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23刀具课程设计说明书

目录

1.前言2

2.圆孔拉刀的设计2

2.1选定刀具类型、材料的依据2

2.2刀具结构参数、几何参数的选择和设计3

2.3刀具的计算（包括计算公式和计算结果）9

2.4对技术条件的说明13

2.4.1拉刀各部分的表面光洁度13

2.4.2拉刀各部分尺寸偏差13

3.铣刀的设计14

3.1齿形的设计计算14

3.2.结构参数的选择及计算14

3.3成形铣刀的技术条件16

3.4刀具的计算18

4.参考文献20

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.圆孔拉刀的设计

2.1选定刀具类型、材料的依据

（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《金属切削刀具设计简明手册》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，选择W18Cr4V，HRC62-65

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

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。

表1

（2）切削方式：

采用综合轮切式拉削方式

（3）拉削余量：

A=0.05

+（0.1~1.2）

（4）综合轮切式拉刀粗切齿齿升量

根据工件材料KYH300-06硬度HBS120，所以,齿升量

=0.05-0.12mm，在这取

=0.1mm。

（5）拉刀几何参数

根据表4-2，查得拉刀的前角γo=

根据表4-3，查得粗切齿的后角αo=3o+30‘，刃带

0.1；

精切齿的后角αo=2o+30‘，刃带

=0.1~0.2；校准齿的后角αo=1o+30’，刃带

=0.2~0.3。

（6）齿距及同时工作齿数

根据表4-7，拉刀齿距计算公式：

精切齿及过渡齿

精切齿及校准齿为

同时工作齿数：

（取整）

经计算得

mm，按表4-8取标准值为：

（7）容屑槽

根据表4-8，直线齿背容屑槽尺寸：

图2

p=7mm时，g=2.5mm，h=2.5mm，r=1.3mm

根据表4-9，容屑系数K值当p=7mm，af=1mm时，K=3.0

（8）分屑槽

分屑的作用：

使切屑易于变形，易于卷屑。

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

（取小值）

图3

（9）校准部

前角γo校=16o±2o，后角αo校=1o±15′齿距p校=p，取p校=7mm

根据表4-23查得齿数Z校=5~7个，取Z校=5个

最后一个精切齿及校准齿直径应按下式确定：

D校=Dmax±δ，其中δ为孔的变形量。

拉刀校准部长度l校=p校×Z校=7×5=35mm

（10）柄部

根据表4-25查得圆拉刀柄部尺寸为：

图4

D1=18mm，D＇=13.5mm，D2=17.7mm，l1=80mm，

l＇=16mm，l＇＇=20mm，c=3mm

σb=35kg/mm2时刀齿强度允许拉力为23100kg。

（11）颈部及过度锥

拉刀颈部长度按下式计算：

l2≥m+

+A-l3mm

式中：

B-机床床壁厚度，根据表4-30查得机床型号L6120，

=75mm

A-花盘法兰厚度，根据表4-30查得机床型号L6120，A=35mm

m-卡头与机床床壁间隙，可取m=10-20mm，在这取15mm

l3＇-过渡锥长度，一般l3＇=10-20mm，在这取15mm

因此求得l2≥110mm。

图5

图中：

床壁孔径200mm，B=75mm，花盘孔径150mm，a=75mm，A=35mm

拉刀颈部直径D2可比柄部直径D1小0.3-1mm，也可以取颈部与柄部直径相同，以便于一次磨出。

L1＇公式：

L1＇=l1+l2+l3＇+l3，其中l1为拉刀进入卡头部分的长度，l3为前导部长度。

（12）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：

图6

说明：

1、D3等于前把拉刀最后刀齿的直径，偏差为表4-32。

2、l3=l=40mm

3、a=5-10mm

4、D3=20mm

后导部：

图7

说明：

1、l4=l=40mm

2、

=21mm

（13）拉刀总长度

L=L1＇+l切+l校+l后+l尾，一般拉刀总长度与直径比L/do≤28

根据表4-33，当do=20mm时，Lmax=500mm

（14）拉刀强度校检

1o拉削力计算

根据表4-34，Fmax=3.14·F＇·D·Ze/2（N），

式中：

F＇—单位长度切削刃上的拉削力（N/mm），根据表4-35查得F＇=320（N/mm）

Ze—最大同时工作齿数，Ze=5

D—工件直径为20mm

因此Fmax=3.14×320×20×5/2=50240（N）

2o拉刀强度校验

校验公式：

σ=Fmax/Amin≤[σ]

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（mm2）

[σ]—拉刀材料允许的拉应力，表4-36查得[σ]=343~392（MPa）

柄部D=13.5mm，A=143.07mm2，所以σ=Fmax/Amin=351.2≤[σ]

因此，合格。

3o拉床拉力校验

校验公式：

Fmax≤k[Qmax]

式中：

[Qmax]—拉床允许的最大拉力，由表4-30得[Qmax]=10000kg

k—系数，由于是良好状态的旧机床，k取0.8。

因此，k[Qmax]=0.8×10000=8000kg＞Fmax

所以，合格。

2.3刀具的计算（包括计算公式和计算结果）

已知条件：

1、拉削长度：

L=40mm

2、工件材料：

30钢，硬度HBS180，强度σ=500MPa

3、予制孔直径：

Do=φ55H7mm

4、拉床型号：

L6110

5、拉削光洁度：

▽6

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

拉削余量

A

A=0.05

+（0.1~1.2）

查表4-1

A=1.4mm

3

齿升量

af

查表4-5

af=0.1mm

4

切削齿

齿距

t

按表4-7

从表4-8选取

整数

取p=7mm

5

同时工作齿数

Ze

Ze=（l/p）+1

整数

Ze=5

6

拉削方式

综合轮切式

7

容屑沟形式

取直线齿背

制造简单

8

容屑系数

K

表4-16

K=3.0

9

容屑沟深度

h

表4-16公式2

h≥1.13（af·l·K）1/2

0.01

h≥0.619

10

容屑沟尺寸

h

g

r

根据表4-8

当p=7时,取II型

h=2.5mm

g=2.5mm

r=1.3mm

11

切削齿前角

切削齿后角

γo

αo

根据表4-2

根据表4-3

γo=10°

αo粗=3°+30′

αo精=2°+30′

αo校=

12

分屑槽数

按表4-22选取

（或按表4-17计算）

按表4-18

n=12（粗切齿）

n=24（精切齿）

13

粗算切削齿数

Z切

Z切=A/2af+（3～5）

整数

Z切=1/0.08+（3～5）

=16～18

齿数不多,可做一把拉刀

14

校准齿直径

D校

D校=Dmax-σ

σ值由表4-24选取

D校=55.03-0.04

=55.026mm

（σ=0.04）

15

校准齿齿距及容屑沟尺寸

t校

h校

g校

r校

当这p≤10时

取p校=p

t校=7mm

h校=2.5mm

g校=2.5mm

r校=1.3mm

16

校准齿齿数

Z校

按表4-23

取Z校=5

17

校准齿角度

γo校

αo校

前角按切削齿

后角按表4-10

γo校=10°

αo校=1°+30′

18

刃带宽度

ba粗

ba精

ba校

查表4-10

ba粗≤0.10mm

ba精=0.20mm

ba校=0.20mm

19

柄部尺寸

D1

D＇

l＇

l＇＇

l１

c

查表4-17

D1=20mm

D＇=17.7mm

l＇=16mm

l＇＇=20mm

l１=80mm

c=3mm

20

颈部长度

过渡锥长度

l2

l3′

l2=m+

+A-l3＇，

m=10～20mm

、A见表4-23

l3＇=10～20mm

取m=15mm

B=75mm

A=35mm

取l3′=15mm

l2=20+60+30-10

=110mm

21

前导部

d3

l3

按表4-31

d3=Dmin

l3=l

d3=20f7mm

l3=20mm

22

后导部

d4

l4

按表4-31

d4=Dmin

l4=（0.5～0.7）l

且

d4=20HHHfmm

l4=（1/2～2/3）20

取l4=20mm

23

柄部最前端到第一个切削齿的距离

L1＇

L1＇=l1+l2+l3′+l3

L1＇=161mm

24

最大拉削力

Fmax

按表4-34式1

Fmax=3.14·p＇·D·Ze/2

p＇按表4-28Dmin

Fmax=3.14×320×20×5/2=50240小于拉床额定拉力

25

拉刀强度校验

σ

σ=Fmax/Amin≤[σ]

[σ]由教材P.87查得为343~392MPa

dmin=13.6mm

Amin=3.14×13.62/4

σ=351.2

拉力强度足够

26

切削齿直径尺寸

Dn+1=Dn+2af

具体尺寸详见工作图

Z粗=14

Z精=5

27

切削部分长度

l粗

l精

l粗=7×Z粗

l精=7×Z精

l粗=7×14=98

l精=×5=35

28

校准部分长度

l校

l校=p校×Z校

l校=7×5=35

29

拉刀总长

L

L=L1＇+l粗+l精

+l校+l4

L=161+98+35+35

+20=350mm

取L=350mm

30

拉刀工作图

图中列表注出各刀齿

直径尺寸及技术条件

见拉刀图

表2

2.4对技术条件的说明

2.4.1拉刀各部分的表面光洁度

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

表3

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.拉到其他部分长度偏差

（1）.拉刀总长偏差：

当L<1000mm时取±2mm。

（2）.切削部分长度偏差取±2mm。

（3）.校准部分长度偏差取±1mm。

（4）.柄部长度取偏差取±1mm。

（5）.前导部，后导部长度偏差取±1mm。

（6）.容屑槽深偏差：

当h<4mm时，取±0.3mm。

3.铣刀的设计

铣刀是一种应用广泛的多齿多刃回转刀具。

铣削加工时，铣刀绕其轴线转动，而工件则作进给运动。

铣削是同时参加工作的切削刃总长较长，且无空行程，而使用的切削速度也较高，固加工生产率一般较高，表面粗糙度值较小。

铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要，切屑粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的。

总之，根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好，耐用度高的铣刀，是充分发挥铣床的生产效率和获得满意的加工质量的前提。

3.1齿形的设计计算

1.前角为零时，工件法剖面截形就是铣刀的齿形。

2.前脚大于零时

铣刀有了前角以后，其刀齿在径向截面的齿形和前刀面上的齿形，就与工件法剖面的截形不同了。

设γf为铣刀外圆处的纵向前角，当γf较大时，铣刀径向截面和前刀面上的齿形需进行修正计算。

下图所示的是工件齿形和铣刀齿形得关系，其中（b）为给定的工件齿形；（c）为铣刀径向截面应具有的齿形，即铲刀应具有的齿形；（d）为铣刀前刀面的齿形，即样板应具有的齿形。

图8

3.2.结构参数的选择及计算

1.铣刀齿形高度h

设被切工件成形部分高度为hw，则成形铣刀齿形高度应为：

h＝hw＋（1－2）mm

2.铣刀宽度B

设被切工件阔形宽度为

，则铣刀宽度B可取为稍大于

。

3.容屑槽底形式

铲齿成形铣刀容屑槽底形式通常有两种，即平地形式和中间有凸起或槽底倾斜的加强形式。

在铲削深度较小和刀齿强度足够的情况下，应采用平底形式。

在铣削深度较大时，宜采用加强形式。

4.铣刀的孔径d

铣刀的孔径d应根据铣削宽度和工作条件选取，可以按刚度，强度条件计算，也可根据生产经验选取。

5.铣刀的外径do

对于平底形式的容屑槽，铣刀外径可按下面公式计算：

do＝d+2m＋2H

式中：

d－铣刀孔径

m－壁厚，一般取（0.3－0.5）d

H－全齿高

由于全齿高的计算又需依据外径do，因此，用上式直接计算铣刀外径是困难的，我国一些工厂采用下式估算铣刀外径：

do＝（2－2.2）d＋2.2h＋（2－6）

根据上面公式的计算结果再取外径的推荐值。

6.铣刀的圆周齿数

铲齿成形铣刀的圆周齿数Zk可按下式计算

式中S为铣刀的圆周齿距，粗加工时，可取t＝（1.8-2.4）H

精加工时，可取t=（1.3-1.8）H，式中H为容屑槽的高度。

但是在设计成形铣刀时，直接按公式计算圆周齿数是困难的，因为式中H尚未确定，而确定它时，又要反过来依据铣刀的圆周齿数。

因而在设计时，可根据生产经验按铣刀外圆直径的大小预先选定圆周齿数，在设计计算出铣刀的其他结构参数后再反过来校验圆周齿数设计得是否合适。

7.铣刀的后角及铲削量K

设铲齿成形铣刀的顶刃径向后角为

，一般取

＝10o－15o。

相应的铲削量可按下式计算：

，式中do为铣刀外径，Zk为圆周齿数。

求出铲削量后，应按附录表40所列的铲床凸轮的升距选取相近的K值。

初步选定径向后角和计算出铲削量以后，需验算刀齿侧刃上一点x的主剖面后角

，验算应选ψx最小处的x点，验算公式可按下面公式：

应使

不小于2－3o。

实际计算表明，当

<

时，常满足这宜要求，可采用增大顶刃后角，斜置工件，斜铲齿等方法增大侧刃后角。

对于精度要求高的成形铣刀，其齿背除铲齿外尚需进行铲磨。

为使铲磨时又砂轮空刀，齿背后部应做出深铲部分。

选择II型深铲形式，经计算选K＝4，K2=0.7－0.8

8.容屑槽尺寸

（1）容屑槽底半径r

可按下式计算：

式中A为系数，当铲齿凸轮空程角δ＝60时，A＝6，当δ＝90时，A＝4。

对于需要铲磨齿背的成形铣刀，通常取δ＝90o计算出的r应圆整刀0.5mm。

（2）容屑槽间角θ：

一般取20o－35o

（3）容屑槽深度H：

H＝h＋K+K2+r

9.分屑槽尺寸

当铣刀宽度B<20时，切削刃上不需要作分屑槽。

10.刀齿、刀体强度和砂轮干涉的校验

由以上所述可以看出，在确定铲齿成形铣刀的外径do，齿数Zk，铲削量K，容屑槽深度H......等参数时，常常互相牵涉，难以直接确定某一参数。

因此，需采取试算的方法，首先假设几个参数的数据，再根据他们确定其他一些参数。

这样选定成形铣刀的各参数后，还需进行校验，检验铣刀结构是否紧凑，合理，刀体，刀齿强度是否足够。

3.3成形铣刀的技术条件

1.光洁度（按GB1031－68）

（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4

2.尺寸公差：

序号

名称

符号

公差

1

铣刀外径

do

h16

2

铣刀宽度

B

h12

3

铣刀孔径

d

H7

4

铣刀键槽宽度

b

（Dc7）

5

内孔至键底距离

t1’

H14

表4

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

do<100

do≥100

0.03

0.04

2

刀体端面跳动

do<100

do≥100

0.02

0.03

3

前面的径向性（只许凹入）

H≤10

10

20

H>30

0.04

0.06

0.09

0.12

表5

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

≤4

4－12

12－22

>22

0.03

0.05

0.07

0.08

0.06

0.09

0.12

0.15

表6

5.材料及热处理

铣刀材料一般用高速钢，热处理后硬度应为HRC63－66。

在铣刀的工作部分，不得有脱碳层和软点。

3.4刀具的计算

已知条件：

欲加工矩形花键轴，其尺寸为：

外径

＝26a11，内径

＝23f7，

键数Z＝6，键宽b＝6d10，键底圆角半径r＝1，工件材料为KTH300-06。

序号

计算项目

符号

确定方法或计算公式

计算精度

设计计算数据

1

齿槽半角

ф

ф＝180/Z

0.01o

ф＝30o

2

齿顶圆弧中心半角

ψ

0.01o

ψ＝16.2o

3

齿顶宽

Ba

Ba＝Dfminsinψ

0.01

Ba＝6.42

4

初算齿廓高度

h

h＝（Da－Dfmincosψ）/2＋（1－2）

整数

h＝4

5

铣刀宽度

B

B＝Ba＋2htgф

整数

B=10

6

按铣刀宽度最后确定齿廓高度

h

h＝（B-Ba）/2tgψ

0.01

h＝5.30

7

铣刀齿顶圆弧半径

Rf

0.01

Rf＝11.5

8

齿顶圆角半径

ro

ro＝r

0.1

ro＝r＝1

9

铣刀前角

γf

精加工γf＝0o

粗加工γf＝5－20o

γf＝0o

10

容屑槽形式

根据工件廓形确定

取平底形

11

铣刀孔径

d

可根据铣刀宽度表3-4选取

根据B=10，查出d＝16

12

铣刀外径

可按表3-5选取

初选

=70

13

铣刀圆周齿数

Zk

可按表3-6初选

初选Zk=12

14

铣刀的后角

αf

一般选αf=8o－15o

验算侧刃后角公式为tgαo＝tgαfsinф

1o

取αf=10o

αo＝5.04o

可以满足条件

15

铲削量

K

K1

K1＝（1.3－1.5）K

0.5

K=3

K1＝4

16

容屑槽圆角半径

r

0.5o

r＝1.63

取r＝2

17

容屑槽深度

H

H=h＋（K＋K1）/2

＋r

0.1

H＝9.5

18

容屑槽间角

θ

θ＝20o－35o

取θ＝20o

19

分屑槽尺寸

按表5－8选取

取两个分屑槽t1＝4，t2＝8，前后齿错开

20

键槽尺寸

按附录表6选取

见工作图

21

空刀倒角尺寸

按附录表25选取

见工作图

22

技术条件

按表5－9，

5－11选取

见工作图

表7

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，1884.7

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