课程设计（论文）圆孔拉刀及矩形花键铣刀的设计说明书

中北大学课程设计说明书 圆孔拉刀及矩形花键铣刀的设计说明书 目 录 前言.3一.绪论.31.1刀具的发展.31.2本课题的研究目的.32. 圆孔拉刀的设计.4 1原始条件和设计要求.42设计步骤.42.1选择拉刀材料.42.2拉削方式.42.3拉削余量.52.4几何参数.52.5齿升量.62.6确定齿距.72.7确定同时工作齿数.82.8容屑槽形状.82.9确定容屑系数.82.10确定容屑槽尺寸.82.11拉刀的分屑槽形状及尺寸.92.12确定拉刀的齿数和每齿直径尺寸.112.13柄部结构形式及尺寸.122.14颈部直径与长度.122.15过渡锥长度.132.16前导部直径长度.132.17后导部直径长度.132.18柄部前端到第一齿长度.132.19计算最大切削力.142.20拉床拉力校验.162.21拉刀强度校验.162.22计算校验拉刀.172.23确定拉刀技术要求.17三矩形花键铣刀的设计.203.1前 言.203.2花键轴尺寸.203.3 拉削长度.203.4工件材料.203.5设计步骤.203.6 铣刀各参数具体计算及设计过程.223.6.1材料的选择及热处理.223.6.2 计算齿槽半角.223.6.3 计算圆弧中心半角.223.6.4计算齿顶宽.223.6.5齿廓高度.223.6.6铣刀宽度.233.6.7齿顶圆半径 .233.6.8铣刀前角.233.6.9铣刀孔径 .233.6.10铣刀外径 .233.6.11铣刀圆周齿数.233.6.12铣刀后角的选择.233.6.14 容屑槽的设计.233.6.15分屑槽尺寸.243.6.16 键槽尺寸的确定.243.7技术条件.243.8技术要求.25四.总 结.255 参考文献.26 前 言三年的大学学习稍纵即逝，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。我的课程设计课题是圆孔拉刀,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、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. 一绪论1.1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1.2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。二.圆孔拉刀的设计1.原始条件和设计要求 工件直径D=mm , 工件拉削孔长度L=40mm , 拉削表面粗糙度不得大于Ra1.6 m,孔内无空刀槽,工件拉削孔部截面图如下:工件材料: 球墨铸铁QT8002 硬度: HBS250 强度: b =800Mpa拉床型号: L6120型 工作状况: 良好的拉床采用10%极压乳化液2.设计步骤 2.1选择拉刀材料 拉刀材料常用 W6Mo5Cr4V2高速工具钢整体制造,一般不焊接柄部.由于拉刀制造精度高,技术要求严,在刀具成本中加工费用占的比重比较大,为了延长拉刀寿命,所以生产上也用W25Mo Cr4VCo8和W6Mo5Cr4V2Al等硬度和耐磨性均较高的高性能高速钢制造.但一般常用W6Mo5Cr4V2,故该拉刀材料选择W6Mo5Cr4V2. 2.2拉削方式 采用综合式的拉削方式,即在同一只拉刀上采用了两种拉削方式的组合.它的粗精切削齿都不分组,粗切削齿上开圆弧形分削槽,槽宽略小于刃宽,前后刀齿上分削槽交错排列,故粗切削齿上齿升量较大,拉削表面质量高,拉刀制造容易,适用于拉削余量较多的圆孔,是目前常用的一种拉削方式。 2.3拉削余量 假设该圆拉刀用来钻孔,则其拉削余量可用如下公式查表2.1 表2.1拉削余量的计算（mm） 计算余量 A=0.005dm+(0.10.2) =0.00530.030+0.15=1.10mm按GB143878锥柄麻花钻第1系列取 实际余量 mm 2.4几何参数 拉刀的几何参数主要指刀齿上的前角,后角和后刀面上的刃带宽,为制造方便,其校准齿上的前角通常与切削齿相同。 表2.2拉刀刀齿前角及倒棱 表2.3拉刀后角的选择 查上表2.2,取前角=，精切齿与校准齿前刀面倒棱前角01=-5o ，br1=0.5-1.0。 查上表2.3,取粗切齿后角，倒棱宽度，精切齿后角，校准齿，。 2.5齿升量 查表2.4，取粗切齿齿升量为 =0.03mm mm。 表2.4 分层式拉刀粗切齿齿升量 2.6确定齿距 查下表2.5 表2.5拉倒齿距及同时工作齿数 有粗切齿与过渡齿齿距: P=(1.21.5)=7.909.49 取P=9mm取精切齿与校准齿齿距（用角标j表示精切齿的参数）: =(0.60.8)P=6 2.7确定同时工作齿数 由计算式: 最少同时工作齿数=L/P 取=4 最多同时工作齿数=L/P+1 取=5 且满足3Ze8 2.8容屑槽形状 为减少加工容屑槽的成形车刀和样板的种类，应尽量将容屑槽的形状和尺寸标准化，系列化。目前常用的容屑槽形状有直线齿背型，曲线齿背型和直线齿背双圆弧型三种.选用曲线齿背型。2.9确定容削系数K 容屑系数K根据=0.06 查表2.6 表2.6分层式拉刀容屑槽的容屑系数 取K=2.5 210确定容屑槽尺寸 为保证拉刀有足够的容削空间 查表2.7 2.7拉刀容屑槽槽形选用 粗切齿和过渡齿取深槽，h=4mm,g=3mm,r=2mm, R=7mm;精切齿和校准齿取基本槽，h=2mm，g=2mm,r=1mm, R=4mm 2.11拉刀的分屑槽形状及其尺寸 常用分屑槽的形状有圆弧形和角度形两种。圆弧形分屑槽主要用于轮切式拉刀的切削齿和组合式拉刀的粗切齿和过度齿上；三角形分屑槽用于同廓式拉刀的切削齿和组合式拉刀的精切齿上。 故：粗切齿与过渡齿采用弧形分屑槽，精切齿（最后一个精切齿除外）采用三角形分屑槽。弧形槽按下表2.8设计 表2.8 圆拉刀弧形分屑槽= 31 ， 槽数=10槽宽=(0.30.7) =6切削宽度 =2=6.09三角形槽按表2.9设计，前后刀齿的分屑槽应在圆周方向错开半个槽距，交错排列=30，槽数=28槽宽=11.2，深，槽形角 2.12确定拉刀齿数和每齿直径尺寸 过度齿齿数=35,精切齿齿数=37,校准齿齿数=57 取过渡齿与精切齿齿升量递减为：0.025、0.020、0.015、0.015、0.01、0.01mm，切除余量，其中，前2齿齿升量大于，可属过渡齿；后4齿齿升量较小，属精切齿。 =2×（0.025+0.020+0.015+0.015+0.010+0.010）=0.19mm 粗切齿齿数=15粗切齿、过渡齿、精切齿共切除余量:（151）×2×0.030.19 mm=1.030mm剩下（1.040-1.030）=0.010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，则拉刀总齿数为：= 15+2+5+7=29按齿号列出了各齿直径尺寸及其公差见下表2.10： 表2.10 各齿直径尺寸及其公差齿号直径基本尺寸D(mm)直径尺寸公差(mm)129.000229.100329.200429.300529.400629.500729.600829.700929.8001029.8601129.9101229.9501329.9801430.0001530.0201630.0401730.040 1830.0401930.0402030.0402130.0402230.0402330.040 2.13柄部结构形式及尺寸 拉刀圆柱形前柄的结构形式可分为型和型，型用于柄部直径小于18mm的拉刀，型用于柄部直径大于18mm的拉刀。型和型又可分为无周向定位面和有周向定位面。当拉刀用于实现工作行程和返回行程的自动循环时，需要有后柄结构，后柄放置在拉刀后导部的后边，后柄的结构形式有型和型两种，型为整体式，型为装配式，一般在后柄直径较大时采用。 故该拉刀选择 型A-无周向定位面的圆柱形前柄型式.查表2.11 知: 前柄 2.14颈部直径与长度颈部直径可取与前柄直径相同值,也可略小于前柄直径.颈部长度要保证拉刀第一个刀齿尚未进入工件之前,拉刀前柄能被拉床的夹头夹住.因此可得拉刀颈部长度计算公式 颈部长度： 对于L6120型号的拉床,其尺寸如下:式中: -颈部长度 m=1020 取m=15 -拉床床壁厚度75 mm-法兰盘厚度35mm-过渡锥长度10，15或20mm，这里选=15mm颈部直径； 取mm2.18过度锥长度 =15mm2.19前导部直径,长度 或 取=40mm 2.20后导部直径,长度 或 取=20mm 2.21柄部前端到第一齿长度 拉刀前柄端面至第1刀齿的距离120+15+75+35+40=285mm 前柄伸入夹头的长度 或 取=120mm2.22计算最大切削力 按表2.12、表2.13、表2.14和表2.15计算最大拉削力。根据综合式拉削特点，切削厚度 KN 式中: -切削刃单位长度上的切削力 查表4-22有=233N 表2.12 拉刀颈部、过渡锥部、前导部和后导部的计算（mm） 表2.13拉削力计算公式 表2.14拉削力修正系数 表 2.15拉刀切削刃上的切削力（N/mm） 2.23拉床拉力校验 计算出的拉削力应小于拉床的实际拉力, 对于良好状态的旧拉床, =0.8 ,其中L6120型拉床的公称拉力=200 KN 故0.8=0.8200=160 KN,所以拉床拉力足够. 2.24拉刀强度校验 为防止拉刀拉断,拉削时产生的拉应力应小于拉刀材料的许用应力,即=/, 式中: -拉刀上的危险截面积,一般在柄部或颈部. -拉刀材料的许用应力,高速钢的=0.35GPa = =1134.1 =/=132.23/1134.1=0.116GPa< 所以拉刀强度允许. 2.25计算校验拉刀粗切齿与过渡齿长 精切齿与校准齿长 拉刀的总长 mm 按下表允许拉刀总长为，显然，设计拉刀比允许拉刀短的多，所以长度校验合格。 圆拉刀允许的最大总长度拉刀直径6101018304040505060>60最大总长度283028262524精密圆拉刀一般不超过20 2.27确定拉刀技术要求(GB3813-83) 拉刀热处理 用W6Mo5Cr4V2高速工具钢制造的拉刀热处理硬度 刀齿和后导部 6366HRC 前导部 6066HRC 柄部 4558HRC 允许进行表面强化处理 拉刀表面粗糙度 (见表2.16) 表2.16 拉刀表面粗糙度拉刀表面表面粗糙度拉刀表面表面粗糙度刀齿圆柱刃带表面精切齿前面校准齿前面粗切齿前面刀齿后面前导部外圆柱表面后导部外圆柱表面中心孔工作锥面柄部外圆柱表面 拉刀粗切齿外圆直径的极限偏差(见表2.17) 表2.17 拉刀粗切齿外圆直径的极限偏差齿升量外圆直径极限偏差相邻齿齿升量差0.030.050.007 圆拉刀精切齿与外圆校准齿外圆直径的极限偏差(见表2.18) 表2.18 圆拉刀精切齿与外圆校准齿外圆直径的极限偏差被加工孔的直径偏差校准齿与其尺寸相同的精切齿的外圆直径的极限偏差其余精切齿的外圆直径的极限偏差0.018 > > > >0.046 拉刀外圆表面对拉刀基准轴线的径向圆跳动公差(见表2.19) 表2.19 拉刀外圆表面对拉刀基准轴线的径向圆跳动公差对拉刀基准轴线的径向跳动公差拉刀柄部与卡爪接触的锥面对拉刀基准轴线的斜向圆跳动公差拉刀各部分的径向圆跳动应在同一个方向校准齿和校准齿相同直径的精切齿及后导部 其余部分 0.1拉刀全长与其基本直径的比值径向圆跳动公差不得超过表五中所规定的外圆直径公差值> >25 0.03 0.04 0.06拉刀前导部与后导部外圆直径公差(按f7)拉刀全长尺寸的极限偏差(见表2.20) 表2.20 拉刀全长尺寸的极限偏差拉刀全长尺寸长度尺寸允许的极限偏差1000>1000 拉刀表面 拉刀表面不得有裂纹,碰伤,锈迹等影响使用性能的缺陷.拉刀切削刃 拉刀切削刃应锋利,不得有毛刺,崩刃和磨削烧伤.拉刀容屑槽 拉刀容屑槽的连接应圆滑,不许有台阶.2.28绘制拉刀工作图三矩形花键铣刀的设计3.1前 言铣刀是一种应用很广泛的多齿多刃回转刀具。铣削加工时，铣刀饶起轴线转动，而工件做进给运动。铣削加工与刨削加工相比较，铣削时同时参加工作的切削刃总长度较长，且无空行程，而使用的的切削也叫高，故加工生产效率也一般较高，表面的粗糙度也较小。铣刀的种类很多。 3.2花键轴尺寸 外径 内径 键数 Z8 键宽 键底圆角半径 r13.3 拉削长度 L=60mm3.4工件材料 球墨铸铁QT8002 硬度 HBS250 强度b =600Mpa 3.5设计步骤序号计算项目符号确定方法或计算公式计算精度设计计算数据1齿槽半角180/Z0.01o22.50o2齿顶圆弧中心半角arcsinb/Dfmin0.01o11.51o3齿顶宽BaBaDfminsin0.01Ba8.374初算齿廓高度Hh（DaDfmincos）/2（12）整数h45铣刀宽度BBBa2htg整数B=11.684,取126按铣刀宽度最后确定齿廓高度Hh（B-Ba）/2tg0.01h4.387铣刀齿顶圆弧半径RfRfDfmin/20.01Rf20.988齿顶圆角半径roror0.1ror19铣刀前角f精加工f0o粗加工f520of0o10容屑槽形式根据工件廓形确定取平底形11铣刀孔径D可根据铣刀宽度B=12按表选取根据B12，查出d1612铣刀外径do可按表35选取初选do5013铣刀圆周齿数Zk可按表初选初选并根据计算，结合实际取Zk914铣刀的后角f一般选f8o15o验算侧刃后角公式为tgotgfsin1o取f10oo4o可以满足要求15铲削量KK1K=dotgf/ZkK1（1.31.5）K0.5K=3K14.516容屑槽圆角半径Rr do2（hK）/（2A·Zk）0.5o计算得r1.02，所以取1mm17容屑槽深度HH=h（KK1）/2r0.1H9.118容屑槽间角20o35o取25o19分屑槽尺寸按表选取 B 不需要做分屑槽20键槽尺寸按附录表选取21空刀倒角尺寸按附录表25选取c c=1mm22技术条件按表选取B=3.6 铣刀各参数具体计算及设计过程3.6.1材料的选择及热处理铣刀材料一般用高速钢（W18Cr4V），热处理后硬度应为HRC63-66，在铣刀的工作部分不得有脱碳和软点。3.6.2 计算齿槽半角3.6.3 计算圆弧中心半角3.6.4计算齿顶宽3.6.5齿廓高度h3.6.6铣刀宽度B，取整3.6.7齿顶圆半径 取,其中为键底圆角半径3.6.8铣刀前角由于所加工的工件需要精加工，故取3.6.9铣刀孔径d 根据铣削宽度确定 根据B=10，强度b = 600Mpa，重切削查表3-4得d=22mm3.6.10铣刀外径 由d=22mm及h=5mm查表3-5得3.6.11铣刀圆周齿数为了测量方便，齿数尽量采用偶数，查表3-6得3.6.12铣刀后角的选择一般取然后根据验算公式进行演算，取，验算，满足条件不小于，故满足要求。3.6.13铲齿量及地确定当选用I型铲齿形式时，可按下式计算：3.6.14 容屑槽的设计（1） 容屑槽形式：由工件的廓型确定为平底型（2） 容屑槽的圆角半径其半径可按式：计算，其中A为系数，一般铲磨齿背的成型铣刀，或齿廓高度h较大的成形铣刀，可取；不铲磨齿背的或h较小的，可取A=6,由于本刀采用型铲背形式，故取A=4。计算出的r应圆整为0.5mm的整数倍。（3）容屑槽的深度H对于有平底形容屑槽的齿背需铲磨的成形铣刀用下面的公式计算（4）容屑槽间角一般，当铣刀圆周齿数少时可取大值，取3.6.15分屑槽尺寸当铣刀宽度B<20mm时，切削刃上不需做分屑槽。3.6.16 键槽尺寸的确定由，查机械设计表6-1得键的尺寸如下：键宽，键高，具体形状见图1 图13.7技术条件 公差要求见表3.1: 表3.1 公差要求1铣刀外径2铣刀宽度3铣刀孔径4铣刀键槽宽度5内孔至键底距离形位公差见表3.2: 表3.2 行为公差1切削刃的径向及端面跳动0.032刀体端面跳动0.023前面的径向性（只允许凹入）0.063.8技术要求1. 材料W18ACAr4V2. 硬度HRC63663前面的径向偏差（只允许凹入）小于等于0.064. 其余按制造厂技术要求3.9绘制铣刀工作图四总 结课程设计作为工科院校大学生的必修环节，不仅是巩固大学生大学所学知识的重要环节，而且也是在检验毕业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。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的所学的知识，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。通过这一学期的学习和对有关资料的查阅，我运用所学的专业知识和从与专业相关联的课程为出发点，设计了刀具零件的工艺、编制了刀具零件的加工程序，并复习了所学软件AUTOCAD、PRO/E的运用，同时学习了其他一些相关软件的应用。在设计思想中尽可能体现了我所学的、掌握和了解的知识。其次我从这次课程设计中获益匪浅，在以后的工作中，肯定会遇到许多困难，但回想起这设计经历的时候，我就萌发出那种和困难做斗争的勇气。当然由于设计经验的不足，在设计过程中难免有不足和缺点，但是我绝得得到教训也算是一种收获吧。致 谢本次设计是在老师的悉心指导和同学之间的互帮互助下完成的。他们渊博的知识、勤奋的工作作风、务实的学习和工作态度、积极进取的勇气和魄力深深感染了我，值得我终身学习。他们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，同学的帮助必将让我发奋图强。在此向所有给予我帮助和支持的老师和同学们表示深深的谢意！五参考文献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，2005.72）乐兑谦主编金属切削刀具北京：，机械工业出版社，2008.13）. 庞学慧 武文革主编互换性与测量技术基础北京：兵器工业出版社，2006.64）. 杨 晶 刘 云主编机械工程材料基础北京：兵器工业出版社，2002.12 5）.濮良贵 纪名刚主编.机械设计.北京：高等教育出版社，2007.1126