刀具课程设计指导.docx
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刀具课程设计指导
机械制造及自动化专业
刀具课程设计指导
山东大学机械工程学院
一、刀具课程设计的目的要求及内容
1.设计目的及要求
刀具课程设计是机械制造类（冷加工）专业学生在学习《现代切削加工理论基础》、《机械制造技术基础》及《机械制造装备设计》等课程及其它有关课程之后进行的一个实践性教学环节，其目的是巩固和加深理论教学内容，培养学生综合运用所学理论，解决生产实际中刀具设计问题的能力。
通过刀具课程设计，应使学生达到如下要求：
（1）初步掌握几种典型刀具的设计计算方法，
（2）学会绘制刀具工作图，标注必要的技术条件，
（3）学会使用各种设计资料、手册和国家标准，
2.设计内容
刀具课程设计的内容是从工艺设计零件（如Z12V190B柴油机活塞）加工过程中使用的几种刀具如成形车刀、成形铣刀等中选择一到两把进行设计，也可另外指定一到两把刀具进行设计，时间为4天。
3.设计刀具的一般步骤
（1）确定刀具的类型；
（2）选择刀具材料；
（3）确定刀具合理的几何角度；
（4）确定刀具结构参数（包括：
刀体尺寸、刀齿齿数、刀齿和容屑槽形状和尺寸、刀具夹持部分的结构和尺寸等）；
（5）设计计算刀具的廓形；
（6）制订合理的技术条件（包括：
重要尺寸的公差、形位公差、各重要表面的粗糙度、对刀具材料及热处理的要求等）；
（7）考虑刀具的制造工艺及检验方法；
（8）绘制刀具工作图；
（9）编写出刀具设计计算说明书。
4.尖齿铣刀设计（该刀具设计资料很少）注：
这部分内容是从相关资料中汇集的，同学们可直接用！
（1）铣刀直径d和心轴（内孔）直径d1
选择铣刀直径时，应保证铣刀的轴具有足够的刚度和强度，刀齿具有足够的容屑空间以及能多次重磨。
在满足这些条件的前提下，尽可能选择较小的数值，否则，铣削扭矩大，动力消耗多，而且铣刀切入时间长，从而降低了生产率。
此外，小直径铣刀成本低，一般根据铣削用量和铣刀的轴来选择铣刀直径。
表1铣刀直径选择
铣刀名称
高速钢铣刀
硬质合金端铣刀
ap/mm
≤70
~90
~100
≤4
~5
~6
~6
~8
~10
ae/mm
≤5
~8
~10
≤60
~90
~120
~180
~260
~350
d0/mm
~80
80~100
100~125
~80
100~125
160~200
200~250
315~400
400~500
表1铣刀直径选择（续）
铣刀名称
圆盘铣刀
槽铣刀及切断铣刀
ap/mm
≤8
~12
~20
~40
≤5
~10
~12
~25
ae/mm
~20
~25
~35
~50
≤4
≤4
~5
~10
d0/mm
~80
80~100
100~160
160~200
~63
63~80
80~100
100~125
注：
如ap、bD不能同时与表中数值统一，而ap（圆柱铣刀）或bD（端铣刀）又较大时，则主要依据ap（圆柱铣刀）或bD（端铣刀）选择铣刀直径
铣刀直径d和心轴直径d1有如下关系
d=2.25d1
心轴直径由表2选取。
表2铣刀直径和心轴直径d1（mm）
整体铣刀直径d
40
50
60
75
90~100
130
150
镶齿条铣刀直径d
－
60
75
90
110
130
150
铣刀心轴d1
16
22
27
32
40
50
60
为了保证铣刀体壁厚有足够的强度，所选的d及d1还必须满足以下条件
d≥d1+2m+2h
式中m—铣刀体壁厚，通常取m≥0.3d（mm），m小时会引起键槽处在热处理或工作时裂开；
h—铣刀刀齿的高度（mm）。
图1硬质合金端铣刀
（2）铣刀的齿数z
铣刀按齿数多少可分为粗齿和细齿两种：
粗齿铣刀的刀齿强度高，容屑空间大，重磨次数多，但平稳性差，故多用于粗加工、或切削塑性材料（为有足够容屑空间）。
细齿铣刀刀齿较多，切削平稳，加工表面质量较好，故多由于半精加工和精加工。
在实际生产中，铣刀刀齿常按下式计算
式中d—铣刀直径（mm）；
K—根据铣刀种类和切削条件确定的系数，按表3选取。
表3系数K值
铣刀种类
螺旋角β/（︒）
K
粗齿圆柱平面铣刀
30
1.05
细齿圆柱平面铣刀
15~20
2
镶齿粗齿圆柱平面铣刀
20
45
55~60
0.9
0.8
0.5
细齿端铣刀
－
2
粗齿端铣刀
－
1.2
细齿槽铣刀
－
2
角度铣刀
－
2.8~2.5
成形铣刀
－
1.5~1.2
注：
对于角度铣刀和成形铣刀，大直径时K取小值，其余铣刀则小直径时K取大值。
（3）铣刀螺旋角β
1）直线齿背几何参数计算公式（图2）
β0=45︒~50︒
θ=β0+γ0+ε
式中γ0—铣刀的前角（︒）；
ε—360/z（z为铣刀齿数）
对于螺旋齿铣刀，zj应按下式选取
（β为铣刀螺旋角）
式中d—铣刀直径（mm）。
2）折线齿背与曲线齿背几何参数计算公式（图2）
θ1=β0+γ0+ε
θ2=60︒~65︒
r=1~4mm
α02=α01+8︒~12︒
铣刀的螺旋角β大时，因增大了实际工作前角和切屑卷曲半径，从而排屑方便，故可降低表面粗糙度，减少振动，但螺旋角β过大则会引起轴向力增大。
各种铣刀螺旋角见表4。
表4标准铣刀螺旋角β值
铣刀类型
β/（︒）
铣刀类型
β/（︒）
端铣刀
整体
25~40
盘铣刀
两面刃
15
镶齿
10
三面刃
8~15
圆柱形铣刀
细齿
30~45
错齿三面刃
10~15
粗齿
40
镶齿三面刃
L15mm
12~15
镶齿
20~45
L<15mm
8~10
立铣刀
30~45
组合齿三面刃
15
键槽铣刀
15~25
图2刀齿的几何形状（注：
刀齿的法剖面）
铣刀螺旋角的方向可根据具体工作情况确定。
在铣槽和侧面时，应按图3所示来选择铣刀的螺旋角β和铣刀的旋转方向。
图3铣刀螺旋槽方向
（4）刀齿的几何形状（图2）
刀齿的几何形状应满足：
应有足够的强度；有足够的容屑空间；保证排屑顺利；有足够多的重磨次数。
二、刀具工作图及设计计算说明书
1.绘制刀具工作图时应注意的主要问题
刀具设计计算最终要用刀具工作图表示出来，为刀具制造提供全部参数及要求。
刀具工作图在图纸中的布置，应当各部分之间协调，松、密恰当，整体美观。
绘制刀具工作图时应注意的主要问题如下：
（1）刀具工作图的画法
刀具工作图应表示出该刀具的结构特征及其具体尺寸。
同时除主要视图外，常有剖面图，局部放大图。
如切削刃口型式，分屑槽结构型式、小圆角及空刀槽等。
在绘制刀具工作图时，除按机械制图投影理论绘制外，通常还采用简化画法。
例如齿轮滚刀、蜗轮滚刀、花键滚刀等正视图其外圆及两端面用粗实线画，而刀齿、螺旋槽则可用双点划线简化表示，但螺旋方向必须一致。
拉刀切削部粗切齿、精切齿、校准齿，按类只画前后几个齿而中间齿可以用简化画出，即外圆用粗实线，容屑槽底用细实线，其拉刀长度可以断开等。
（2）刀具工作图的标注
刀具工作图像其它图纸一样按国家标准规范进行标注尺寸、公差及表面粗糙度。
形位公差尽量标注在图形上，有时为了简便也可用文字说明，写在技术要求中。
整体式刀具工作图与装配式刀具工作图其标注有不同之处，像标注零件图与装配图之区别一样。
（3）刀具工作图的比例
刀具工作图的比例通常是1:
1的比例，而对不同实际尺寸和结构复繁程度不同也可用放大或缩小比例。
当刀具工作图中有局部放大比例的图形时，一定在放大图形上方标明放大比例。
2.设计说明书的内容及要求
刀具设计说明书是绘制刀具工作图的依据，是刀具设计方案正确与否、几何参数选择合理与否的检验文件，因此刀具设计说明书应包括：
（1）原始条件及设计要求；
（2）刀具结构型式的确定；
（3）刀具材料的确定；
（4）刀具几何参数的合理选择及其计算；
（5）刀具结构设计及结构尺寸计算和验算；
（6）刀具强度、刚度的校核；
（7）确定刀具工作图的技术条件；
（8）设计体会。
刀具设计说明书大体上包含以上几方面，对于具体设计某种刀具可参考这种刀具设计示例。
对于刀具设计说明书，要求字迹工整、文图结合，简图明了、直观，计算步骤完整、正确。
说明书要用统一标准的课程设计说明书纸，最后装订成册。
三、刀具设计题目（根据实际工艺设计零件确定，以下为例子！
！
！
）
1.从自己的零件工艺中选择1把刀进行设计，比如
（1）成形车刀设计
设计活塞加工过程中的下列内容之成形车刀：
1）粗锪燃烧室，使用双面组合机床。
2）精车燃烧室，使用专用精车燃烧室车床。
（2）成形铣刀设计题
设计活塞）加工过程中的下列内容之成形铣刀（尖齿成形铣刀）：
1）铣内腔，使用立式专用内腔铣床。
2）铣上开裆，使用立式销座开裆铣床。
3）铣下开裆，使用立式销座开裆铣床。
4）铣避碰弧，使用卧式铣床。
2.其它成形车刀、综合式圆孔拉刀设计（见下一页）
3.要求：
不能设计普通的外圆车刀、端面车刀、麻花钻等标准刀具。
4.每个同学设计自己的刀具，互相不能重复。
即使结构相同，刀具的结构参数应有区别！
！
！
四、主要参考文献
（1）袁哲俊、刘华明主编.《金属切削刀具设计手册》,机械工业出版社，2008.
（2）刘华明主编.《金属切削刀具课程设计指导资料》,机械工业出版社.
（3）乐兑谦主编.《金属切削刀具》,机械工业出版社.
（4）四川省机械工业局编.《复杂刀具设计手册》,机械工业出版社.
（5）《机械工程手册》第47篇《金属切削刀具》,机械工业出版社.
（6）其它“机械制造装备方面”的手册。
综合式圆孔拉刀
课程设计题目之一：
工件直径为：
Φ30H7，长度为：
25～40mm，材料为45#钢，调质处理后硬度为HB220～250，抗拉强度为：
0.75GPa，工件如下图所示。
使用机床为L6140拉床。
试设计圆孔拉刀。
综合式圆孔拉刀
课程设计题目之二：
工件直径为：
Φ45H7，长度为：
45～60mm，材料为45#钢，调质处理后硬度为HB220～250，抗拉强度为：
0.75GPa，工件如下图所示。
使用机床为L6140拉床。
试设计圆孔拉刀。
圆孔拉刀
课程设计题目之三：
设计综合轮切式圆孔拉刀，已知数据和技术要求为：
拉后孔径为Φ28+0.0230；拉削长度为48mm；拉前用钻头预加工，拉前孔径为Φ27+0.280，工件材料为45#钢，硬度为HB220～240，拉削表面粗糙度为Ra1.6，使用机床为L6110。
成型车刀
课程设计题目之一：
工件如下图所示，材料为45#钢，σb=0.60GPa，HB=170～200，直径为Φ40mm，车削后不再磨削，要求车出全部表面，并切出预切槽，用C1336单轴转塔自动车床，试设计圆体成型车刀。
成型车刀
课程设计题目之二：
工件如下图所示，材料为45#钢，σb=0.60GPa，HB=170～200，直径为Φ35mm，车削后不再磨削，要求车出全部表面，并切出预切槽，用C1336单轴转塔自动车床，试设计圆体成型车刀。
成型车刀
课程设计题目之三：
工件如下图所示，材料为45#钢，σ
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