矩形花键拉刀与铣刀刀具教学规划使用说明.docx
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矩形花键拉刀与铣刀刀具教学规划使用说明
一、矩形花键拉刀设计
1.前言
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,生产率很高。
2.矩形花键拉刀的参数选择和设计计算
2.1原始条件及设计要求
要求设计一把矩形花键拉刀,花键大径D=60H10
mm,小径d=52H7
mm,键槽宽B=10H9
mm,键数n=8,倒角高度C=0.5mm,拉削长度L=35mm,工件材料为45钢,硬度为HBS190,σb=630MPa。
查表后，由花键拉刀的长度确定选用拉床L6120。
2.2拉刀材料选择
设计矩形花键拉刀采用W18Cr4V高速钢制造。
2.3拉刀拉削及定心方式选择
2.3.1拉削方式选择拉削花键槽常采用渐成式分层拉削方式,且采用倒角----花键----内孔的组合方式。
2.3.2定心方式由于小径定心花键拉刀加工出的花键孔,能使小径与大径、键槽之间达到很高的同轴度和对称度,能够更好的满足该设计要求,故选择小径定心方式。
2.3倒角齿参数确定
图1矩形花键拉刀倒角齿计算图
2.3.1倒角齿θ角查手册表4-29,由n=8,查得θ=45°。
2.3.2倒角齿测量值M
B1=B+2C=10+2×0.5=11mm
sinψ1=b1/d=0.2115,ψ1=12.21°
ψ2=45°-ψ1=32.78°
M=d×cosψ2/2=21.86mm
2.3.3倒角齿最大直径d1
OH=（2M-B×cos45°）/2sin45°=25.915mm
tanψB=B/（2×OH）=0.192938
dB=B/sinψB=52.78mm
d1=dB+（0.3—0.6）mm=53.23mm
2.4拉削余量按表4-1计算圆形拉削余量为1mm,预制孔径为51mm。
按表4-16,花键齿圆形齿的扩张量均为5um。
倒角余量A1=53.23-51mm=2.23mm
花键余量A2=60.115-（53.23-0.1）mm=6.985mm
实际圆形齿拉削余量A3=52.025-51mm=1.025mm
2.5齿升量选择按表4-4选择为
倒角齿:
αf1=0.065mm
花键齿:
αf2=0.050mm
圆形齿:
αf3=0.050mm
2.6各切削齿的几何参数设计
选择前角γ0=17°,精切齿与校准齿倒棱前角γ01=5°。
粗切齿α0=2.5°,ba1=0.1mm
精切齿α0=2.5°,ba1=0.2mm
校准齿α0=1.5°,ba1=0.2mm
2.7设计容屑槽
2.7.1齿距计算按表4-7计算p=（1.2—1.5）
=（1.2—1.5）
mm=8mm
选择校准和精切部分齿距p1=6mm
2.7.2选择容屑槽按表4-8采用曲线槽,粗切齿用深槽,h=3mm,精切齿用基本槽。
2.7.3校验容屑条件查表4-9得容屑系数k=3。
倒角齿齿升量大时,应校验之,应使满足式h≥1.13
:
1.13
=1.13
mm=2.95mm<3mm
所以满足条件,校验合格。
2.7.4校验同时工作齿数按表4-7得知L/p=4,即Zemin=4,Zemax=4+1,满足3≤Ze≤8的校验条件。
2.8花键齿截形设计
2.8.1花键齿宽B2B2max=Bmax-δb,B2min=B2max-Δb
查表4-16得拉刀扩张量δb=0.005mm,选取拉刀花键齿宽制造公差带宽Δb
=0.010mm,则
B2max=（10.036-0.005）mm=10.031mm
B2min=（10.031-0.01）mm=10.021mm
拉刀花键齿侧面应制出kr=0°的修光刃f,其下应磨出侧隙角1.5°。
2.9确定分屑槽参数除校核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。
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=50mm,卡爪底径d2=38mm。
2.11校验拉刀及拉床强度通过分析,确认倒角齿拉削力最大,因而计算拉刀倒角齿的拉削力。
∑aw=Z（B2max+2C）=8×（10.031+2×0.5）mm=88.25mm
Fmax=Fzˊ∑awZemaxk0k1k2k3k4×10-3
=（174+192）/2×88.25×5×1.15×1.15×0.9×1×0.001KN=96.11KN
拉刀最小截面积在卡槽底颈处,则拉应力为:
σ=Fmax/Amin=（96.11×4）/（382×л）GPa=0.085GPa<[σ]
拉刀强度校验合格。
根据表4-23、表4-24,拉床拉力为200×0.8KN=160KN,比Fmax大,拉床载荷校验合格。
2.12确定拉刀齿数及每齿直径
2.12.1倒角齿齿数
Z1=A1/（2×αf1）=2.23/（2×0.065）=17.15
取Z1=18
2.12.2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A2ˊ=0.21mm。
花键粗切齿齿数:
Z2=（A2-A2ˊ）/（2×af2）+1=68.75
取Z2=69,多切了0.25×0.05×2mm=0.025mm的余量,因此,减去一个精切齿并将其齿升量调整为0.04、0.03、0.015、0.0075mm.由于后2齿齿升量<0.5αf2,故为精切齿,前2齿为过渡齿。
2.12.3圆形齿齿数初拟方案与花键齿相同既拟切去A3ˊ=A2ˊ的余量。
圆形粗切齿齿数为:
Z3=（A3-A3ˊ）/（2×αf3）=8.15
取Z3=8,少切了0.15×2×0.05mm=0.015mm,需增加一个精切齿,其齿升量为0.0075mm,这样,圆形齿段具有精切齿8个,过渡齿3个,精切齿3个。
2.12.4校准部分齿数倒角齿不设校准齿,圆形齿和花键齿校准齿数查表4-14得
花键校准齿齿数Z2ˊ=4
圆形校准齿齿数Z3ˊ=7
2.12.5各齿直径基本尺寸见表1
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）
齿型
齿号
No.
直径基本尺寸
D（mm）
直径尺寸公差
（mm）
倒
角
齿
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
51．130
51．260
51．390
51．520
51．650
51．780
52．910
52．040
52．170
52．300
52．430
52．560
52．690
52．820
52．950
花键齿
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
67
68
69
70
71
72
72
73
74
75
76
77
78
79
80
55．330
55．430
55．530
55．630
55．730
55．830
55．930
56．030
56．130
56．230
56．330
56．430
56．530
56．630
56．730
56．830
56．930
57．030
57．130
57．230
57．330
57．430
57．530
57．630
57．730
57．830
57．930
58．030
58．130
58．230
58．330
58．430
58．530
58．630
58．730
58．830
58．930
59．030
59．130
59．230
花键齿
81
82
83
84
85
86
87
88
59．330
59．430
59．530
59．630
59．730
59．830
59．930
60．010
89
90
91
92
93
94
95
60．070
60．100
60．115
圆形齿
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
51．100
51．200
51．300
51．400
51．500
51．600
51．700
51．800
51．880
51．940
16
17
18
53．080
53．170
53．230
花
键
齿
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
53．130
53．230
53．330
53．430
53．530
53．630
53．730
53．830
53．930
54．030
54．130
53．230
53．330
53．430
53．530
53．630
53．730
53．830
53．930
54．030
54．130
54．230
106
107
51．980
52．000
108
109
52．015
110
111
112
113
114
115
116
52．025
2.13拉刀齿部长度
倒角齿段长度L1=（8×17+16）mm=152mm
花键齿段长度L2=（8×71+6×6+8）mm=612mm
圆形齿段长度L3=（8×10+11×6）mm=146mm
2.15拉刀其他部分设计按表4-17、4-19、4-23计算:
前柄l1=110mmd1=50f8
mm
颈部l2=m+Bs+A-l3=105mmd2=d1-0.5mm=49.5mm
过渡锥l3=20mm
前导部l4=40mmd4=51f7
mm
前柄端部至第1刀齿的距离L1ˊ=275mm
后导部l5=20mmd5=52f7
mm
后柄l6=120mmd6=50f8
mm
2.16拉刀总长及其校验
L=L1ˊ+L1+L2+L3+l5+l6=1325mm
查表4-26,允许拉刀总长度为1600mm,拉刀长度校验合格。
2.17制定技术条件
1）拉刀材料为W18Cr4V,要求热处理后,刀齿及后导部硬度为63—66HRC,前导部硬度为60—66HRC,前柄硬度为45—58HRC。
2）拉刀表面不得有裂纹、碰伤、锈迹等影响使用性能的缺陷。
3）拉刀切削刃应锋利,不得有毛刺、崩刃和磨削烧伤。
4）拉刀容屑槽的连接应圆滑,不允许有台阶,一般应磨光槽底。
5）圆精切齿外径极限偏差为
圆校准齿的外径极限偏差为
。
6）花键精切齿外径极限偏差为
校准齿的外径极限偏差为
。
7）花键齿宽度尺寸的极限偏差为
。
8）花键齿两侧面对拉刀基准中心平面的对称度公差为0.012mm,花键齿侧面沿纵向对拉刀基准轴线的平行度公差为0.012mm,拉刀槽截面内的平行度公差为0.012mm,拉刀倒角齿两角度面对花键齿中心平面的对称度公差为0.050mm。
二、矩形花键铣刀设计
1.前言
成形铣刀是用来加工成形表面的专用刀具，如加工凹凸圆弧面的成形铣刀以及加工齿轮用的盘形齿轮铣刀等。
它和车刀一样，其切削刃廓形是根据工件的成形表面形状设计计算的。
由于铣削时同时参加工作的切削刃总长度较长，且无空行程，而使用的切削速度也较高，故加工生产率高，表面粗糙度值小，得到了广泛应用。
2.矩形花键铣刀的参数选择和设计计算
2.1选择铣刀材料
成形铣刀材料一般用高速钢。
2.2对零件进行工艺分析
分析零件廓形,可看出该廓形对称且在1点曲线陡直.根据坐标可知该点的主偏角kr1为22.5°,如果取铣刀齿顶处后角αf=12°,则可求出
α1f=arctan（tanαfsinkr1）=4.65°
由于该廓形两边界的主偏角22.5°均为,其大小恰当,并能保证铣刀两端主后角都不致太小,故无须偏置。
2.3确定铣刀高度与齿形高度
图2花键廓形及各点坐标
铣刀宽度应比工作廓形宽度略大,为此将廓形延长,使横坐标分别达到-10mm和+10mm,则铣刀宽度为20mm。
当取铣刀前角为零时,该廓形与铣刀前刀面齿形相同,也是铣刀轴向齿形。
设该廓形上各组成点纵坐标为yi,齿形最低点纵坐标为yc,则各组成点的齿廓高度hn应为
hn=yi-yc
按上述公式计算出的工件齿廓各组成点的坐标及廓形高度如表2.由于是对称廓形,故未在图中标出4、5、6点.
表2工件廓形组成点的坐标及齿廓高度
组成点
x
y
hn
0
-10
11.72
11.72
1
-6.7
3.76
3.76
2
-5.14
0
0
3
0
0.51
0.51
4
5.14
0
0
5
6.7
3.76
3.76
6
10
11.72
11.72
铣刀齿形最大高度为hnmax,所以最大齿形高度h=11.72mm
2.4确定容屑槽底形式
由于工件廓形是对称的形状,查表3-3,槽底应采用加强Ⅳ型。
2.5确定铣刀孔径按表3-4,当铣刀宽度B=20mm时,可取D=22mm。
2.6初选铣刀外径按表3-5,当d=22mm,h=11.72mm时,可初选铣刀外径d0=70mm。
2.7初选铣刀齿数按表3-6,当铣刀h=11.72mm,d0=70mm,d=22mm时,可初选Zk=12。
2.8确定铣刀的后角及铲削量
取后角αf=12°
铲削量为K=（лd0/Zk）tanαf=3.90mm
采用Ⅱ型齿背,按附表2,取K2=0.8mm。
2.9确定容屑槽底半径
r=л[d0-2（h+k）]/（2AZk）
h较小,故取A=6,代入有关参数
r=0.85mm取r=1mm
2.10确定容屑槽角取θ=25°。
2.11确定容屑槽底形状和深度
按铣刀的外径、孔径、宽度,初步画出铣刀的轴向剖面图.如图3所示。
作距齿顶为H=h+r=12.72mm且平行于铣刀轴的直线,再距切削刃为H1=K+r=4.9mm,作切削刃的平移曲线,如图中的点划线所示,然后作一低于平移曲线的折线,既为铣刀槽底,其具体尺寸如图3所示。
2.12校验铣刀刀体强度
从图3可看出,m>0.3d,故刀体强度可满足要求.因铣刀采用了加强式容屑槽,可不验算刀齿齿根强度。
图3容屑槽底的形状和深度
2.13确定分屑槽尺寸按表3-7选取,p=8mm,p1=4mm,n=2。
2.14确定内孔空刀尺寸及键槽尺寸
内孔空刀尺寸按附表3确定,得
l1=7mm
键槽尺寸按附表1确定,得
b=6mmr=1.0mm
2.15确定铣刀的技术条件
铣刀材料选用W18Cr4V,热处理硬度为63—66HRC。
确定铣刀的齿形用样板检查,透光度不大于0.07mm。
铣刀外径do公差为h15,铣刀宽度B公差为h12,铣刀孔径d公差为H7。
切削刃的径向及端面跳动公差为0.03mm,刀体端面跳动公差为0.02mm,前刀面的径向性只许凹入且公差为0.06mm。
三、设计总结
通过这次矩形花键拉刀、矩形花键铣刀课程设计收获了很多,知道了基本的设计方法和思路,对一些基本刀具有了一个更好的了解。
经过这段时间的努力，我意识到我的学习太注重理论且不深入。
开始设计时，根本没有这些刀具的基本轮廓，在今后的学习中我会更加注意这方面知识的积累，使自己避免出现同样的情况。
四、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.
[2]庞学慧、武文革、成云平.《互换性与测量技术基础》。
北京：
国防工业出版社。
[3]乐兑谦主编．《金属切削刀具》．北京：
机械工业出版社．
[4]陈日主编.《金属切削原理》.北京:
机械工业出版社.
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