圆孔拉刀及矩形花键铣刀设计说明书
目录
一前言 (1)
二绪论 (2)
三刀具设计 (3)
（一）矩形花键铣刀的设计 (3)
1齿形设计计算 (3)
2结构参数选择计算 (3)
3矩形花键铣刀的技术条件 (5)
4刀具的全部计算 (7)
（二）圆孔拉刀的设计 (8)
1选定刀具类型、材料的依据 (8)
2刀具几何参数的选择设计 (9)
四总结 (15)
五致谢 (16)
六参考文献 (17)
一、前言
大学三年的学习即将结束，在我们即将进入大四,踏入社会之前，通过课程设计来检查和考验我们在这几年中的所学，同时对于我们自身来说，这次课程设计很贴切地把一些实践性的东西引入我们的设计中和平时所学的理论知识相关联。为我们无论是在将来的工作或者是继续学习的过程中打下一个坚实的基础。
我的课程设计课题目是矩形花键拉刀与矩形花键铣刀的设计。在设计过程当中,我通过查阅有关资料和运用所学的专业或有关知识，比如零件图设计、金属切削原理、金属切削刀具、以及所学软件AUTOCAD的运用，设计了零件的工艺、编制了零件的加工程序等。我利用此次课程设计的机会对以往所有所学知识加以梳理检验，同时又可以在设计当中查找自己所学的不足从而加以弥补，使我对专业知识得到进一步的了解和系统掌握。
由于本人水平有限,设计编写时间也比较仓促,在我们设计的过程中会遇到一些技术和专业知识其它方面的问题，再加上我们对知识掌握的程度，所以设计中我们的设计会有一些不尽如人意的地方, 为了共同提高今后设计设计的质量，希望在考核和答辩的过程中得到各位指导老师的谅解与批评指正,不胜感激之至.
二、绪论
2.1刀具的发展
随着社会的发展,时代的进步,刀具在生产中的用途越来越广.刀具的发展在一定程度上决定着生产率,中国加入WTO后,各行各业面临的竞争越来越激烈,一个企业要有竞争力,其生产工具必须具有一定的先进性.中国作为一个农业大国,其在机械方面的发展空间相当大,而要生产不同种类的零件,不管其大小与复杂程度,都离不开刀具. 目前，在金属切削技术领域中，我国和先进的工业国家之间还存在着不小的差距，但这种差距正在缩小。随着工厂、企业技术改造的深入开展，各行各业对先进刀具的需要量将会有大幅度的增长，这将有力地促进金属切削刀具的发展
2.2本课题研究的目的
课程设计作为工科院校大学生的必修环节，不仅是巩固学生大学所学知识的重要环节，而且也是在检验大学生综合应用知识的能力、自学能力、独立操作能力和培养创新能力，是大学生参加工作前的一次实践性锻炼。
通过本课题设计可以达到以下目的：
1. 综合运用学过的专业理论知识，能独立分析和拟订某个刀具合理的工艺路线，具备
设计中等复杂刀具零件的能力。
2. 能根据被加工零件的技术要求，运用刀具设计的基本原理和方法，掌握一些专用刀具
设计方法，完成刀具结构设计，提高刀具设计能力。
3. 熟悉和学会使用各种手册，能善于使用网络搜寻一些设计的相关资料，掌握一定的工
艺制订的方法和技巧。
4. 进一步提高计算机操作的基本技能﹑CAD及Pro/engineer软件应用能力(造型设计与
自动编程)﹑仿真模拟软件的应用。
三．刀具设计
（一）矩形花键铣刀的设计
1.齿形的设计计算
1.1前角为零时，工件法剖面截形就是铣刀的齿形。
1.2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
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Bw，则铣刀宽度B可取为稍大于B。
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
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Zk
铲齿成形铣刀的圆周齿数Zk可按下式计算
Zk＝Πdo/S
式中S为铣刀的圆周齿距，粗加工时，可取S＝（1.8－2.4）H
精加工时，可取S=(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αf，一般取αf＝10o－15o。相应的铲削量可按下式计算：K＝tgαfΠdo/Zk，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αox，验算应选ψx最小处的x点，验算公式可按下面公式：
sinψx
tgαox＝tgα
f
应使αox不小于2－3o。实际计算表明，当ψx<15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：r＝Π[do-2(h+K)]/2AZ
h
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
+r
（3）容屑槽深度H：H＝h＋K+K
2
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矩形花键铣刀的技术条件
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：
表4
3. 形状位置公差
表5
表6
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。
4刀具的全部计算
表7
（二）.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。
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
)mm,工件拉削孔长度30mm,空内无空刀槽，拉削表面粗糙度不得大工件直径Ф30H7( +0.025
于Ra1.6μm。工件拉削孔部截面图见图4-１。
工件材料：可锻铸铁KTZ550－04，调质处理,硬度HBS185,抗拉强度бb=550MPa。
拉床型号:L6120型;工作情况:良好的旧拉床。
采用10%极压乳化液。
要求设计圆拉刀。设计时应考虑:预制空加工方式;标准麻花钻钻削;拉削变形量：拉削
［设计步骤］
（1）选择拉刀材料及热处理硬度参考《金属切削刀具设计简明手册》附录5，工件
为550Mpa,可知,材料为3工件材料为可锻铸铁KTZ550－04，调质处理,硬度HBS185强度σ
b
选用W18Cr4V普通高速钢按整体式制造拉刀。拉刀的热处理硬度：刀齿及后导部63~66HRC;前导部63~66HRC；前柄40~52HRC；允许进行表面处理。
（2）确定拉削方式综合式拉刀较短，适用拉削碳钢和低合金
钢，拉削精度和表面质量并不低于其它拉削方式，且拉削耐用度较高。因此，本例选择综合式拉削。
(3)选择刀齿几何参数按表4-2、表4-3选择，具体见图4-1。
(4)确定校准齿直径本例以脚标o、w、m、c、g、j和x依次
表示拉刀、预制孔、拉削孔、粗切齿、过渡齿、精切齿和校准齿。
d=dmmax+δ=30.035mm
式中 δ——拉削变形（收缩）量，δ＝0.01mm 。
(5)确定拉削余量 计算余量（按表4-1）为
Ａ′=0.005dm ＋（0.1～0.2）l =(0.005X30+0.15X 30)mm=0.97mm
按GB1439—78《锥柄长麻花钻》第１系列取Ф29.0mm 的钻头。这样，实际拉削余量为 Ａ＝dox-dwmin=(30.031-29.0)mm=1.035mm
(6)选取齿升量 按表4-4，选取粗切齿齿升量ａf =0.04mm 。 (7)设计容屑槽 1）
计算齿距 按表4-7，粗切齿与过渡齿齿距为
Ｐ＝（1.2～1.5）l =（1.2～1.5）30=6.6～8.2mm 取 P=7mm
精切齿和校准齿齿距为Pj=Px=（0.6～0.8）P=5.5mm
2）选取拉刀容屑槽 查表4-8，选曲线齿背型，粗切齿和过渡齿取深槽，h=3mm ：精切齿和校准齿取基本槽，h=2mm 。
3）校验容屑条件 查表4-10得容屑系数k ＝3.0，则 h ′=1.13l af k )2(=1.13X 3004.020.3X X X mm=2.68mm
显然，h ′〈h ，容屑条件校验合格。
4）校验同时工作齿数 照表4-7计算（l/p ）=30/8=3,
z emin =3,z emax =3+１。满足３≤z e ≤8的校验条件，校验合格。
（8）确定分屑槽参数 拉刀粗切齿与过度齿采用弧形分屑槽，精切齿（最后一个精切齿
除外）采用三角形分屑槽。弧形槽按表4-12
设计，当d omin =29mm ，槽数n k =8，槽宽
a=d omin sin90o /n k -（0.3～0.7）mm =29Xsin90o /8-（0.3～0.7）mm=5mm
因a
w
＞a，可使拉削表面质量较好,前后刀齿重叠拉削而无空隙。
三角形槽按表4-11设计，d。=30mm
N=（1/7～1/6）πd。=15
槽宽b=1～1.2mm,深h′=0.5mm,槽形角w≥90o
前后刀齿的分屑槽应在圆周方向错开半个槽距，交错排列。
（9）选择拉刀前柄按表4-17，选用Ⅱ型—A无周向定位面的圆柱形前柄，取d=28mm,卡爪处底径d2=21mm,其他见图4-1。
拉刀无需设后柄。
（10）校验拉刀强度与拉床载荷按表4-20、表4-21和表4-22计算最大刀削力。根据
综合式拉削特点，切削厚度ac=2a
f
。
Fmax=FZ∑awzemaxk0 k1 k2 k3 k4×10ˉ3
=161×30π/2×4×1.27×1.15×1.13×1×1×10-3KN=50.06KN
拉刀最小断面为前柄卡爪底部，其面积为
Ａ
rmin =πd
2
2/4=Πx212/4mm2=346.19mm2
危险截面部位的拉应力为
б=F
max /A
rmin
=50.06/346.19GPa=0.145GPa
按表4-25，高速钢圆拉刀许用应力[б]=0.35GPa,显然，б<[б],拉刀强度校验合格。
按表4-23、表4-24和已知L6120型良好状态旧拉床，可算出拉床允许拉力
F
r
k=200X0.8KN=160KN
显然，Fmax （11）确定拉刀齿数和每齿直径尺寸按本章一、3.齿升量中所述，取过度齿与精切齿齿升量递减为：0.03、0.025、0.020、0.015、0.01、0.01mm,共切除余量 于1/2a f ,可属过渡齿；后4齿齿升量较小，属精切齿。 粗切齿齿数按下式计算后取整为 Z e =[A-(A g +A f )]/2a f +1=(1.035-0.22)/2X0.04+1=11 粗切齿、过渡齿、精切齿共切除余量 [（11-1）×2×0.04+0.22]mm=1.02mm 剩下（1.035-1.02）mm=0.015mm 的余量未切除，需增设一个精切齿切到要求的尺寸。 按表4-14，取校准齿7个，其直径尺寸d ox 已在前面计算确定了。 这样，拉刀总齿数为 z o +z g +z j +z x =11+2+5+7=25 图4-1中按齿号列出了各齿直径尺寸及其公差。 （12） 设计拉刀其他部分 按表4-19： 前柄 l １=100mm d １=28f8mm 颈部 l ２=m+B o +A-l 3≈110mm d 2=d 1-0.5mm=27.5mm 过渡锥l 3=15mm 前导部 l 4=40mm d 4=d wmin =29f7mm 后导部 l 7=20mm d 7=d mmin =30f7mm 拉刀前柄端面至第1刀齿的距离 L 1′=l 1′+m+B s ′+A+l 4=(95+20+75+35+40)mm=265mm (13) 计算和效验拉刀总长 粗切齿与过度齿长 l 5=8×(11+2)=104mm 精切齿与效准齿长 l o =5.5×(5+7)=66mm 按表4-26允许拉刀总长为28d =28×30mm=840mm,显然,拉刀短得多,所以长度合格。 o (14)制定拉刀技术条件应根据本章二。主要内容应列入拉刀工作图中。 四．小结 通过本次金属切削刀具课程设计我学到了：在设计过程当中,我通过查阅有关资料和运用所学的专业或有关知识，比如零件图设计、金属切削原理、金属切削刀具、以及所学软件AUTOCAD、PRO/E的运用，设计了零件的工艺、编制了零件的加工程序等。我利用此次课程设计的机会对以往所有所学知识加以梳理检验，同时又可以在设计当中查找自己所学的不足从而加以弥补。使我对专业知识得到进一步的了解和系统掌握。而且： （1）通过本次设计活动将理论与实践结合起来，巩固和加深所学的理论知识； （2）在整个设计过程中的各个环节可以更好的培养我们的创新思维能力、观察分析能力、工程实践能力及综合能力。 （3）加强了对自己专业的深刻认识，对金属切削刀具有了新的认识。 通过课程设计来检查和考验我们在这几年中的所学，同时对于我们自身来说，这次课程设计很贴切地把一些实践性的东西引入我们的设计中和平时所学的理论知识相关联。为我们无论是在将来的工作或者是继续学习的过程中打下一个坚实的基础。 五．致谢 通过这次实践机会，我熟悉了拉刀的结构及其功能，将理论知识运用到实践中，并且学会利用图书资料及网络材料查询自己需要的知识，总体上提高了设计能力。本次设计是在XXX老师的悉心指导下完成的。他学识渊博、工作务实、积极进取的勇气和魄力、以及对学生从严要求的治学态度都深深感染了我，值得我终身学习。他无私的奉献精神是我毕生学习和追求的目标。在今后的学习和生活之中，老师的教诲必将激励我不断奋发向上。 同时也要感谢与我相关的课题组的同学，他们在设计中给了我很大的帮助，和他们的讨论时常使我豁然开朗，他们给了我很多很好的设计建议，使我的设计加快了进程。 在此向所有给予我帮助和支持的老师和同学表示深深的谢意！ 六．参考文献 1刘华明. 金属切削刀具设计简明手册 .北京：机械工业出版社.1947 2沈鸿 . 机械工程手册 . 金属切削刀具部分.北京：机械工业出版社 .1980 3沈鸿 . 机械工程手册 . 材料部分. 北京：机械工业出版社 .1980 4乐兑谦.金属切削刀具北京：机械工业出版社 2005 5上海市金属切削技术协会编金属切削手册上海科学技术出版社 1982 5 6实用刀具图册北京：机械工业出版社1984 7公差与配合手册北京：机械工业出版社2000 8刀具课程设计手册哈尔滨工业大学 1981 9拉刀设计与使用北京：机械工业出版社1984 10 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.2006
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