键槽拉刀的设计与工艺.docx
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键槽拉刀的设计与工艺
键槽拉刀的设计与工艺
任务书
1．设计的主要任务及目标
本设计的主要任务：
设计加工齿轮内孔键槽的拉刀，绘制加宽平刀体键槽拉刀以及带倒角齿键槽拉刀的图纸，并编制键槽拉刀的加工工艺规程。
目标：
1.通过本次设计了解键槽拉刀的种类、结构型式;
2.键槽拉刀所配拉削工装的要求、形状及尺寸;
3.键槽拉刀各种切削角度的选取原则。
4.通过工艺规程的编制，学习键槽拉刀的完整加工过程，掌握工艺规程。
2．设计的基本要求和内容
要求：
绘制的图纸符合机械制图国家标准，并做到内容完整、准确。
设计的工艺既要切合实际又要保证产品的精度要求，还要符合经济性的要求。
内容：
设计并绘制键槽拉刀的图纸，编制这两种键槽拉刀的加工工艺规程，并编写毕业设计论文。
3．主要参考文献
[1] 太原工具厂工艺资料
[2] 刘党生编.金属切削原理与刀具 [M].北京：
机械工业出版社，2009.
[3] 陆凤仪,钟守炎编.机械设计 [M].北京：
机械工业出版社，2004.
[4] 王先逵编.机械制造工艺学 [M].北京：
机械工业出版社，2006.
4．进度安排
设计各阶段名称
起止日期
1
确定设计思路，进行开题检查
2013.12～2014-03-14
2
完成键槽拉刀产品图。
2014-03-14～2014-03-30
3
进行工艺规程的编制，进行中期检查
2014-03-30～2014.04-25
4
完成工艺规程的编制，编写毕业设计论文
2014.04-25～2014.05-31
5
设计及及图纸整理，准备答辩
2014.05-31～2014-06-10
齿轮内孔键槽拉刀
摘要：
键槽拉刀顾名思义就是拉键槽的。
拉刀是由许多尺寸逐渐增高的刀齿组成的一种切削刀具，当在拉力作用下沿其轴线作直线运动，其刀齿便一个接一个地在被加工工件上切下一层薄薄的金属，从而使工件获得一定的形状、尺寸、精度和光洁度的键槽。
拉刀的这种工作方式叫做拉削。
关键字：
键槽拉刀，拉削，加工工艺，容屑槽，齿升量，刃磨
Thegearinnerhole keywaybroach
Abstract:
Asthenamesuggestsistopullthekeywaybroach.Broachisacuttingtoolbladeincreasedgraduallyfrommanydimensionsofcomposition,aslinearmotionalongtheaxisisundertension,thecuttertoothisoneoftheworkpiecebeingmachinedmetalcuttingunderathinlayeroftheworkpiece,sothattoobtainacertainshape,size,accuracyandfinishthekeyway.Thiswayofworkingiscalledbroachbroaching.
Keywords:
Machining keywaybroach, broaching,, groove, risepertooth, grinding.
1前言………………………………………………………………………………………………1
2键槽拉刀的设计……………………………………………………………………………2
2.1拉削余量的计算………………………………………………………………………………2
2.2拉刀横截面积尺寸……………………………………………………………………………2
2.3拉刀刀体部分尺寸……………………………………………………………………………5
2.4校准部分……………………………………………………………………………………7
2.5倒角齿计算…………………………………………………………………………………7
2.6拉刀光滑部分选择……………………………………………………………………………8
3设计数据整理……………………………………………………………………………12
4键槽拉刀加工工艺……………………………………………………………………………16
4.1零件分析………………………………………………………………………………16
4.2工艺说明…………………………………………………………………………………16
4.3键槽拉刀具体加工工艺设计见工艺流程卡和机械加工工艺卡片…………16
4.4刀具材料高速钢的应用………………………………………………………………………16
4.5刃磨时砂轮的种类与注意事项……………………………………………………………20
5数据图表附录………………………………………………………………………………22
结论…………………………………………………………………………………………………28
参考文献………………………………………………………………………………………………29
致谢…………………………………………………………………………………………………30
1
前言
齿轮内孔键槽拉刀， 用于拉削的成形刀具。
刀具表面上有多排刀齿，各排刀齿的尺寸和形状从切入端至切出端依次增加和变化。
当拉刀作拉削运动时，每个刀齿就从工件上切下一定厚度的金属，最终得到所要求的尺寸和形状。
拉刀常用于成批和大量生产中加工圆孔、花键孔、键槽、平面和成形表面等。
图1键槽拉刀
键槽拉刀一般用于通孔中加工键槽。
槽的形状多为矩形，键槽的位置和尺寸都与空有相对关系。
因此键槽拉刀在工作时以孔的表面来定位和导向。
键槽拉刀可作为圆刀体和平刀体两种类型。
圆刀体键槽拉刀工作时，时利用光滑的圆柱部分在工作孔中滑动并向的，由于这种刀体制造困难所以用的比较少。
平体键槽拉刀的截面多为矩形。
工作时，拉刀沿导套上的矩形槽运动。
导套的一端直接或通过过度套筒插入机床床壁孔中，并用螺丝钉固紧。
被加工零件套在导套的另一端。
如改变工件与导套的相对位置，就可以改变键槽与孔的相对关系。
例如采取特殊的导套，就可以在锥孔中加工键槽。
平刀体键槽拉刀又可以分为薄刀体和厚刀体两种。
薄刀体拉刀齿轮宽度等于刀体宽度，故又称等键厚键槽拉刀。
厚刀体拉刀的刀体宽度大于齿部宽度。
在工作条件允许的条件下，加厚刀体可增加拉刀的刚度。
用平刀体键槽拉刀加工深槽或加工不同槽深的零件时，常采用多行程拉削法。
每次行程后，在拉刀的底部和导套槽体之间加上一定厚度的垫片。
垫片的厚度等于每次行程的拉削余量。
而每次行程的拉削余量，大致等于拉削总余量除以行程次数的平均值。
在多行程拉削时，由于一把拉到数次走刀，槽壁上可能留有阶梯形不平处，光
洁度不高。
这时可使用校准键槽拉刀进行修正。
键槽拉刀的拉削方式常用渐成拉削法，也可采用组成拉削法，即使用与花键拉刀相似的刀齿结构。
拉刀从工件上把拉削余量切下来的顺序和方式，通常都用图形表达，称这种图形为“拉削图形”。
拉削图形分为分层式、分块式和组合式三大类。
组合式拉削集中了成形式拉削与轮切式拉削的特点，即粗切齿制成轮切式结构，精切齿则采用成形式结构。
这样，既缩短了拉刀长度，保证较高的生产率，又能获得较好的工件表面质量。
拉刀是一种高精度、高效率的多齿刀具，可用于加工各种形状的内、外表面。
其中，硬质合金可转位拉刀具有切削效率高、使用寿命长等特点，其应用日趋广泛。
由于拉削加工方法应用广泛，拉刀的种类也很多。
按受力不同可分为拉刀和推刀。
按加工工件的表面不同可分为内拉刀和外拉刀。
内拉刀是用于加工工件内表面的，常见的有圆孔拉刀、键槽拉刀及花键拉刀等。
外拉刀是用于加工工件外表面的，如平面拉刀、成形表面拉刀及齿轮拉刀等。
按拉刀构造不同，可分为整体式与组合式两类。
整体式主要用于中、小型尺寸的高速钢拉刀；组合式主要用于大尺寸拉刀和硬质合金拉刀，这样不仅可以节省贵重的刀具材料，而且当拉刀刀齿磨损或破损后，能够更换，延长整个拉刀的使用寿命。
2键槽拉刀的设计
2.1拉削余量的计算
A=（t'1＋△t'1－D）＋f0
式中A——拉削余量（毫米）
t'1——孔的键槽深度（毫米）
△t'1——t'1的公差（毫米）
D——工件孔的直径（毫米）
f0——键槽孔弦高
表1-1.常用孔径的键槽弦高f0值
孔径
D
键宽b
5
6
8
10
12
14
16
18
20
40
0.17
0.24
0.43
0.64
0.92
41
0.16
0.23
0.40
0.62
0.92
42
0.15
0.22
0.38
0.60
0.88
1.20
43
0.14
0.21
0.37
0.59
0.85
1.17
44
0.14
0.21
0.37
0.58
0.83
1.15
45
0.14
0.20
0.36
0.56
0.82
1.12
2.2拉刀横截面尺寸
图2刀齿横截面
（1）齿形部分尺寸
齿形部分宽度B
B＝bmax－δb
式中bmax——最大键槽宽度（毫米）
δb——键槽宽的扩张量，一般取δb＝0～0.01毫米
为了消除健齿齿面与工件已加工槽壁之间的摩擦，刀齿两侧面作有副偏角φ的间隙。
齿形部分高度h'
h'≥1.25h
式中h——容屑槽深度，按表3选取。
一般选取深容屑槽，以保证在高度方向齿能多次重磨。
图3容屑槽
表1-2.拉刀容屑槽尺寸
齿距
容屑槽尺寸
粗切齿
精切齿及校准齿
浅槽
基本槽
深槽
h
g
r
R
F
h
g
r
R
F
h
g
r
R
F
mm
mm²
mm
mm²
mm
mm²
9
7
2.5
3
1.3
5
4.9
3.5
3
1.8
5
9.6
4
3
2
7
12.6
10
7
3
3
1.5
7
7.1
4
3
2
7
12.6
4.5
3
2.3
7
15.9
11
8
3
4
1.5
7
7.1
4
4
2
7
12.6
4.5
4
2.3
7
15.9
12
9
3
4
1.5
8
7.1
4
4
2
8
12.6
5
4
2.5
8
19.6
13
10
3.5
4
1.8
8
9.6
4
4
2
8
12.6
5
4
2.5
8
19.6
2.3拉刀刀体部分尺寸
刀体宽度B1
B1＝b＋2～6（毫米）
拉刀第一齿高度H1的计算
最小高度H1min系根据拉刀强度确定。
H1min≥Pmax/B1[σ]＋h'
式中Pmax——最大拉削力
[σ]——材料的许应拉力，查表4
表1-3.不同材料允许的拉应力
拉刀类型
允许拉应力[σ]
高速钢
合金钢
具有环形刀齿拉刀（圆拉刀、方拉刀等）
35-40
25-30
具有不对称载荷的拉刀（键槽拉刀、平拉刀等）
20-25
15
最大高度Hmax系根据工件孔径和套件尺寸确定。
在高度H1时，必须保证amin≥0.15D
H1max＝y1＋y2
y1＝0.5√D²－b²
y2＝√（0.35D）²－（0.5B1）²
H1max＝0.5√D²－b²＋√（0.35D）²－（0.5B1）²
第一高度H1应满足：
H1min＜H＜H1max
H1≈（H1min＋H1max）/2
根据标准键槽，平刀体键槽拉刀的第一齿高度H1可按表5选取，一般无需计算。
表1-4.加厚刀体键槽拉刀横截面尺寸（毫米）
b
B1
H1
H0
Dmin
3
4
6
3.5
8
4
6
9
6
13
5
8
11
6.5
16
6
10
15
10
20
8
12
18
12
25
10
15
22
15
30
12
18
28
20
37
14
20
30
22
42
16
22
35
25
48
18
26
40
25
55
20
26
45
25
62
拉刀刀体部分高度H0
H0＝H1－h´
H0沿拉刀长度为常数。
拉刀最后切削齿和校准齿的高度Hn（一次拉削时）
Hn＝H1＋A
拉刀刀体边角作0.5-1×45°倒角。
2.4校准部分
键槽拉刀校准部分的齿形和齿距与切削齿相同。
有时为了减小拉刀的长度，校准
也可作成缩短齿距，其数量按照表1选取。
键槽拉刀一般不作后导部，最后一个校准
作加长齿背
当键宽b＜28时
l＝10毫米
当键宽b≥28时
l＝15毫米
校准部分长度
L2＝t（zz－1）＋10～15
如果键槽拉刀需要做倒角齿时，则这个加长齿背放在最后一个倒角齿上。
但是为了在
磨倒角齿时砂轮不碰坏最后一个校准齿，最后一个校准齿齿距要加长。
一般加长到25
毫米。
这时校准部分长度
L2＝t（zz－1）＋25
2.5倒角齿的计算
第一倒角齿高度Hj1
Hj1＝H1－aa1
aa1＝（cosα－cosθ）D/2
sinα＝b/D
sinθ＝（b＋2C）/D
式中C——倒角尺寸（毫米）
Hj1＝H1－（cosα－cosθ）D/2
最后一个倒角齿高度Hjn
Hjn＝Hj1＋C＋（0.3～0.6）
倒角齿测量尺寸M值
M＝{Hj1＋（b＋B1）＋C}sin45°
M值的偏差取±0.05毫米。
2.6键槽拉刀光滑部分的选择
图4拉刀柄部
（1）柄部的形状和尺寸
柄部的形状和尺寸应参考表6选择，采取快速卡头形式
表1-5.键槽拉刀柄部（快速卡头）基本尺寸
公称槽宽b偏差d4
B1偏差db
H偏差de4
l´´
l´
L1
C
b1偏差d7
f
最小横截面面积
3
4
6
12
15
60
3
2.5
0.5
14
4
6
9
12
15
60
3
4
0.5
36
5
8
11
12
15
60
4
5
0.5
55
6
10
15
15
20
70
4
6
0.8
90
8
12
18
15
20
70
6
8
0.8
144
14
-
30
18
25
80
8
10
1
300
16
-
35
18
25
80
8
11.5
1
402.5
18
-
40
22
25
80
8
13
1
520
20
-
45
22
25
80
8
15
1
675
24
-
50
22
25
80
10
18
1
900
28
-
55
28
30
80
10
21
1
1155
（2）拉刀光滑部分长度L´1的计算
L´1＝l1＋b′＋b″＋c′＋c″＋l′＋（0～15）
式中l1——进入卡头部分的长度。
根据夹固方法和拉刀尺寸选择。
b′——机床床壁厚度（毫米）
b"——花盘法兰厚度（毫米）
c′——导套法兰厚度（毫米）
c″——导套与工件配合部分长度
c″＝l0＋（5～15）毫米
l′——在每次拉削行程结束时不拆卸拉刀而要顺利套上工件所需增加的长度
l′＝l0＋（5～15）毫米
l0-——拉削长度（毫米）
如果每次行程拆卸拉刀，可以不要l′部分。
根据公式计算的L´1为最小容许值。
如果工作时部拆卸拉刀，采用下述办法，并且在
于拉刀光滑部分底层切去深度h0，使装夹工件时拉刀能下降h0，工件即可以自由在
拉刀有齿的部分上方套上导套。
切去部分的高度h0＞Hi－H（Hi为在装夹工件位置时，
拉刀面对工件端面的刀齿厚度）。
一般取h0＝0.5～1.5毫米。
切去部分刀第一齿距
离l´0，应保证拉刀在导套上稳固导向后第一齿在进行工作。
一般取l´0＝20毫米切
去部分伸长出导套的的长度l0＝10毫米。
即：
L´＝l0＋l´0＝20＋10＝30毫米
在拉削长度较大时，这种方法更为合理。
3设计数据整理
图5被加工工件尺寸
表1-6.设计数据总录
序号
计算项目
符号
计算公式或选取方法
计算精度
计算过程
1
拉刀材料
高速钢
2
几何参数
γαf
查表2-1查表2-2
γ＝15°±2°α＝3°30´±30´；αz＝2°±15´f＝0.05；fz＝0.2～0.3
3
加工余量
A
A＝（t´1＋∆t´1－D）＋f0查表1-1f0f0＝0.92
A＝（43.3＋0.2－40）＋0.92＝4.42
4
齿升量
Sz
查表2-3
Sz＝0.07
5
齿距同时工作齿数
tzi
查表2-4
t＝11zi＝6
（续表）
6
容屑槽尺寸
查表1-2取深容屑槽
h＝4.5；g＝4；r＝2.3
7
校验容屑系数
K＝0.785h²/Szl0≥Kmin查表2-5Kmin＝3.5
0.1
K＝15.9/（0.07×60）＝3.78K＞Kmin是允许的
8
柄部尺寸光滑部分尺寸
B1b1Hl1L´1
查表1-5L´1＝l1＋b´＋b"＋c´＋c"＋l´＋（0～15）b´和b"查表2-6可得b´＝75；b"＝35c´取8毫米c"＝l´＝l0＋10＝70
整数
B1＝18b1＝8H＝28l1＝80L´1＝80+75+35+8+70+70+2＝340
9
校验柄部强度
Pmax＝p*B*zi查表2-7得p＝28.2公斤/毫米σ＝Pmax/Fmin查表1-5得Fmin＝224毫米²查表1-3得［σ］＝25公斤/毫米²
整数0.1
Pmax＝28.2×6×12＝2059.2公斤σ＝2059.2/227＝9.19公斤/毫米²σ＜［σ］是合理的
（续表）
10
横截面尺寸第一齿横截面高度刀体高度刀体宽度最后切削齿横截面高度刀体宽度棱边副偏角
H1H0B1HnBf1φ1
查表1-4得Hn＝H1＋A其余各齿高度详见图纸B＝bmax－δbδb取0.01B的偏差取-0.01
0.010.001
B1＝18H1＝28H0＝20Hn＝28+4.42＝32.42B＝12.021-0.01=12.011-0.01f1=0.8～1.0φ1=1°30´
11
分屑槽尺寸
查表2-8
槽宽b1=1槽深h1=0.8槽底圆底半径r1=0.3
12
切削部分齿数长度
zq
zq=A/Sz+（2～5）Lq=zq*t
整数
zq=4.42/0.07+2=65Lq=65*11=715
13
校准部分高度齿数齿距长度容屑槽尺寸
HzzztzLz
Hz=Hn查表2-9查表1-2Lz=tz（zz-1）+25查表1-2
0.01
Hz=32.42zz=4tz=8Lz=8*（4-1）+25=41h=4.5;g=4;r=2.3
（续表）
14
倒角齿部分齿升量第一倒角齿高度最后一个倒角齿高度齿数倒角齿高度倒角齿的测量尺寸齿距长度容屑槽尺寸
SzHj1HjnzjMtjLj
sinα=b/Dsinθ=（b+2c）/DHj1=H1-（cosα-cosθ）D/2Hjn=Hj1+C+0.3zj=（Hjn-Hj1）/Sz+1M=［Hj1+（b+B1）+c］*sin45°偏差取±0.05tj=tzLj=tj（zj-1）+10同校准齿
0.010.01整数0.01
Sz＝0.16sinα=12/40=0.3α=17.46°sinθ=12.2/40=0.305θ=17.76°Hj1=22.35Hjn=22.75zj=3.5取zj=4M=27.04±0.05tj=8Lj=34
15
拉刀总长度
Lg
Lg=L´1+Lq+Lz+Lj
整数
Lg=1130
4
键槽拉刀加工工艺
4.1零件分析
本设计渐开线花键滚刀采用高速钢W18Cr4V，硬度为HRC63～66，该高速钢具有碳化物细小均匀、韧性高、热塑性好等优点。
由于此材料含W固提高了回火稳定性，但是需经过一次淬火、三次回火才能达标，所以在工艺设计热处理中要考虑这个问题。
原材料必须经过锻造使其晶粒细化，同时要缓慢冷却避免形成马氏体。
为了便于加工，还必须退火以降低硬度（一般采用等温退火）。
退火之后会形成索氏体和细粒状碳化物。
当车削加工完成后，需淬火（盐浴炉1210～1230°或箱式炉1210～1230°）回火（540～560°）以提高硬度，符合刀具硬度要求。
其中要注意加热时要在盐炉中，还需预热（730～840°）两至三次，采用油淬火。
进行多次回火使其弥散硬化。
4.2工艺说明
因拉刀的生产过程中多用到刃磨的技术，所以在生产工艺过程中刀具的刃磨尤为重要。
4.3键槽拉刀具体加工工艺设计见工艺流程卡和机械加工工艺卡片。
4.4刀具材料高速钢的应用
高速钢（HSS,HighSpeedSteel）我进入刀具行业时接触最多一类刀具材料。
那时最常见被称为“ㄙ18”（ㄙ发音为拼音“si”），其来源应该来自前苏联。
后来知道，我们当时所用高速钢应被称为“普通高速钢”，还有比它性能更好，如从合金成分上要明显优于它铝高速钢，钴高速钢（HSS-Co）等，或从冶炼方法上要明显优于它粉末冶金高速钢（PM-HSS，PowderMetallurgyHighSpeedSteel）；当然也有比它性能更低一些所谓“低合金高速钢”。
现有些人对“高速钢”这个名字有些不解，因为它速度比起眼下正流行硬质合金来要低许多。
但就高速钢诞生时候，它速度确比原有刀具材料高很多。
大约1900年前后，当美国机械工程师泰勒（F·WTaylor）冶金工程师怀特（M·White）发明它时，人们普遍用来切削刀具合金工具钢。
1900年由美国匹兹堡伯利恒钢铁公司生产W18Cr4V（即ㄙ18，又称T1，18-4-1，现国际标准代号为18-0-1）高速钢巴黎博览会上公开演示，成为高速钢发展史上第一个无可置疑里程碑。
十年后1910年，一位英国人这样写道：
“1900年巴黎博览会上，一些工程师看到了一部高速运转车床，上面装有一个工具，正用它尖头炽热消除一个暗蓝色碎片，工程师们意识到他们亲眼见证了工具钢机床方面一个革命开始
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