刀具課程設(shè)計(jì)成形車刀及矩形花鍵拉刀設(shè)計(jì)

1、中北大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)學(xué)生姓名：張遠(yuǎn)鋒學(xué) 號(hào)：0702014135 學(xué) 院：機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化題 目：成形車刀及矩形花鍵拉刀設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：龐學(xué)慧 職稱:教授指導(dǎo)教師：武文革 職稱:教授2010年5月31日 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2009/2010學(xué)年第2學(xué)期學(xué) 院：機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué) 生 姓 名：張遠(yuǎn)鋒學(xué) 號(hào)：0702014135課程設(shè)計(jì)題目：成形車刀及矩形花鍵拉刀設(shè)計(jì)起 迄 日 期：5月31日6月5日課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)：工字樓指 導(dǎo) 教 師：龐學(xué)慧、武文革系 主 任：王 彪下達(dá)任務(wù)書(shū)日期:2010年5月31日課 程 設(shè)

2、計(jì) 任 務(wù) 書(shū)1設(shè)計(jì)目的：金屬切削刀具課程設(shè)計(jì)是學(xué)生在學(xué)完“金屬切削原理及刀具”等有關(guān)課程的基礎(chǔ)上進(jìn)行的重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，其目的是使學(xué)生鞏固和深化課堂理論教學(xué)內(nèi)容，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和理論的能力，是對(duì)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立分析、解決問(wèn)題能力的強(qiáng)化訓(xùn)練。 通過(guò)金屬切削刀具課程設(shè)計(jì)，具體應(yīng)使學(xué)生做到： (1) 掌握金屬切削刀具的設(shè)計(jì)和計(jì)算的基本方法； (2) 學(xué)會(huì)運(yùn)用各種設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)和國(guó)家標(biāo)難；(3) 學(xué)會(huì)繪制符合標(biāo)準(zhǔn)要求的刀具工作圖，能標(biāo)注出必要的技術(shù)條件。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：完成成形車刀、成形銑刀、拉刀其中兩種刀具的設(shè)計(jì)和計(jì)算工作，繪制刀具工作

3、圖和必要的零件圖以及編寫(xiě)一份正確、完整的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。刀具工作圖應(yīng)包括制造及檢驗(yàn)該刀具所需的全部圖形、尺寸、公差、粗糙度要求及技術(shù)條件等；說(shuō)明書(shū)應(yīng)包括設(shè)計(jì)時(shí)所涉及的主要問(wèn)題以及設(shè)計(jì)計(jì)算的全部過(guò)程；設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中的計(jì)算必須準(zhǔn)確無(wú)誤，所使用的尺寸、數(shù)據(jù)和計(jì)量單位，均應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法定計(jì)量單位；使用A4紙打印，語(yǔ)言簡(jiǎn)練，文句通順。具體設(shè)計(jì)要求見(jiàn)附頁(yè)。3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等：1刀具圖紙2張（A1或A2，計(jì)算機(jī)繪制）2課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1份（打印，A4紙不少于20頁(yè)）課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)4主要參考文獻(xiàn)：1劉華明主編金屬切削刀具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)北京：機(jī)械

4、工業(yè)出版社，1994.72樂(lè)兌謙主編金屬切削刀具北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1984.65設(shè)計(jì)成果形式及要求：1刀具工作圖2張（A1或A2，計(jì)算機(jī)繪制）2課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1份（計(jì)算機(jī)打印，A4紙不少于20頁(yè)）6工作計(jì)劃及進(jìn)度：2010年5月31日消化資料、方案設(shè)計(jì)6月1日結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計(jì)及校驗(yàn)計(jì)算6月2日6月3日工作圖設(shè)計(jì)6月4日編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)6月5日答辯系主任審查意見(jiàn)：簽字：年月日課題名設(shè)計(jì)任務(wù)331. 成形車刀設(shè)計(jì)被加工零件如圖1.所示，工件材料為：灰鑄鐵HT200；硬度HBS170。2. 矩形花鍵拉刀設(shè)計(jì)被加工零件如圖2.所示，工件材料為：45鋼；硬度HBS175 ；強(qiáng)度b = 610Mpa；工件長(zhǎng)度

5、L=38mm。圖1 圖2金屬切削刀具課程設(shè)計(jì)的目的金屬切削刀具課程設(shè)計(jì)是學(xué)生在學(xué)完“金屬切削原理及刀具”等有關(guān)課程的基礎(chǔ)上進(jìn)行的重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，其目的是使學(xué)生鞏固和深化課堂理論教學(xué)內(nèi)容，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和理論的能力，是對(duì)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立分析、解決問(wèn)題能力的強(qiáng)化訓(xùn)練。 通過(guò)金屬切削刀具課程設(shè)計(jì)，具體應(yīng)使學(xué)生做到： (1) 掌握金屬切削刀具的設(shè)計(jì)和計(jì)算的基本方法； (2) 學(xué)會(huì)運(yùn)用各種設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)和國(guó)家標(biāo)難；(3) 學(xué)會(huì)繪制符合標(biāo)準(zhǔn)要求的刀具工作圖，能標(biāo)注出必要的技術(shù)條件。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求完成成形車刀、棱體成形車刀兩種刀具的設(shè)計(jì)和計(jì)算工作，繪制刀具工作圖和必要的零件圖以及編寫(xiě)一

6、份正確、完整的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。刀具工作圖應(yīng)包括制造及檢驗(yàn)該刀具所需的全部圖形、尺寸、公差、粗糙度要求及技術(shù)條件等；說(shuō)明書(shū)應(yīng)包括設(shè)計(jì)時(shí)所涉及的主要問(wèn)題以及設(shè)計(jì)計(jì)算的全部過(guò)程；設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中的計(jì)算必須準(zhǔn)確無(wú)誤，所使用的尺寸、數(shù)據(jù)和計(jì)量單位，均應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法定計(jì)量單位；使用A4紙打印，語(yǔ)言簡(jiǎn)練，文句通順。具體設(shè)計(jì)要求見(jiàn)附頁(yè)。一、拉刀的設(shè)計(jì)（一）選定刀具類型和材料的依據(jù)1選擇刀具類型：對(duì)每種工件進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和工藝裝備設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮選用合適的刀具類型。事實(shí)上，對(duì)同一個(gè)工件，?？捎枚喾N不同的刀具加工出來(lái)。 采用的刀具類型不同將對(duì)加工生產(chǎn)率和精度有重要影響?？偨Y(jié)更多的高生產(chǎn)率刀具可以看出，增加刀具同時(shí)參加切

7、削的刀刃長(zhǎng)度能有效的提高其生產(chǎn)效率。例如，用花鍵拉刀加工花鍵孔時(shí)，同時(shí)參加切削的刀刃長(zhǎng)度l=B×n×Zi，其中B為鍵寬，n為鍵數(shù)，Zi為在拉削長(zhǎng)度內(nèi)同時(shí)參加切削的齒數(shù)。若用插刀同時(shí)參加切削的刀刃長(zhǎng)度比插刀大得多，因而生產(chǎn)率也高得多。 2正確選擇刀具材料： 刀具材料選擇得是否恰當(dāng)對(duì)刀具的生產(chǎn)率有重要的影響。因?yàn)橛操|(zhì)合金比高速鋼及其他工具鋼生產(chǎn)率高得多，因此，在能采用硬質(zhì)合金、的情況下應(yīng)盡力采用。由于目前硬質(zhì)合金的性能還有許多缺陷，如脆性大，極難加工等，使他在許多刀具上應(yīng)用還很困難，因而，目前許多復(fù)雜刀具還主要應(yīng)用高速鋼制造。拉刀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，因此要求采用耐磨的刀具材料，

8、以提高其耐用度；考慮到還應(yīng)有良好的工藝性能，根據(jù)刀具課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表29，選擇高速工具鋼，其應(yīng)用范圍用于各種刀具，特別是形狀較復(fù)雜的刀具。根據(jù)表30，選擇W6Mo5Cr4V2。（二）刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)、幾何參數(shù)的選擇和設(shè)計(jì)被加工成型的工件如下圖（1）：設(shè)計(jì)步驟1、選擇拉刀材料及熱處理硬度拉刀材料選用W6Mo5Cr4V2高速鋼。熱處理硬度見(jiàn)圖技術(shù)條件。2、擬訂拉削余量切除順序和拉削方式 拉削作量的切除順序?yàn)椋旱菇擎I側(cè)與大徑小徑，拉刀切削齒的順序是：倒角齒花鍵齒圓形齒。實(shí)際采用分層拉削漸放式。本節(jié)用腳標(biāo)d,h,y表示倒角齒，花鍵齒和圓形齒；用腳標(biāo)c,g,j和x表示粗切。過(guò)渡，精切和校準(zhǔn)齒；用腳標(biāo)w和m表

9、示工件預(yù)制孔和拉削孔。3、選擇切削幾何參數(shù)粗切齒：前角=17°后角=過(guò)渡齒：前角=17°后角=校準(zhǔn)齒：前角=17°后角=4、確定校準(zhǔn)齒直徑倒角齒不設(shè)校準(zhǔn)齒查表416，花鍵齒,圓形齒的擴(kuò)張量為10um，則花鍵齒校準(zhǔn)齒和圓形齒校準(zhǔn)齒直徑為5計(jì)算倒角齒參數(shù) 查表429知倒角的工藝角度為 。按表429 計(jì)算如下：倒角齒如圖（2）：如圖（2）6.計(jì)算拉削余量 按表41計(jì)算圓形拉削余量為1mm，預(yù)制孔徑為25，實(shí)際拉削余量倒角余量 花鍵余量7選擇齒升量 按表44選擇為倒角齒：（槽拉刀和鍵槽拉刀欄）花鍵齒：（矩形花鍵拉刀欄）圓形齒： （綜合式拉刀欄）8設(shè)計(jì)容屑槽1）齒距計(jì)算 按

10、表47 取 取2）選擇容屑槽 按表4-8采用曲線槽，粗切齒用深槽（圖（3），h=4mm,精切齒用基本槽（圖（4）。如圖： 圖（3） 圖（4）3）校驗(yàn)容屑條件 查表4-9得容悄系數(shù)k=3.5。倒角齒齒升量大時(shí)，就校驗(yàn)之，應(yīng)使?jié)M足式：因式h=4.00,所以式滿足，校驗(yàn)合格。4）校驗(yàn)同時(shí)工作齒數(shù) 據(jù)表4-7得知l/p=4,即，滿足的校驗(yàn)條件9.花鍵齒截形設(shè)計(jì)花鍵齒如圖（5）： 圖（5）花鍵齒鍵寬按下式計(jì)算，精確到0.001mm：式中，為內(nèi)花鍵鍵槽寬最大極限尺寸；為拉削擴(kuò)張量（查表4-16得=0.010mm）;為拉刀鍵齒寬制造公差帶寬，為保證鍵齒尺寸耐用度高，應(yīng)在制造條件允許范圍內(nèi)取小值，取=0.01

11、0mm。則=(6.030-0.001)mm=6.029mm=(6.029-0.010)mm=6.019mm拉刀鍵齒面應(yīng)制出的修光刃f，其下應(yīng)磨出側(cè)隙角。10.確定分屑槽參數(shù) 除校準(zhǔn)齒和與其相鄰的一個(gè)精切齒外，拉刀切削齒均磨制三角形分屑槽。由于在每個(gè)圓形齒上都存在著不工作的刃段，圓形齒段不必磨分屑槽。如圖（6）：圖（6）11.選擇拉刀前柄 按表417選擇型A無(wú)周向定位面的圓柱形前柄，公稱尺寸,卡爪底徑,前柄如圖（8）：圖（8）其余見(jiàn)工程圖圖12.校驗(yàn)拉刀強(qiáng)度 通過(guò)計(jì)算分析，確認(rèn)倒角齒拉削力最大，因而應(yīng)計(jì)算拉刀倒角齒拉削力拉刀花鍵齒拉削力: 其中修正系數(shù)拉刀最小截面積在卡槽底頸處，則拉應(yīng)力（表4-

12、25），拉刀強(qiáng)度校驗(yàn)合格。根據(jù)表4-23,表4-24,拉床拉力為400 X 0.8KN=320KN,比Fmax大,拉床載荷校驗(yàn)合格.選用L6140拉床,良好狀態(tài)舊拉床.13.確定拉刀齒數(shù)及每齒直徑1）倒角齒齒數(shù) 取242）花鍵齒齒數(shù) 初擬花鍵過(guò)渡齒與精切齒的齒升量為0.04，0.03，0.02，0.01，0.005mm，逐步遞減，共切除余量。花鍵粗切齒齒數(shù)2mm=0.026mm的余量，應(yīng)減去0.026mm的余量，因此，減去一個(gè)精切齒并將齒升量調(diào)整為0.04，0.03，0.015，0.007，后兩個(gè)齒升量為精切齒，前兩個(gè)為過(guò)渡齒。 3) 圓形齒齒數(shù) 初擬方案與花鍵齒相同,即擬切去余量,計(jì)算圓形粗

13、切齒齒數(shù)為 取11齒,少切了mm的余量,需將最后一個(gè)精切齒切齒齒升量為0.0075mm.這樣,圓形齒段具有粗切齒11個(gè),過(guò)度齒3個(gè),精切齒2個(gè).4）校準(zhǔn)部齒數(shù) 倒角齒不設(shè)校準(zhǔn)齒。圓形齒和花鍵齒校準(zhǔn)齒齒數(shù)查表4-14，得花鍵校準(zhǔn)齒齒數(shù) 圓形校準(zhǔn)齒齒數(shù) 各齒直徑基本尺寸,見(jiàn)表（1）矩形花鍵拉刀齒序表齒號(hào)直徑基本尺寸D(mm)直徑尺寸公差(mm)齒號(hào)直徑基本尺寸D(mm)直徑尺寸公差(mm)125.130.0253729.020-0.015225.263829.12325.393929.22425.524029.32525.654129.42625.784229.52725.914329.62826

14、174429.72926.404529.821026.534629.940-0.0151126.664730.041226.794830.071326.924930.0840-0.0181427.055030.0841527.185130.0841627.305230.0841727.415330.0841827.505425.100-0.0151927.575525.202027.665625.302127.725725.402227.735825.502327.755925.602427.726025.702527.820.0156125.802527.926225.900-0.01272

15、8.026325.982828.126426.0102928.226526.0250-0.0093028.326626.0253128.426726.0253228.526826.0253328.626926.0253428.723528.823628.92表（1）14.拉刀齒部長(zhǎng)度 參照工程圖。倒角齒段長(zhǎng)度 花鍵齒段長(zhǎng)度 圓形齒段長(zhǎng)度 拉刀齒部長(zhǎng)度 15.設(shè)計(jì)拉刀其他部分 按表4-17，4-19，4-23計(jì)算：前柄mm mm頸部過(guò)渡錐前導(dǎo)部前柄深入夾頭長(zhǎng)度前柄端部至第1刀齒的距離后導(dǎo)部后柄16.拉刀總長(zhǎng)及其校驗(yàn)根據(jù)表4-26,允許拉刀總長(zhǎng)為960mm,拉刀長(zhǎng)度校驗(yàn)合格.17.繪制拉刀圖拉刀圖

16、如圖（9）所示： 圖（9）二、成形車刀的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇及計(jì)算成形的工件如下圖（10）所示:圖（10）設(shè)計(jì)步驟1.選擇刀具的材料 選用普通高速鋼W18Cr4V。整體制造2.選擇前角和后角 由表2-4，取前角。3.畫(huà)出刀具廓型計(jì)算圖，附打印B4紙上標(biāo)出工件廓型上各組成點(diǎn)19，確定1所在水平線為基準(zhǔn)線，計(jì)算出1-9各點(diǎn)處的計(jì)算半徑（為了避免尺寸偏差值對(duì)計(jì)算精確性的影響，故采用計(jì)算尺寸計(jì)算半徑、計(jì)算長(zhǎng)度和計(jì)算角度來(lái)計(jì)算）取，a=3mm,b=2mm,c=8mm,d=1.5mm如圖（11）所示：圖（11）=基本半徑=6.6mmmm=12.475mmmm=10.29mmmmmmmm再以1點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，計(jì)算

17、長(zhǎng)度mmmmmmmmmmmmmmmm4.計(jì)算切削刃總寬度Lc，并校驗(yàn)之值a=2mm,b=1.5mm,c=7mm,d=1.5mmL當(dāng)大于許用值或Lcmm（為經(jīng)驗(yàn)值），可采取下列措施：1、將工件廓型分段切削，改用兩把或數(shù)把成形車刀；2、改用切向進(jìn)給成形車刀；3、如已經(jīng)確定徑向進(jìn)給，可在非切削部分增設(shè)輔助支撐滾輪托架，以增加工藝系統(tǒng)的剛度。如果將工件將廓型分段切削，改用兩把或數(shù)把成形車刀則第一把刀切過(guò)一部分廓型，卸下刀具裝第二把刀則很難將刀對(duì)準(zhǔn)。現(xiàn)在確定了用徑向進(jìn)給，所以在非切削部分增設(shè)輔助支撐滾輪托架，如車床的尾部頂座。4、確定結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)表2-15、求廓型深度用計(jì)算法求出N-N剖面內(nèi)刀具廓型上各

18、點(diǎn)至點(diǎn)1所在后刀面的垂直距離Px.之后選擇3-3段廓線為基準(zhǔn)線（因?yàn)樵诒径喂ぜ木纫笞罡撸?，?jì)算出刀具廓形上各點(diǎn)到該基準(zhǔn)線的垂直距離，即為所求刀具廓型深度。刀具廓型深度作圖求法如圖（12） 圖（12）則各點(diǎn)和和基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離為：6、確定公差根據(jù)表2-5可確定各點(diǎn)的公差 可以取的上下偏差都為0.04mm.7、校驗(yàn)最小后角對(duì)于棱體成形車刀，最小后角出現(xiàn)在1點(diǎn)，也就是，由于，所以滿足條件8.確定棱體成形車刀廓形寬度查表2-5，取廓形寬度的上下偏差為0.1；mmmmmmmmmmmmmmmmmmmm9、確定刀具的夾固方式采用燕尾槽斜塊式10、 表面粗糙度1）前后刀面為Ra0.22）基準(zhǔn)表面為Ra0.83）其余表面為Ra1.63.211、成行車刀尺寸公差1）兩側(cè)面對(duì)燕尾槽基準(zhǔn)面垂直誤差