用平底形式，其具体尺寸如铣刀工作图。
3.5 确定铣刀孔径
按表3-4，当铣刀宽度B＝10mm时，可取d＝16mm。
3.6 初选铣刀外径
按表3-5，当d＝16mm，h＝4mm时，可初选铣刀外径d0＝50mm。
3.7 初选铣刀齿数
参考表3-6，当铣刀h=4mm，d0＝50mm，d＝16mm时，可初选zk＝14。
3.8 确定铣刀的后角及铲削量
选取后角αf＝12°。
铲削量为
，取
。
3.9 确定容屑槽底半径
不铲磨齿背且h较小，可取A＝6，并代入相关参数
，取
3.10 确定容屑槽角
取
。
3.11 确定容屑槽深度及分屑槽尺寸
对平底式容屑槽且不需铲磨的成形铣刀
可得
。
由于
，无需做出分屑槽。
3.12 校验铣刀刀体强度
1）校验刀齿强度
对于平底式容屑槽铣刀，齿根宽度c
代入相关参数得，
，满足要求。
2）校验刀体强度
为保证刀体强度，要求
。
代入相关参数得，
，
，满足要求。
3.13 确定内孔空刀尺寸及键槽尺寸
内孔空刀尺寸按附录表3确定：
L＝45mm，d＝16mm，l1＝10mm。
键槽尺寸按附录表1确定：
d＝16mm，b＝4mm，
mm，
mm，
mm，
mm。
3.14 确定铣刀的技术条件
铣刀材料选用W18Cr4V（参考附录表5）。
确定铣刀齿形用样板检查。
根据表3-10，取铣刀齿形公差为0.03mm。
根据表3-8，铣刀内孔的公差可取H7。
根据表3-9，查得，铣刀的形状位置公差：
切削刃的径向及端面跳动0.03mm，刀体端面跳动0.02，零度前角铣刀前刀面的径向性为0.06mm。
4 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，1994.7
2. 庞学慧，武文革主编.互换性与测量技术基础.兵器工业出版社，2003.5
3. 乐兑谦主编.金属切削刀具.北京：
国防工业出版社，1984.6
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