拉刀设计

拉刀设计河南理工大学机械与动力工程学院（1）掌握金属切削刀具的设计和计算的基本方法；（2）学生运用各种设计资料、手册和国家(部或厂颁)标准；（3）学会绘制符合标准要求的刀具工作图，能标注出必要的技术条件；（4）掌握CAD在刀具设计中的应用。一.金属切削刀具课程设计的目的二.金属切削刀具课程设计的内容1.拉刀的设计和计算工作，绘制出符合标准要求的刀具工作图；2.必要的零、部件图；3.编写出正确、完整的设计说明书。三.金属切削刀具课程设计的要求3.1对刀具工作图的要求包括制造、检验刀具所需的全部图形、尺寸、公差、粗糙度要求、技术条件等。刀具工作图的图形、图线、尺寸、公差、表面粗糙度、技术条件，应能满足刀具制造、刃磨和检验的全部要求，而且其画法、标注均应符合国家标准；绘制刀具工作图一般应采用1：1的比例，但对尺寸很大或很小的刀具，可按缩小或放大比例画出。工作图中的图样和技术条件所用的汉字、字母和数字，必须做到字体端正、笔画清楚、排列整齐、间隔均匀，汉字字体应写成长仿宋字。字体字号应适当，其高度应在14、10、7，5、3.5，2.5范围中选用（单位为mm），字体宽度约等于其高度的2/3。角度标注全部按正视放置。刀具工作图中允许使用一些简化画法，如拉刀的正投影可以简化，拉刀的刀齿允许只画少量几个齿，其最刀齿可简化成齿顶，齿顶用粗实线表示，齿槽底用细实线表示，省略的刀齿部分用双点划线表示。装配图上应画出装配后刀具的全部图形，表明零、部件的相互位置关系，标出外形尺寸与安装在机床上所需的安装尺寸、刀具的主要几何参数，在装配图标题栏上方还应画出零件明细表。3.2对设计说明书的要求应有统一规定的封面和设计任务书，说明书的内容应包括设计刀具时所遇到的主要问题以及设计计算的全部程序。应根据任务书中给定的原始条件，独立地提出自己的设计方案，以培养独立分析和解决实际问题的能力。设计说明书应用钢笔写在16开纸上，字迹与插图应工整、清晰，语言要简练，文句要通顺，说明书的每一页都应留有装订线和边框，编写页码，最后应将说明书装订成册。四.拉刀设计过程设计圆孔拉刀要确定1）拉削方式外，还要选用2）拉削余量、3）刀具材料、4）几何参数和5）齿升量、6）齿距，7）同时工作齿数、8）容屑槽的形状和尺寸、9）分屑槽的选择、10）拉削力的计算、强度验算、11）其它结构部分的设计。常用的拉刀有：①综合式拉刀;②分层式拉刀。根据加工材料来选择拉刀。一般情况下，拉削韧性较大的金属材料时用综合式拉刀。综合式拉刀刀体较短，适用于拉削碳钢和低合金钢。拉削韧性较低的脆性材料（如铸铁类金属）时常用分层式拉刀。4.1拉削方式选择4.2拉削余量计算4.3几何参数4.3.1拉刀前角4.3.2拉刀后角的选择4.4齿升量一般取过渡齿和精切齿齿数为5-8。齿升量可按0.8af、0.6af、0.5af、….、0.1af、0.05af逐齿递减，但不得小于0.005mm。分层式拉刀粗切齿齿升量（mm）1.由加工表面粗糙度要求较高时；2.工件材料的加工性差。3.小截面、低强度的拉刀；4.工件刚度低；5.尽量避免采用大于0.15~0.2mm的齿升量;6.小于0.015mm的齿升量适于精度高或研磨锋利的拉刀。过渡齿、精切齿和校准齿齿数和齿升量4.5齿距、同时工作齿数1）l为工件长度。2）计算出p后圆整为整数。3）同时工作齿数应满足3~8条件。4.6容屑槽的形状及尺寸4.7容屑系数容屑槽的容屑系数4.8分屑槽4.8.1圆拉刀三角形分屑槽4.8.2圆拉刀弧形分屑槽4.9拉刀校准部齿数4.10拉削变形量拉削韧性金属和薄壁零件时拉削孔径收缩量4.11拉刀柄部标准4.11.1圆柱形前柄Ⅱ型GB3832.2-83（mm）4.11.2圆柱形后柄Ⅰ型GB3832.2-83（mm）4.12拉刀颈部、过渡锥部、前导部和后导部前柄颈部过渡锥切削部前导部后导部后柄联系尺寸m=10~20床壁厚度花盘法兰厚度4.13拉削力4.14常用卧式拉床有关参数4.15高速钢拉刀的许用应力4.16拉刀允许的总长度4.17拉刀技术条件4.17.1拉刀材料及热处理：拉刀用W18Cr4V或同等性能的高速工具钢制造。W18Cr4V热处理硬度：刀齿和后导部HRC63-66，前导部HRC60-66，柄部HRC40-524.17.2拉刀几何角度的极限偏差4.17.3拉刀表面粗糙度4.17.4拉刀刀齿外圆直径的极限偏差0.0074.17.5拉刀全长尺寸的极限偏差为：拉刀全长于等于1000mm时为±3mm，拉刀全长大于1000mm时为±5mm。5.拉刀设计算例圆孔拉刀设计举例5.1[原始条件]工件直径φ50+0.025mm，工件长度30~50mm，材料45号钢，硬度220-250HBS，σb=0.75GPa，工件如图。拉床为L6140型不良壮态的旧拉床，采用10%极压乳化液，拉削后孔的收缩量为0.01mm。5.2设计步骤1.拉刀材料W18Cr4V2.拉削方式综合式3.几何参数：表4.2，取前角γ0=15°，精切齿与校准齿前刀面倒棱，bγ1=0.5-1mm，γ01=5°。表4.3，取粗切齿后角α0=3°倒棱宽bα1≤0.2mm，精切齿后角α0=2°，bα1=0.3mm，校准齿α0=1°，bα1=0.6mm。4.校准齿直径(以角标x表示校准齿的参数)d0x=dmmax+δδ收缩量，δ=0.01mm，d0x=50.025+0.01=50.035mm.5.拉削余量：表4.1计算，当预制孔用钻削加工时A的初值为A=0.005dm+0.1l1/2=0.005×50+0.1×501/2=0.96mmφ49钻头，最小孔径dwmin=φ49mm，拉削余量为A=d0x-dwmin=50.035–49=1.035mm6.齿升量:表4.4取粗切齿升量为af=0.04mm。7.容屑槽：1）计算齿距：表4.8，粗切齿与过渡齿齿距p=(1.3~1.6)×501/2=10mm取精切齿与校准齿齿距（用角标j表示精切齿的齿距）Pj=Px=(0.6~0.8)p=7mm2）容屑槽形状及尺寸：采用曲线齿背。表4.9基本槽形，粗切齿与过渡齿取h=4mm，g=3mm，r=2mm，R=7mm；精切齿与校准齿取h=2.5mm，g=2.5mm，r=1.3mm，R=4mm；3）校验容屑条件h≥1.13×（K×2afl）1/2表4.10，取容屑系数K=2.7，工件最大长度l=50mm，齿升量af=0.04mm，则1.13×（K×2afl）1/2=1.13×（2.7×0.08×50）1/2=3.71而容屑槽深h=4mm，所以校验合格。4）校验同时工作齿数。表4.8计算。Zemin=lmin/p=30/10=3Zemax=lmax/p+1=50/10+1=6满足3≤Ze≤8条件。8.综合式拉刀粗切齿与过渡齿用弧形分屑槽，精切齿用三角形分屑槽。1)表4.13.当最小直径d0min=49mm时,弧形分屑槽数nk=12，槽宽：a=d0minsin(90/nk)-(0.3~0.7)=49sin(90/12)-(0.3~0.7)≈6mm2)表4.12，当直径d0=50mm时，三角形分屑槽槽数为nk=(1/7~1/6)πd0槽宽b=1~1.2mm槽深h‘=0.5mm，见表4.143）前后齿分屑槽应交错排列，最后一个精切齿不做分屑槽。9.前柄部形状和尺寸。表4.18，选用Ⅱ型A式无周向定位面的圆柱形前柄，取d1=45mm，最小断面直径为d2=34mm。10.校验拉刀强度与拉床载荷。表4.23、4.24，4.25计算最大拉削力。综合式拉刀粗切齿的切削厚度为齿升量的2倍，1mm刀刃上的切削力Fz’应按2af确定。Fmax=Fz‘ΣawZemaxk0k1k2k3k4×10-3=275×50π/2×6×1.27×1.15×1.13×1×1×10-3=214KN柄部最小断面为危险截面，直径为φ34，面积为Amin=π×342/4=209mm2拉应力为σ=Fmax/Amin=214/908=0.27GPa按表4.26，[σ]=0.35GPa，校验合格。表4.24、4.25，拉床允许的拉力为Fr×k=400×0.6=240kN由上述可知，拉削力Fmax=214KN，Fmax＜Fr×k，拉床载荷校验合格。11.齿数及每齿直径。取过度齿与精切齿齿升量为0.035、0.030、0.025、0.020、0.015、0.010、0.005mm，后四齿齿升量小于粗切齿齿升量的1/2，为精切齿，而前三齿称过度齿。过渡齿与精切齿切除的余量为Ag+Aj=2x（0.035+0.030+0.025+0.020+0.015+0.010+0.005)=0.28mm，则粗切齿齿数Zc：（第一个粗切齿齿升量为0)Zç=(A-(Ag+Aj))/2÷af+1=(1.035-0.28)/2÷0.04+1=10粗切齿与过渡齿，精切齿共切除余量为(10-1)x2x0.04+0.28=1.0mm，剩余0.035mm的余量，需增加一个精切齿，调整各精切齿齿升量。各齿直径列于图中。按表4.15取校准齿6个，共有粗切齿、过渡齿、精切齿、校准齿齿数为10+3+5+6=240.080.070.050.0420.0360.0320.0180.01112.拉刀其它部分。1)根据表4-20，前导部的直径与长度为d4=dwmin=49.000mml4=l=(30+50)/2=40mm2)后导部的直径与长度为d7=dxmin=50.028mml7=(0.5-0.7)l=25mm3)前柄端部至第一齿的距离L1’=l1’+Bs+m+A+l4查表4.18，l1’=l1=110mm,m取20mm，查表4.24，床壁厚度Bs=100mm，花盘法兰厚度A=50mm，前导部14=40mm，则L1'=110+20+100+50+40=320mm4)颈部直径d2=d1–(0.3~0.5)=45-0.5=44.5mm5)过渡锥长度取为15mm拉刀直径较小，不设后柄部13.计算和校验拉刀总长。粗切齿与过渡齿的长度:l5=10(10+3)=130mm精切齿与校准齿的长度:l6=7(5+6)=77mm总长为L=L1’+l5+l6+l7=320+130+77+25=552mm，最后取L=560mm，L1’改为328mm。查表4-27，当拉刀直径为50时，允许长度为25×50=1250mm，长度校验合格。14.制定技术条件。按4.3节制定校准齿粗切齿+过渡齿+1-3号精切齿4-5精切齿+1-6校准齿15.画图，标注技术条件各齿直径公差16.各齿直径公差17.标注技术条件课程设计作业题号工件材料D/mmd/mmL/mm热处理1458050+0.02545HBS2002457035+0.02530HBS2503455020H730HBS2904459055H750HBS3505458040H756HBS3206459045H740HBS3307455025H730HBS3008456030H740HBS30094512060H750HBS300按要求编写技术说明书，加封面，装订成册！！包括：必要的图纸，目的、要求、设计任务书，设计说明书计算步骤等谢谢配合！