矩形花键拉刀矩形花键铣刀设计说明书-刀具课程设计.doc

word目录1 说明······································································32 矩形花键拉刀··························································421 设计要求···························································422 设计步骤···························································42.2.1 花键孔尺寸····················································42.2.2 确定拉削余量··················································42.2.3 齿升量的选择··················································52.2.4 切削几何参数选择·············································52.2.5 确定校准齿直径················································62.2.6 倒角齿参数计算················································62.2.7 确定齿距p与同时工作齿数····································72.2.8 容削槽的设计··················································72.2.9 拉刀的分削槽形状·············································82.2.10 花键齿截型设计··············································82.2.11 粗算切削齿齿数··············································92.2.12 计算切削齿局部长度········································102.2.13 拉刀尺寸设计···············································1023 拉刀强度与拉床拉力校验··········································132.3.1 拉削力·······················································132.3.2 拉刀强度校验················································132.3.3 拉床拉力校验················································1324 确定拉刀的技术条件················································143 矩形花键铣刀·························································1531 设计要求··························································1532 设计步骤··························································153.2.1 花键轴尺寸···················································153.2.2 具体参数设计················································153.2.3 齿形高度和宽度··············································163.2.4 铣刀的孔径和外径············································163.2.5 铣刀的齿数··················································173.2.6 铣刀的后角与铲削量·········································173.2.7 铣刀的容削槽和分削槽·······································183.2.8 校验·························································1833 矩形花键铣刀的技术条件··········································193.3.1 外表粗糙度按GB103168·································193.3.2 尺寸公差·····················································193.3.3 形状位置公差················································193.3.4 齿形误差·····················································203.3.5 材料与热处理················································204 参考文献······························································211 说明大学三年的学习即将完毕，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根底。我的课程设计课题目是矩形花键拉刀与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、以与所学软件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。由于本人水平有限,设计编写时间也比拟仓促,在我们设计的过程中会遇到一些技术和专业知识其它方面的问题，再加上我们对知识掌握的程度，所以设计中我们的设计会有一些不尽如人意的地方, 为了共同提高今后设计设计的质量，希望在考核和辩论的过程中得到各位指导教师的谅解与批评指正,不胜感激之至.2 矩形花键拉刀21 设计要求被加工零件如图1.所示工件材料为 45钢；硬度HBS180；强度b = 610Mpa；工件长度L=30mm。22 设计步骤2.2.1 花键孔尺寸外径： D=460+0.100径： d=420+0.025键宽： B=800.036键数： Z=82.2.2 确定拉削余量拉削余量A是拉刀各刀齿应切除金属层的厚度总和。应在保证去除前道工序造成的加工误差和外表破坏层前提下，尽量使拉削余量减小，缩短拉刀长度。拉削余量的计算公式如课本表15-1所列。由于加工花键，孔型为花键孔，且外圆46H10，圆42f7此处假设加工工件的孔径d0为41倒角齿切削余量：Ad= dB-d0=圆孔拉削余量：Ay=d-d0=花键拉削余量：Ah=dmmax-dB2.2.3 齿升量的选择 齿升量af 在拉削余量确定的情况下，齿升量越大，如此切除全部余量所需的刀齿数越少，拉刀的长度缩短，拉刀制造较容易，生产效率也可提高。但齿升量过大，拉刀会因强度不够而拉断，而且拉削外表质量也不容易保证。通过课本表15-4知，af=0.050.08。取af=0.07。 切削几何参数选择前角0拉刀前角0一般是根据加工材料的性能选取。材料的强度硬度低时，前角选大一些。根据课本表15-5，工件材料钢材、硬度HBS180，得前角0=16°18°、精切齿与校准齿倒棱前角01 =5°。 后角0 拉削时切削厚度很小，根据切削原理中后角的选择原如此，因取较大后角。由于拉重磨前刀面，如后角取的很大，刀齿直径就会减小的很快，拉刀试用寿命会显著缩短。因此，拉刀切削齿后角都选得较小，校准齿后角比切削齿的更小。但当拉削弹性大的材料如钛合金时，为减小切削力，后角可取得稍大一些。根据课本表15-6，花键拉刀粗切齿后角0 =2°30'+1°、刃带b1=0.050.15，花键拉刀精切齿后角0 =2°+30'、刃带b1=0.10.2，花键拉刀校准齿后角0 =1°+30'、刃带b1=0.20.3。 刃带宽度b1 拉刀各刀齿均留有刃带，以便于制造拉刀时控制刀齿直径；校准齿的刃带还可以保证沿前刀面重磨时刀齿直径不变。小结粗切齿：前角0=17° 后角0=2°30'+1°刃带b1精切齿：前角0=17° 后角0=2°+30' 刃带b1校准齿：前角0=17° 后角0=1°+30' 刃带b1 确定校准齿直径花键齿和圆形齿的扩量，查表可得为5µm，倒角齿不设校准齿根据公式：d0g=Dmax±花键齿校准齿：d0g圆形齿校准齿：d0g 倒角齿参数计算 倒角刀齿用于切出键槽底所需倒角尺寸f，也可用作为去除键槽齿毛刺之用。键槽宽度B=8mm，圆孔拉刀的校准齿直径d0g圆=42.020mm，倒角角度=30°，倒角尺寸f=1mmB1=B+2f=8+2=10mmsin1=B1d=10421=sin-10.238=°tanB=B2ON=B2OE-2NEx=90°-1°M=d2cosxOE=MsinNE=B2tanON=OE-NEtanBBdB=BsinB最后一个倒角齿直径: d2= dB+0.2=2.2.7 确定齿距p与同时工作齿数齿距P为相邻两刀齿间的轴向距离。齿距P的大小主要影响容屑槽的尺寸和同时工作齿数的多少。确定齿距P时首先应满足容屑空间的需要，其次应使同时工作齿数多于3个。拉刀切削齿距P一般按如下经验公式求也：P=2l 式中L拉削长度。过渡齿齿距等于P，精切齿与校准齿齿距为0.60.8P。粗切齿齿距P=1.752l=1.75230 取P=10如此过渡齿齿距 P=10精切齿与校准齿齿距 P=7确定同时工作齿数zz=lp+1=3+1 取z=42.2.8 容削槽的设计容削槽的形状拉刀属于封闭式切削，切下的切削全部容纳在容削槽中，因此，容削槽的形状和尺寸应能较宽敞地容纳切削，并能使切削卷曲成较严密的圆卷形。为减少加工容削槽的成形车刀和样板的种类，应尽量将容削槽的形状和尺寸系列化，标准化。目前常用的容削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，直线齿背双圆弧槽型槽型容削空间大，制造较简便，目前生产的拉刀大多采用这种槽型，适用于组合式与分块式的拉削和齿升量大的拉刀上，故应选用直线齿背双圆弧槽型。确定容削系数K容削系数K是拉刀容削槽纵向截面面积Ap与切削纵向截面面积Ad的比值即K=ApAd容削槽的尺寸粗切齿用深槽，h=4.5mm，g=3，r=2.3，R=7使满足式hKaflKafl3.2*0.07*30=2.93所以满足，校验合格2.2.9 拉刀的分削槽形状拉刀分削槽的作用在于将刀削分割成较小宽度的窄切削，便于切削的卷曲、容纳和去除。拉刀的分削槽，前后刀齿上应交织磨出。常用分削槽的形状有圆弧形和角度形两种。圆弧形分削槽主要用于轮切式拉刀的切削齿和组合式拉刀的粗切削齿和过度齿上，角度形分削槽用于同廓式拉刀的切削齿和组合式拉刀的精切齿上。故粗切齿时采用圆弧形分削槽，假如精切齿时采用角度形分削槽。取粗切齿圆弧型分削槽槽数nk=10精切齿角度型分削槽槽数nk=14 花键齿截型设计花键齿键宽Bb刀齿键宽：b=Bmax±Bmax为工件键槽最大极限尺寸，为拉削后键槽宽的扩量或收缩量，应由试验确定。扩时取“-号，收缩时取“+，拉削钢材通常为0。副偏角：k'r=1°1°30'在刀齿高度1.5mm时，刀齿侧刃上磨出副偏角。刃带宽度：±在刀齿高度1.5mm时，刀齿侧面应磨出刃带，以保证重磨后刀齿宽度减少较少与起修光作用。过度刃：r=0.25mm也可以做成45°倒棱，倒棱宽度可以取0.2mm 粗算切削齿齿数由于切削工序为倒角花键圆孔，所以先计算倒角切削齿齿数。根据确定的拉削余量A，选定的齿升量f，按照下式估算齿数Z=A2f+X其中X为精切齿，过度齿和校准齿齿数，查表确定加工孔精度粗切齿齿升量过度齿齿数精切齿齿数校准齿齿数IT7IT83547575768IT9IT1023254535估算齿数的目的是为了估算拉刀的长度，如果拉刀的长度超过要求，需要设计成两把一套的套拉刀。其中倒角齿不设校准齿，也不设精切齿。倒角齿齿数：zh=3.9442*0.07+4=28.171+4取zh=32花键齿齿数：zd=1.1562*0.07+4=8.26+4取zd=12圆孔齿齿数zy=1.0252*0.07+4=7.32+5取zh=15.12 计算切削齿局部长度倒角齿局部长度：ld=p×zd=10×32=320mm花键齿局部长度lh=p×zh=10×12=120mm外圆齿局部长度lw=p×zw=10×15=150mm拉刀局部总长度l5=lw+lh+ld=320+120+150=590mm 拉刀尺寸设计拉刀柄部结构形式与尺寸设计拉刀柄部结构和尺寸都已标准化，选用时可取略小于预制孔直径值，并采用快速装夹的形式。拉刀根本结构形式分为：I型-A，无周向定位面I型-B，有周向定位面II型-A，无周向定位面II型-B，有周向定位面I型用于柄部直径小于18mm的拉刀，II型用于柄部直径大于18mm的拉刀。I型和II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，后柄结构形式有I型和II型-两种，I型为整体式，II型-为装配式，一般在后柄直径较大时采用。故该拉刀选择II型-A，无周向定位面的圆柱形前柄形式，I型圆柱形后柄形式。D1=32mm查表，可知D2=24.6mm，D1'=24.6mm，L1=20mm，L2=32mm，L3=75mm， c=8mml1=L3=75mm颈部长度l2颈部直径可与柄部一样或略小于柄部直径，颈部长度与拉床型号有关。拉刀颈部长度l2可由下式计算，即l2m+B+A-l3式中 m拉床夹头与拉床床壁的间隙，m=10mm20mm B拉床床壁厚度 A拉床花法兰盘l3过渡锥长度，通常取10mm，15mm，20mm。取m=20mm，B=70mm，A=30mm，l3=20mml2=100mm 过渡锥设计通常取成10、15、20，这里取l3=10mm。前导部、后导部和支托部设计前导部长度l4是由过渡锥终端到第一个切削齿的距离，一般等于拉削孔的长度l；假如孔的长度和直径之比大于1.5时，可取l4=0.75l，但不小于40mm。前导部的直径d4等于拉削前孔的最小直径dwmin，公差按e查得。l4=50mmd4=42mm后导部长度l7=0.50.7l，但不小于20mm，后导部直径d7取拉削后孔的最小直径dmmin，公差取f6。d7=42mml7=30mm拉刀支托部长度l80.7dm，但不小于20mm25mm。dm为拉削后孔的公称直径。支托部直径也可以取为d70.7dm，随拉床托架尺寸具体而定。dm=40mml8=26mm拉刀总长度计算拉刀总产度L是拉刀所有组成局部长度的总和，即L=l1+l2+l3+l4+l5+l6+l7+l8=75+100+10+50+590+150+42+26=1043mm拉刀总长度受到拉床允许的最大行程、拉刀刚度、拉刀生产工艺水平、热处理设备等因素的限制，一般不超过下表中给出的规定数值。否如此，需修改设计或改为两把以上的成套拉刀。总长在1000mm以的，偏差取±0.2mm，在更长时取±3mm。拉刀直径61010181830304040505060>60最大总长度28d030d028d026d025d024d01500精细圆孔拉刀一般不超过20d0所以，符合总长度允许值。23 拉刀强度与拉床拉力校验拉削力拉削时，虽然拉刀每个刀齿的切削厚度很薄，但由于同时参加工作的切削刃总长度很长，因此拉削力依旧很大。综合式圆孔拉刀的量大拉削力Fmax用下式计算，即Fmax=F'cxd02符合要求2.3.2 拉刀强度校验拉刀工作时，主要承受拉应力，可按下式校验，即=FmaxAmin=FmaxAmin=3155.7346.3=9.1MPa<符合要求2.3.3 拉床拉力校验拉到工作时的最大拉削力一定要小于拉床的实际拉力，即FmaxKmFmKm×200kN=160kN符合要求24确定拉刀的技术条件由ZBJ 41008-89矩形花键拉刀技术条件确定拉刀材料与热处理：拉刀用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 4052HRC允许进展外表强化处理3 矩形花键铣刀31 设计要求被加工零件如图2.所示工件材料为 45钢；硬度HBS180；强度b =610 Mpa；工件长度L=30mm。32 设计步骤 花键轴尺寸外径： D=46-0.480-0.320径： d=42-0.050-0.025键宽： B=8-0.098-0.040键数： Z=8具体参数设计齿槽半角 花键铣刀铣削的是花键之间的局部，所以，铣刀的齿顶轮廓为矩形花键两键之间齿槽的廓形，齿槽的半角大小为 o齿顶圆弧中心角-2arcsinB2D= 22.5°-2arcsin442=22.5°-10.93°=11.57° 齿顶宽 铣刀齿顶宽度等于键槽底部宽度。Ba=D sin=42×sin11.57°=8.423 铣刀齿顶圆弧半径 铣刀齿顶圆弧半径等于键槽底部圆弧半径。Rf=422=21 铣刀前角 选择铲齿成形铣刀，前刀面是平面，刃磨很方便，所以f=0°3.2.3 齿形高度和宽度 齿廓高度h=hw+15mm=46-422+15=4 铣刀宽度B=Ba+2h×tan=8.423+2×4×tan22.5°=11.737取B=123.2.4 铣刀的孔径和外径 铣刀孔径铣削宽度铣刀孔径一般切削重切削613136121622122522272540273240603240601004050根据切削宽度B=12查表，可得d=16mm铣刀外径下表为铣刀直径的推荐值，是按铣刀直径公式计算，并为5的整数倍。孔径d铣刀齿形高度468101215182022252830323513455570-455055701650557090-45455055606570902265657090110-55556065707580901001152770758090110-656570758085909510011512532859095100110160-75758085909510010511011512514516040105110110115125160-9095100105110115120125130140145150160注：表中上栏为平底型容削槽的铣刀外径，下栏为加强式容削槽的铣刀外径。已算得孔径16、齿形高度4，查表得 ，铣刀外径d0=503.2.5 铣刀的齿数铲齿成形铣刀齿数：查表 Zk=83.2.6 铣刀的后角与铲削量铣刀后角f=12°tan0=tanfsin=tan12°sin22.5°=0.故0=5°可满足要求 铲削量K=d0tanfZk=3.14×50×0.21÷8=4.121取K=53.2.7 铣刀的容削槽和分削槽 容屑槽形式在铣削深度较小和刀齿强度足够的情况下，应采用平底式；在铣削深度较大时，宜采用加强式。 故该容屑槽选择采用平底式。 容屑槽半径 一般取r=1mm5mm，并为0.5的整数倍。r=×d0-2h+K2AZk=3.14×50-2×4+5÷12÷8=1.04取r=1 容屑槽间角=25° 容屑槽深度H=h+K+r=4+5+1=10 分屑槽尺寸因为该铣刀宽度小于20，故切削刃上不需做分屑槽 校验验刀齿强度齿根宽度CC3(d0-2H)4Zk=3×3.14×(50-2×11)4×8=8.83CH=8.8310=0.88>0.8所以刀齿强度满足要求检验刀体强度m=d0-2H-d2=7m0.30.5d所以刀体满足要求33 矩形花键铣刀的技术条件3.3.1 外表粗糙度按GB1031681刀齿前刀面，孔外表、端面与铲磨铣刀的齿背外表不低于72铲齿铣刀的齿背面不低于63其余局部不低于43.3.2 尺寸公差序号名称符号公差1铣刀外径doh162铣刀宽度Bh123铣刀孔径dH74铣刀键槽宽度bDc75孔至键底距离 t1H143.3.3 形状位置公差序号项目铣刀尺寸围公差1切削刃的径向与端面跳动do<100do1002刀体端面跳动do<100do1003前面的径向性只许凹入H1010<H2020<H30H>303.3.4 齿形误差铣刀齿形高度h透 光 度齿形的根本局部齿顶与圆角局部44121222>223.3.5 材料与热处理铣刀材料一般用高速钢，热处理后硬度应为HRC6366。在铣刀的工作局部，不得有脱碳层和软点参 考 文 献3 华明主编刀具课程设计指导书工业大学，19814 花键刀具生产图册编制工作组主编花键刀具生产图册技术标准，19795 机械工程手册电机工程手册编辑委员会主编机械工程手册 第47篇 金属切削刀具机械工业，19806 袁哲俊、华明主编刀具设计手册机械工业，199923 / 23