矩形花键拉刀与成形车刀的设计说明书讲解

第1页共20页目录1.前言------------------------------------------------------------（2）2.设计内容和要求--------------------------------------------------（3）3.1选定刀具类型、材料的依据---------------------------------------（3）3.2刀具结构参数、几何参数的选择和设计----------------------------（3）3.3刀具的全部计算（包括计算公式和计算结果-------------------------（9）3.4对技术条件的说明---------------------------------------------（13）4.1选择刀具材料--------------------------------------------------（15）4.2选择前角及后角------------------------------------------------（15）4.3画出刀具廓形--------------------------------------------------（15）4.4计算切削刃总宽度----------------------------------------------------------------------（16）4.5确定结构尺寸-----------------------------------------------------------------------------（16）4.6用计算法求圆体成形车刀廓形上各点所在圆的半径Rx------------------------（17）4.7廓形深度公差---------------------------------------------------------------------------（17）4.8检验最小后角-----------------------------------------------------------------------------（17）5.总结------------------------------------------------------------（18）6.参考文献--------------------------------------------------------（18）7.附表------------------------------------------------------------（18）共2页第20页1.前言刀具设计使用应考虑刀具材料与工件材料性能匹配性，针对不同工件材料加工条件确定合理刀具材料结构形式。高速、高效、高精度切削加工要求刀具具有多种优异性能，“高韧性高强度基体+高硬度高耐磨性刃部”未来刀具主要发展方向。我的课程设计课题目是成形车刀与矩形花键拉刀的设计。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，同时也在设计当中发现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。由于水平有限,设计编写时间也比较仓促,在我的设计中会出现一些技术和专业知识等方面的问题，因此会有一些不尽如人意的地方,为了早日提高自己，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,我将认真学习改正，谢谢老师。2．设计内容和要求1.成形车刀设计被加工零件如图1.所示，工件材料为：45钢；硬度HBS175；强度σb=600Mpa。2.矩形花键拉刀设计被加工零件如图2.所示，工件材料为：45钢；硬度HBS175；强度σb=600Mpa；工件长度L=80mm。共3页第20页图1图23.矩形花键拉刀设计3.1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。根据《刀具课程设计指导书》表29，选择高速工具钢，其应用范围用于各种刀具，特别是形状较复杂的刀具。根据表30，选择W18Cr4V，HRC62-653.2刀具结构参数、几何参数的选择和设计（1）拉刀的结构共4页第20页图1表1代号名称功用1柄部夹持拉刀，传递动力2颈部连接柄部和后面各部，其直径与柄部相同或略小，拉刀材料及规格等标记一般打在颈部。3过度锥颈部到前导部的过渡部分，使拉刀容易进入工件孔中。4前导部起引导拉刀切削部进入工件的作用，5切削部担负切削工作，包括粗切齿、过渡齿及精切齿。6校准部起刮光、校准作用，提高工件表面光洁度及精度，并作为切削部的后备部。7后导部保持拉刀与工件的最后相对位置，防止在拉刀即将离开工件时因工件下垂而损坏工件已加工表面及刀齿。8尾部支持拉刀使之不下垂，多用于较大较长的拉刀，也用于安装压力环。（2）切削方式：采用分层拉削方式中的同廓式拉削方式（3）拉削余量：对于花键孔A=De-Do（4）分层式拉刀粗切齿齿升量根据表4-6查出当硬度为HRC62-65时，齿升量af=0.05-0.08mm，在这取af=0.07mm。（5）拉刀几何参数根据表4-9，查得拉刀的前角γo=16-18o根据表4-10，查得粗切齿的后角αo=3o+30‘，刃带ba=0.05-0.15；共5页第20页精切齿的后角αo=1o±15‘，刃带ba=0.05-0.15；校准齿的后角αo=1o±15‘，刃带ba=0.7mm。（6）齿距及同时工作齿数根据表4-12，拉刀齿距计算公式：l=80mm时，t=（1.3-1.6）l1/2（mm）同时工作齿数：Ze=（l/t）+1（取整）经计算得t=11.6-14.3，按表4-13取标准值为：t=14，Ze=6（7）容屑槽根据表4-14，直线齿背容屑槽尺寸：图2t=14时，g=4.5mm，I型的h=5.5mm，r=2.8mm根据表4-16，容屑系数K值当t=14，af=0.07mm时，K=3.2（8）分屑槽分屑的作用：使切屑易于变形，易于卷屑。分屑槽位置：应前后齿错开。根据表4-17,每个刀齿的分屑槽数nk=b/5-10（取小值）当b=9时，s=3.0，bc=1.0，nc=0.5。图3共6页第20页（9）校准部前角γo校=5o，后角αo校=1o，齿距t校=（0.6-0.8）t=8.4-11.2mm，取t校=11mm根据表4-23查得齿数Z校=4-5个，取Z校=5个最后一个精切齿及校准齿直径应按下式确定：D校=Dmax±δ，其中δ为孔的变形量。拉刀校准部长度l校=t校×Z校=11X5=55mm（10）柄部根据表4-25查得圆拉刀柄部尺寸为：图4D1=25mm，D＇=19h13mm，D2=35mm，l1=75mm，l＇=15mm，l＇＇=28h13mm，c=5mmσb=35kg/mm2时刀茗强度允许拉力为23100kg。（11）颈部及过度锥拉刀颈部长度按下式计算：l2≥m+B+A-l3＇mm式中：B-机床床壁厚度，根据表4-30查得机床型号L6120，B=75mmA-花盘法兰厚度，根据表4-30查得机床型号L6120，A=35mmm-卡头与机床床壁间隙，可取m=10-20mm，在这取20mml3＇-过渡锥长度，一般l3＇=10-20mm，在这取20mm因此求得l2≥110mm。共7页第20页图5图中：床壁孔径200mm，B=75mm，花盘孔径150mm，a=75mm，A=35mm拉刀颈部直径D2可比柄部直径D1小0.3-1mm，也可以取颈部与柄部直径相同，以便于一次磨出。L1＇公式：L1＇=l1+l2+l3＇+l3，其中l1为拉刀进入卡头部分的长度，l3为前导部长度。（12）前导部、后导部和尾部前导部主要起导向和定心作用，故应和予制孔形状相同。根据表4-31及4-32：前导部：图6说明：1、D3等于前把拉刀最后刀齿的直径，偏差为表4-32。2、d3等于加工的花键孔最小内径减0.5mm，只准许负偏差。3、b3等于前一把拉刀花键齿宽减0.02mm。4、l3=（0.75-0.1）l共8页第20页5、a=5-10mm后导部：图7说明：1、d4等于拉刀花键齿最大外径减0.05mm，偏差取-0.2mm。2、b4等于或小于0.02mm切削辞键宽。当拉削孔内有空刀槽时，后导部长度按下式计算：l后=l+c+（5-10）mm，式中：l为空刀槽宽度，c为前端拉削长度。尾部在拉刀工作时支撑在拉床托架上，防止拉刀尾部下垂，对于小而轻的拉刀可不做尾部。（13）拉刀总长度L=L1＇+l切+l校+l后+l尾，一般拉刀总长度与直径比L/do≤35根据表4-33，当do=30mm时，Lmax=1300mm（14）拉刀强度校检1o拉削力计算根据表4-34，Fmax=P＇·n·b·Ze（kg），式中：P＇—单位长度切削刃上的拉削力（kg/mm），根据表4-35查得P＇=19.6（kg/mm）Ze—最大同时工作齿数，Ze=6n—花键键数，n=6b—键宽，b=7mm因此Fmax=19.6×46.3×5=4537.4（kg）2o拉刀强度校验校验公式：σ=Fmax/Amin≤[σ]共9页第20页式中：Fmax—由表4-34中相应公式计算得。Amin—拉刀危险截面面积。拉刀的危险断面可能在柄部，也可能在第一个切削齿容屑槽中（mm2）[σ]—拉刀材料允许的拉应力，表4-36查得[σ]=35-40（kg/mm2）柄部D=29mm，A=768.185mm2，所以σ=Fmax/Amin=4537.4/768.185=591≤[σ]因此，合格。3o拉床拉力校验校验公式：Fmax≤k[Qmax]式中：[Qmax]—拉床允许的最大拉力，由表4-30得[Qmax]=20000kgk—系数，由于是良好状态的旧机床，k取0.8。因此，k[Qmax]=0.8×20000=16000kg＞Fmax所以，合格。3.3刀具的全部计算（包括计算公式和计算结果）表2已知条件：1、花键孔尺寸：外径：De=φ32A11（470.0310.032）内径：D=φ28F7（041.0020.028）键宽：b=7D10（098.0040.07）倒角：c×45oc=0.3键数：n=62、拉削长度：L=80mm3、工件材料：45，硬度HBS1754、予制孔直径：Do=28-0.24=27.76mm5、拉床型号：L6120序号项目符号计算公式或选取方法计算精度计算举例1拉刀材料W18Cr4V2齿升量af查表4-6af=0.07mm3齿距tt校按表4-12t校=（0.6-0.8）tt=11.6-14.3mm取t=14mm，t校=11共10页第20页4同时工作齿数ZeZe=（l/t）+1Ze=65拉削余量切削顺序根据表4-39确定为IIIb型加工顺序为：1、倒角2、圆孔3花键6倒角齿侧量值M按表4-42公式b1=b+2fsinψ1=b1/dmax按表4-41，取θ=45oψx=90o-θ-ψ1M=（dmax·cosψx）/20.000