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矩形花鍵拉刀設計說明書 小組成員：葉先方 機自11班 20122462李江 機自11班 20122470張正懷 機自11班 20112653 目錄1.前言.22.矩形花鍵拉刀的設計.22.1選定拉刀材料及熱處理.22.2刀具結構參數(shù)、幾何參數(shù)的選擇與設計.22.3 刀具的全部計算.112.4 對技術條件的說明. .153. 參考文獻.16 1.前言金屬切削刀具課程設計是學生在學完“金屬切削原理及刀具”等有關課程的基礎上進行的重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，其目的是使學生鞏固和深化課堂理論教學內(nèi)容，鍛煉和培養(yǎng)學生綜合運用所學知識和理論的能力，是對學生進行獨立分析、解決問題能力的強化訓練。刀具課程設計是在學完刀具課以后，進行一次學習設計的綜合性練習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練。通過設計，運用所學過的基礎課、技術基礎課和專業(yè)課的理論知識，生產(chǎn)實習和實驗等實踐知識，達到鞏固、加深和擴大所學知識的目的。同時學習查閱有關的設計手冊、設計標準和資料，達到積累設計知識和提高設計能力的目的。本次課程設計完成了對成形車刀、矩形花鍵拉刀兩種刀具的設計和計算工作，說明書包括刀具類型材料的選擇，刀具結構參數(shù)、幾何參數(shù)的選擇，刀具的全部計算，對刀具的技術使用要求，安裝使用要求，鞏固深化了課堂理論教學內(nèi)容，運用各種設計資料、手冊和國家標準進行設計，培養(yǎng)了我們獨立分析解決問題的能力。 2.矩形花鍵拉刀的設計2.1 選定拉刀材料及熱處理拉刀用W18Cr4V高速工具鋼制造。熱處理硬度為：刀齒和后導部 HRC6366前導部 HRC6066柄部 HRC40522.2刀具結構參數(shù)、幾何參數(shù)的選擇和設計（1）拉刀的結構圖1表1代號名 稱功 用1柄部夾持拉刀，傳遞動力2頸部連接柄部和后面各部，其直徑與柄部相同或略小，拉刀材料及規(guī)格等標記一般打在頸部。3過度錐頸部到前導部的過渡部分，使拉刀容易進入工件孔中。4前導部起引導拉刀切削部進入工件的作用，5切削部擔負切削工作，包括粗切齒、過渡齒及精切齒。6校準部起刮光、校準作用，提高表面光潔度及精度，作為切削部的后備部。7后導部保持拉刀與工件的最后相對位置，防止在拉刀即將離開工件時因工件下垂而損壞工件已加工表面及刀齒。8尾部支持拉刀使之不下垂，多用于較大較長的拉刀，也用于安裝壓力環(huán)。 （2）切削方式：采用分層拉削方式中的同廓式拉削方式 （3 ）拉削余量：對于花鍵孔A=De-Do 拉刀刀齒結構： 表2名稱功用前刀面切下的切屑流出的表面主后刀面刀齒上和過渡表面相對的表面、最終形成已加工表面的面副后刀面刀齒上和已加工表面相對的表面、分屑槽兩側面刃帶也稱第一后刀面，是主切削刃和后刀面之間的后角為零的窄面，它有穩(wěn)定的拉削過程，防止拉刀擺尾的作用主切削刃是前后刀面的交線，用以形成過渡表面，完成主要的金屬切除工作副切削刃是前刀面和副后刀面的交線，分屑槽中也有兩條副切削刃過渡刃可以是直線或圓弧，它有助于減緩刀尖的磨損、主、副切削刃連接處的一段刀刃刀尖主副切削刃的相交點容屑槽其形狀必須有利于切屑卷曲，并能寬敞地容納切屑分屑槽減小切削寬度，降低切削卷曲阻力，便于切削容納在容屑槽內(nèi)，從而改善拉削狀況棱刀齒后刀面與齒背的交線齒背容屑槽中靠近后刀面的部分拉刀刀齒的幾何參數(shù)有：切削齒前角0，校準齒前角0g，切削齒后角0，校準齒后角0g，齒距p，容屑槽深h，齒厚g，刃帶寬ba1。拉刀刀齒的主要稽核參數(shù)前角、后角和刃帶寬數(shù)值的大小主要取決于工件材料和拉刀的結構形式。參照表5-5，各種花鍵拉刀，工件材料為球墨鑄鐵800-2，硬度為HBS250,故常用的材料的拉刀幾何參數(shù)為：拉刀形式工件材料前角0后角0刃帶寬ba1粗切齒精切齒校準齒切削齒校準齒粗切齒精切齒校準齒各種花鍵拉刀球墨鑄鐵硬度250552.540.51.500.050.10.150.30.6 （4）分層式拉刀粗切齒齒升量 根據(jù)表4-6查出當硬度為HRC62-65時，齒升量af=0.05-0.08mm，在這取af=0.06mm。 （5 ）拉刀幾何參數(shù) 根據(jù)表4-9，查得拉刀的前角o=5o 根據(jù)表4-10，查得粗切齒的后角o=3o+30，刃帶ba=0.05-0.15；精切齒的后角o=2o15，刃帶ba=0.05-0.15；校準齒的后角o=1o15，刃帶ba=0.7。（6）拉刀容屑槽及分屑槽的尺寸拉刀的齒距和同時工作拉刀切削部的齒距是拉刀的重要設要素。其影響如下：1）齒距過大，則拉刀過長，不僅制造成本高，拉削生產(chǎn)率也低；齒距過大，同時工作齒數(shù)太少，拉削過程不平穩(wěn)，影響拉削加工表面質量。2）齒距過小，容屑空間也小，切削容易堵塞；齒距過小，同時工作齒數(shù)會過多，切削力就增大，可能導致拉刀折斷及機床超載；齒距過小，還會給刃磨帶來困難，砂輪切入時有與相鄰刀齒碰撞的危險。 計算齒距的經(jīng)驗公式： P=(1.251.5)L1/2,取p=6.0工作齒數(shù)可按下式計算： Ze=L/p+(0.11)=5.5以上計算所得齒距p值，經(jīng)過對容屑系數(shù)、拉刀強度及拉床拉力驗算后，還需進行修正，最后參照表5-7得，齒距p=6,同時工作齒數(shù)Ze=5。（7）容屑槽1）計算齒距 粗切齒齒距Pr據(jù)式（22-3）計算，并參照附表22-3取接近的標準值 Pr=(1.251.75)L1/2=8mm過渡齒齒距: Pg= Pr=P10=8mm精切齒齒距：Pj=(0.60.8) Pr=6mm標準齒齒距 Pji計算：Fji=(0.60.8)Pr=6mm2）選取容屑槽形狀及尺寸容屑槽是形成刀齒的前刀面和容納切屑的環(huán)狀或螺旋狀溝槽。環(huán)形齒拉刀的拉削屬于封閉容屑槽形式；螺旋齒拉刀的拉削屬于半封閉容屑形式。切削容納在拉刀的容屑槽中，如果容屑空間不夠大，切屑會在槽內(nèi)擠塞，影響加工表面質量，嚴重的還會使刀齒崩刃或拉斷拉刀。參照表5-8，選用直線齒背型容屑槽型。 根據(jù)表4-14，直線齒背容屑槽尺寸：圖2容屑槽尺寸按下列公式計算： h=(0.30.4) p g=(0.30.35)p R=(0.650.7)p r=(0.50.6)h經(jīng)過計算得：h=2.43.2,g=2.42.88.R=5.25.6,r=1.21.92。參照表5-9，初步選h=3,r=1.7容屑槽尺寸的最后確定，須校驗其是否有足夠的容屑空間，即容屑槽的有效容積必須大于切屑體積，即VpVc，若忽略切削寬度方向的變形，即是要求上述體積可近似用拉刀軸剖面中的面積Ap和Ac來表示，二者的比值為容屑系數(shù)K，有： Ap/AcK式中：Ap為容屑槽的有效面積，Ap=h2/4;算得Ap=9.6；Ac=afL=1.75。最終算得Ap/Ac=5.48K3）校驗容屑條件取ac=2af,取K=4，計算H=1.13(k.ac.l)1/2=2.5mm已選定的容屑槽深度，合格4）分屑槽為了便于卷屑和容屑、減少切削力、改善已加工表面質量，應在拉刀前后刀齒上交錯地磨出分屑槽。設計分屑槽時應該注意以下幾點： 分屑槽的深度必須大于齒升量，即h>af,否則不起分屑作用。 為了使分屑槽上兩側的切削刃也有足夠的后角，槽底后角應大于拉刀刀齒后角，取為0+2。 分屑槽的數(shù)目nk應保證切削寬度不太大，便于卷曲成為較緊的切屑，有利于容納在容屑槽內(nèi)。當拉刀直徑d0>50mm時： nk=d0/(0.51.0) d01/2=28便于測量拉刀直徑，分屑槽數(shù)目一般取偶數(shù)。 在拉刀最后1個2個精切齒上，由于齒升量很小，切屑較少，可以不作分屑槽，以保證加工表面質量。 加工鑄鐵等脆性材料時，由于切屑呈崩碎狀態(tài)，不需磨出分屑槽。分屑槽位置：應前后齒錯開。根據(jù)表4-17,每個刀齒的分屑槽數(shù)nk=b/5-10（取小值） 當b=8時，s=2.5，bc=1.0，nc=0.5。拉刀前導部、后導部、柄部的結構尺寸圖3矩形花鍵拉刀前導部的尺寸：l3=L=20,l1一般取10mm、15mm、20mm,D3=前一根拉刀校準直徑減0.02mm,公差為-0.02mm,a=5mm10mm,d3=已加工內(nèi)花鍵的名義底徑減0.5，其公差按最大選取，b1=刃部鍵寬減0.02mm,偏差取f7。拉刀后導部的尺寸：l4=(0.50.7)L；D4等于校準齒直徑減0.05mm,偏差為-0.02；b4=刃部鍵寬或減去0.02mm。5）校準部 前角o校=5o，后角o校=1o，齒距t校=（0.6-0.8）t=4.8-6.4mm，取t校=6mm 根據(jù)表4-23查得齒數(shù)Z校=4-5個，取Z校=4個 最后一個精切齒及校準齒直徑應按下式確定：D校=Dmax，其中為孔的變形量。 拉刀校準部長度l校=t校Z校=64=24mm 6）柄部 根據(jù)表4-25查矩形花鍵拉刀柄部尺寸為：圖4 D1=24.75mm，D=29h13mm，D2=35mm，l1=23.5mm，l=12.5mm，l=18h13mm，c=8mm b=35kg/mm2時刀茗強度允許拉力為23100kg。 7）頸部及過度錐 拉刀頸部長度按下式計算：l2m+B+A-l3mm L3=10mm, l3=5mm L1公式：L1=l1+l2+l3+l3，其中l(wèi)3為拉刀進入卡頭部分的長度，l3為前導部長度。 8）前導部、后導部和尾部 前導部主要起導向和定心作用，故應和予制孔形狀相同。根據(jù)表4-31及4-32： 前導部：圖5說明：1、D3等于前把拉刀最后刀齒的直徑，偏差為表4-32。 2、d3等于加工的花鍵孔最小內(nèi)徑減0.5mm，只準許負偏差。 3、b3等于前一把拉刀花鍵齒寬減0.02mm。 4、l3=（0.75-0.1）l 5、a=5-10mm后導部：圖7說明：1、d4等于拉刀花鍵齒最大外徑減0.05mm，偏差取-0.2mm。 2、b4等于或小于0.02mm切削辭鍵寬。 當拉削孔內(nèi)有空刀槽時，后導部長度按下式計算：l后=l+c+（5-10）mm，式中：l為空刀槽寬度，c為前端拉削長度。 尾部在拉刀工作時支撐在拉床托架上，防止拉刀尾部下垂，對于小而輕的拉刀可不做尾部。 9）拉刀總長度 L=L1+l切+l校+l后+l尾，拉刀直徑為52mm，據(jù)表5-20，花鍵拉刀允許的最大總長度Lmax=1600mm。 10）拉刀強度校檢 拉削力計算 拉削力的計算公式為： Fc=FcbDZeKKKKw（kg），式中：Fc為切削刃單位長度上的切削力（N/mm2），見表5-13；bD為總切削寬度；查表得：Fc=177 （N/mm2）根據(jù)表4-34，F(xiàn)max=PnbZe（kg）， 式中：P單位長度切削刃上的拉削力（kg/mm），根據(jù)表4-35查得P=28.5（kg/mm）Ze最大同時工作齒數(shù)，Ze=4 n花鍵鍵數(shù)，n=8 b鍵寬，b=8mm因此Fmax=28.5884=7296（kg/mm） 拉刀強度校驗 校驗公式：=Fmax/Amin 式中：Fmax由表4-34中相應公式計算得。 Amin拉刀危險截面面積。拉刀的危險斷面可能在柄部，也可能在第一個切削齒容屑槽中（mm2） 拉刀材料允許的拉應力，表4-36查得=35-40（kg/mm2）柄部D=29mm，A=660.185mm2，所以=Fmax/Amin=7296/660.185=11.052.3 刀具的全部計算（包括計算公式和計算結果）表3已知條件：1、花鍵孔尺寸：外徑：De=14H10內(nèi)徑：D=11H7鍵寬：b=3H9鍵數(shù)：n=62、拉削長度：L=15mm3、工件材料：球墨鑄鐵800-2，硬度為HBS2504、預制孔直徑：Do=10mm序號項目符號計算公式或選取方法計算精度計算舉例1拉刀材料W18Cr4V2齒升量af查表4-6af=0.05mm3齒距tt校按表4-12t校=（0.6-0.8）tt=6mmt校=54同時工作齒數(shù)ZeZe=（l/t）+1Ze=3.55拉削余量切削順序根據(jù)表4-39加工順序為：1、圓孔 2、花鍵圓孔齒部分的設計計算6圓孔校準齒直徑D圓校D圓校=D圓校-由表4-24查得=00.001D圓校=11.025mm7圓孔拉削余量A圓A圓=D圓校-DominA圓=11.205-10=0.205mm8圓形切削齒齒數(shù)Z圓Z圓=（A圓/2af）+（3-5）Z圓=8.15取Z圓=8齒9圓形齒部分長度l圓切l(wèi)圓切=tZ圓l圓切=106=60mm10圓形校準齒齒數(shù)Z圓校查表4-23Z圓校=711圓形校準部分長度l圓校l圓校=t校Z圓校l圓校=511=55mm12圓形齒部分總長l圓l圓=l圓切+l圓校l圓=115mm花鍵齒部分的計算13第一個花鍵齒直徑D花1D花1=d2-0.1D花1=14.026-0.1=13.926mm14花鍵校準齒直徑D花校D花校=Demax-查表4-24，=0.010.001D花校=14.026-0.01=14.016mm15花鍵拉削余量A花A花=D花校-D花1A花=14.026-11=3.026mm16花鍵切削齒齒數(shù)Z花切Z花切=（A花/2af）+（3-5）Z花切=29.2取Z花切=2917花鍵切削部分長度l花切l(wèi)花切=tZ花切l(wèi)花切=631=186mm18花鍵校準齒齒數(shù)Z花校由表4-23取Z花校=419花鍵校準部分長度l花校l花校=t校Z花校l花校=64=24mm20花鍵齒部分總長l花l花=l花切+l花校l花=24+186=210mm21花鍵齒廓形尺寸花鍵齒寬度棱面寬度副偏角bfKrb=Bmax-，公差取-0.015f=0.8-1表4-40b=3.031f=0.80.2mmKr=1o30其他部分計算22容屑溝尺寸hrg由表4-8選取h=2.5r=1.3g=223校準齒容屑溝尺寸h校r校g校由表4-8選取h校=2r校=1g校=224分屑槽倒角齒和花鍵齒按表4-19尺寸交錯開分屑槽25前導部尺寸d3l3d3=Domin，偏差按d9l3=ld3=12.75l3=20mm26后導部尺寸d4l4d4=D花校-0.05，偏差啊-0.2l4=（0.5-0.7）ld4=12.7-0.2l4=10mm27切削角度和刃帶寬oba查表4-9查表4-10查表4-10各個刀具o=15o切削齒o=3o30標準齒o=1o15切削齒ba=0.05-0.15mm標準齒ba=0.7mm28過渡錐長度l3l3=10-20取l3=10mm29柄部尺寸D1Dlllc查表4-25D1=12.3mmD=80.34mml=20mml=32mml=90mmc=8mm30頸部長度l2=m+B+A-l3，m=15mmB、A見表4-30l2=24.75mm31由柄部前端到第一個切削齒的距離L1L1l1+l2+l3+l3L1137.532拉刀總長LL=L1+l倒+l圓+l花+l4L=540mm2.4 對技術條件的說明2.4.1 拉刀各部分的表面粗糙度表4部 位Ra刃帶0.4前后刀面；前后導部；各種花鍵拉刀齒形表面0.8柄部；過渡錐；矩形花鍵拉刀表面?zhèn)认睹?.6容屑溝底及齒背，頸部3.2花鍵刀齒底徑12.52.4.2 拉刀各部分尺寸偏差（1）拉刀外圓直徑在全長上的最大徑向跳動量之差（2）切削齒外圓直徑偏差：0.020（3）精切齒外圓直徑偏差按-0.01mm（4）校準齒外圓直徑偏差（包括與校準齒直徑相同的精切齒），查得-0.009mm（5）矩形花鍵拉刀其他尺寸偏差 鍵寬偏差：根據(jù)工件鍵寬的精度確定，可再-0.01-0.02之間 花鍵齒圓周相鄰齒距誤差，應小于拉刀鍵寬偏差，但不得大于0.02mm 花鍵齒圓周不等分累積誤差 花鍵齒的底徑偏差按d11或只準負偏差 花鍵齒兩側面的不平行度，螺旋度及鍵齒對拉刀軸線不對稱度在鍵寬公差范圍內(nèi)；倒角齒對拉刀軸線不對稱度不大于0.05mm 拉刀倒角齒計算值M的偏差：0.02mm2.4.3鍵槽拉刀的尺寸偏差 切齒齒高偏差（mm）齒升量齒高偏差相鄰齒高偏差0.050.080.0250.025 精切齒及校準齒齒高偏差取0.015mm 刀體側面和底面不直度偏差：鍵寬為312mm時為0.06/100 鍵寬偏差取為工件槽寬公差的1/3，但不大于0.02mm，符號?。ǎ?鍵齒對刀體中心線的不對稱度在拉刀鍵寬公差范圍內(nèi) 鍵齒對刀體中心不對稱的在鍵寬公差以內(nèi)2.4.4拉刀其他部分長度偏差 拉刀總長偏差：當L<1000mm時取2mm。 切削部分長度偏差取2mm。 校準部分長度偏差取1mm。 柄部長度取偏差取1mm。 前導部，后導部長度偏差取1mm。 容屑槽深偏差：當h<4mm時，取0.3mm。 3.參考文獻1 許先緒.非標準刀具設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社.19922 劉華明.刀具課程設計指導書.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學.19813 陳錫渠、彭曉南.金屬切削原理與刀具.北京：北京大學出版社.20064 陸劍中、孫家寧.金屬切削原理與刀具.北京：機械工業(yè)出版社.20065 樂兌謙.金屬切削刀具.北京：機械工業(yè)出版社.20016 武文革、辛志杰 金屬切削原理及刀具北京：國防工業(yè)出版社，20097 龐學慧、武文革. 互換性與測量技術基礎.北京：國防工業(yè)出版社.8 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