成形車(chē)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)前言1.1 刀具的發(fā)展 切削加工是現(xiàn)代制造業(yè)應(yīng)用最廣泛的加工技術(shù)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)外切削加工在整個(gè)制造加工中所占比例約為8085，而在國(guó)內(nèi)這一比例則高達(dá)90。刀具是切削加工中不可缺少的重要工具，無(wú)論是普通機(jī)床，還是先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床(NC)、加工中心(MC)和柔性制造系統(tǒng)(FMC)，都必須依靠刀具才能完成切削加工。刀具的發(fā)展對(duì)提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量具有直接影響。材料、結(jié)構(gòu)和幾何形狀是決定刀具切削性能的三要素，其中刀具材料的性能起著關(guān)鍵性作用。國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)(CIRP)在一項(xiàng)研究報(bào)告中指出：“由于刀具材料的改進(jìn)，允許的切削速度每隔l0年幾乎提高一倍”。刀具材料已從20世紀(jì)初的高速

2、鋼、硬質(zhì)合金發(fā)展到現(xiàn)在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐熱溫度已由500600提高到1200以上，允許切削速度已超過(guò)1000mmin，使切削加工生產(chǎn)率在不到100年時(shí)間內(nèi)提高了100多倍。因此可以說(shuō)，刀具材料的發(fā)展歷程實(shí)際上反映了切削加工技術(shù)的發(fā)展史。1.2 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)

3、 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。圓體成形車(chē)刀設(shè)計(jì)2.1 引言 成形車(chē)刀是一種加工回轉(zhuǎn)體成形表面的專(zhuān)用工具，它以其加工精度穩(wěn)定、生產(chǎn)率高、刀具使用壽命長(zhǎng)和刃磨簡(jiǎn)便等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于普通車(chē)床、六角車(chē)床、自動(dòng)及半自動(dòng)車(chē)床以及生產(chǎn)自動(dòng)線上。但由于成形車(chē)刀前角和后角的原因，刀具截形與工件廓形不同，這給成形車(chē)刀的設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)很大的困難，使得成形車(chē)刀的設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，制造成本高。成形車(chē)刀的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法有作圖法和計(jì)算法，這些傳統(tǒng)方法工作量大、計(jì)算復(fù)雜而且存在較大的廓形誤差，這些都制約著成形車(chē)刀的廣泛使用。2.2設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求：按照要求完成

4、一把成型車(chē)刀，并且能夠用該刀具加工出圖示的工件。2.3 選取刀具材料 工件材料為：硬鋁；硬度HBS100 ；強(qiáng)度b = 420MPa。 選取刀具材料：V2.4選擇前角及后角由表（2-4）金屬切削刀具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)得：=27，f =13。2.5 刀具廓形及附加刀刃計(jì)算 根據(jù)設(shè)計(jì)要求取 =20。a=3mm，b=1.5mm，c=5mm，d=0.5mm 如圖（2）所示：以00線（過(guò)910段切削刃）為基準(zhǔn)，計(jì)算出112各點(diǎn)處的計(jì)算半徑r。（注：為了避免尺寸偏差值對(duì)計(jì)算準(zhǔn)確性的影響，故常采用計(jì)算尺寸-計(jì)算長(zhǎng)度和計(jì)算角度來(lái)計(jì)算） 圖（ 2 ） =基本半徑=9mm; ;； ； 以上各個(gè)半徑就是標(biāo)注點(diǎn)的相對(duì)00線

5、的半徑長(zhǎng)度，半徑是進(jìn)行刀具切削的各個(gè)點(diǎn)的設(shè)計(jì)繪制的。 再以1，2點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，計(jì)算長(zhǎng)度 ： ； 2.6 計(jì)算切削刃的總長(zhǎng)度 ； 由于刀具的一部分是輔助用的加工部分，則可以對(duì)刀具的外部半徑進(jìn)行圓整，最后考慮到加工刀具的精度問(wèn)題取 為58mm.2.7 確定結(jié)構(gòu)尺寸 為了達(dá)到加工結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和合理的加工工藝，應(yīng)使：（見(jiàn)表23）由表（23）查得金屬切削刀具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) ：C1312車(chē)床（刀具結(jié)構(gòu)為C型） ；d=12mm; 選用毛坯直徑為28mm,則； 代入上試，可得； 最終取m=8mm.2.8用計(jì)算法求原體成形車(chē)刀廓形上的各個(gè)點(diǎn)所在圓半徑 2.8.1計(jì)算廓形上的各個(gè)點(diǎn)所在圓半徑 計(jì)算過(guò)程如表（11）金屬切

6、削刀具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)所示： 表（11）廓形組成點(diǎn)精度為0.019，10作0點(diǎn)7.9424.272-25=-0.7280.01 1，2923.610.5418.6340.7824.6003，49.97521.181.6017.5742.4523.811.9560.015，77.78826.570.318.8740.4224.783.650.02612.67516.525.0814.0948.7621.370.7450.04 8 8.2925.770.3918.7840.5524.72-0.260.04 11，129.92821.292.1816.9943.4123.380.430.02 備注： 以

7、上各個(gè)值的計(jì)算公式為：， ； ； ； 標(biāo)注廓形徑向尺寸時(shí)，應(yīng)該選公差要求最嚴(yán)的112段廓形為尺寸標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)，其它各點(diǎn)用廓形深度見(jiàn)表（11）。2.8.2 根據(jù)表（11）可確定各個(gè)點(diǎn)廓形深度的公差 1 ） 的為：0； 2） 的為：0.01； 3） 的為：0.02； 4） 的為：0.04；5）的為：0.1；6），的為：0.04；2.9 最小后角的校驗(yàn) 由于711段切削刃與進(jìn)給方向的夾角最小，所以這段切削刃上后角最小。 則有： 所以后角校驗(yàn)合格。2.10 車(chē)刀廓形寬度即為相應(yīng)工件廓形的計(jì)算長(zhǎng)度 其數(shù)值及公差按表（25）確定各個(gè)值分別為：； ； ； ；2.11 繪制刀具的加工工作圖和樣板工作圖根據(jù)以上得到

8、的結(jié)果，按照數(shù)據(jù)進(jìn)行刀具圖的繪制，繪制圖一張。根據(jù)相關(guān)的要求制定粗糙度等等的標(biāo)注。（詳細(xì)說(shuō)明見(jiàn)圖紙） 矩形花鍵拉刀的設(shè)計(jì)3.1 選定刀具類(lèi)型和材料的選定3.1.1選擇刀具類(lèi)型： 采用的刀具類(lèi)型不同將對(duì)加工生產(chǎn)率和精度有重要影響。總結(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=BnZi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。 3.1.2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

9、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，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。3.2 刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)及各部分功用3.2.1拉刀的結(jié)構(gòu)圖1表1代號(hào)名 稱功 用1柄部夾持拉刀，傳遞動(dòng)力2頸部連接柄部和后面各部，其直徑與柄部相同或略小，拉刀材料及規(guī)格等標(biāo)記一般打在頸部。3過(guò)度錐頸部到前導(dǎo)

10、部的過(guò)渡部分，使拉刀容易進(jìn)入工件孔中。4前導(dǎo)部起引導(dǎo)拉刀切削部進(jìn)入工件的作用，5切削部擔(dān)負(fù)切削工作，包括粗切齒、過(guò)渡齒及精切齒。6校準(zhǔn)部起刮光、校準(zhǔn)作用，提高工件表面光潔度及精度，并作為切削部的后備部。7后導(dǎo)部保持拉刀與工件的最后相對(duì)位置，防止在拉刀即將離開(kāi)工件時(shí)因工件下垂而損壞工件已加工表面及刀齒。8尾部支持拉刀使之不下垂，多用于較大較長(zhǎng)的拉刀，也用于安裝壓力環(huán)。 3.2.2 切削方式：采用分層拉削方式中的同廓式拉削方式 3.2.3拉削余量：對(duì)于花鍵孔A=De-Do 3.2.4拉刀刀齒結(jié)構(gòu)： 表2名稱功用前刀面切削流出的表面后刀面最終形成已加工表面的面副后刀面刀齒上和已加工表面相對(duì)的表面、分

11、屑槽兩側(cè)面刃帶也稱第一后刀面，是主切削刃和后刀面之間的后角為零的窄面，它有穩(wěn)定的拉削過(guò)程，防止拉刀擺尾的作用主切削刃是前后刀面的交線副切削刃是前刀面和副后刀面的交線，分屑槽中也有兩條副切削刃過(guò)渡刃可以是直線或圓弧，它有助于減緩刀尖的磨損刀尖主副切削刃的相交點(diǎn)容屑槽其形狀必須有利于切屑卷曲，并能寬敞地容納切屑分屑槽減小切削寬度，降低切削卷曲阻力，便于切削容納在容屑槽內(nèi)，從而改善拉削狀況棱刀齒后刀面與齒背的交線齒背容屑槽中靠近后刀面的部分3.3、拉刀幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)3.3.1：選擇拉刀材料：V3.3.2:擬訂拉削余量切除順序和拉削方式 拉削余量切除順序?yàn)椋旱菇擎I測(cè)與大徑小徑，拉刀切削齒的順序是：倒角

12、齒花鍵齒圓形齒。實(shí)際采用分層拉削漸成式。 后面用d、h和y表示角齒、花鍵齒和圓形齒；用c、g、j和x表示粗切、過(guò)度、精切和校準(zhǔn)齒；用w和m表示工件預(yù)制孔和拉削孔。3.3.3：選擇切削齒幾何參數(shù)前腳：=20，精切齒與校準(zhǔn)齒倒棱前腳=5后腳：粗切齒：=230+1 =0.10 精確齒：=2+30=0.15 校準(zhǔn)齒：=1+30=0.23.3.4：確定校準(zhǔn)齒直徑 倒角齒不設(shè)校準(zhǔn)齒查表416得，花鍵齒、圓形齒的擴(kuò)張量均為4um，則花鍵齒校準(zhǔn)齒和圓形齒校準(zhǔn)齒直徑為 =34.10-0.004=34.996mm； =28.021-0.004=28.0017mm；3.3.5：計(jì)算倒角齒參數(shù) 查表429知倒角的工藝

13、角度為=45。按表429計(jì)算如下： sin=( +2ftg)/=(7+2*0.5*tg45)/28=0.2706 =arcsin0.2115=15.7 M=1/2sin(+)=1/2*28*sin(45+15.7)=12.32mm ctg=2*M/(sin)-ctg=(2*12.32)/(7*sin45)-ctg45=3.99 =arcctg3.99=14.34 =/sin=28.71mm =+(0.30.6)=29.21mm3.3.6：計(jì)算切削余量； 按表4-1計(jì)算圓形拉削余量為1mm，預(yù)制孔徑為27mm，實(shí)際拉削余量 =28.0017-27=1.0017mm倒角余量 =29.21-27=2

14、.21mm花鍵余量 =34.996-(29.21-0.1)=6.396mm3.3.7:選擇齒升量； 查表4-4 選擇為花鍵齒：=0.050mm（矩形花鍵拉刀欄）3.3.8：設(shè)計(jì)容屑槽 齒距計(jì)算 查表4-7 P=(1.21.5) =(1.21.5) =8mm= =(0.60.8)p=6mm選擇容屑槽查表4-8 采用曲線槽，粗切齒用深槽，h=3mm, 精切齒用基本槽校驗(yàn)容屑條件查表4-9得容屑系數(shù)k=2.5。倒角齒齒升量大時(shí)，應(yīng)校驗(yàn)之，應(yīng)使?jié)M足式 h1.13 1.13=1.13=2.2因h=3,所以滿足條件，校驗(yàn)合格校驗(yàn)同時(shí)工作齒數(shù)查表4-7得l/p=30/8=3.8所以：=4 =4+1=5，滿足

15、38的校驗(yàn)條件3.3.9：花鍵齒截形設(shè)計(jì)花鍵齒鍵寬按下列式子計(jì)算 =- =-式中，為花鍵鍵槽寬最大極限尺寸；為拉削擴(kuò)張量（查表得=0.004mm）；為拉刀鍵齒制造公差帶寬，為保證鍵赤耐用度高，應(yīng)在制造范圍內(nèi)取最小值，這里取=0.010mm。則 =7.036-0.004=7.032mm =7.032-0.010=7.022mm 拉刀鍵齒側(cè)面應(yīng)制出=0的修光刃f，其下應(yīng)磨出側(cè)隙角130。工廠常在齒高為1.25mm及以下的刀齒上磨側(cè)隙。3.3.10：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（表4-13）。由于在每個(gè)圓形齒上都存在著不工作刃段，圓形齒段不必磨分屑槽

16、。3.3.11：選擇拉刀前柄 按表4-17選擇型A無(wú)周向定位面的圓柱形前柄，公稱尺寸=25mm卡爪底徑=21mm3.3.12：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（表4-20、4-21和4-22） =z(+2f)=6*(7.032+2*0.5)mm=48.192mm =*=98.55KN拉刀最小截面積在卡槽底頸處，則拉應(yīng)力 4）=0.2GP(表4-25)，拉刀強(qiáng)度校驗(yàn)合格3.3.13確定拉刀齒數(shù)及每齒直徑1）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 A=0.21mm?；ㄦI粗切齒

17、齒數(shù) 取46齒，多切去了的余量，應(yīng)減去0.0125mm的齒升量。因此，減去一個(gè)精切齒并將齒升量調(diào)整為0.04，0.03，0.015，0.0075mm。后2齒齒升量，為精切齒，前2齒則為過(guò)渡齒。2）圓形齒齒數(shù) 初擬方案與花鍵齒相同，即擬切去A余量，計(jì)算圓形粗切齒齒數(shù)為取10齒，少切了的余量，需增加一個(gè)精切齒，其齒升量為0.0075mm。這樣，圓形齒段具有粗切齒6個(gè)，過(guò)渡齒2個(gè)，精切齒2個(gè)。3）校準(zhǔn)部齒數(shù) 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) 4）各齒直徑基本尺寸 見(jiàn)表4-41。3.3.14拉刀齒部長(zhǎng)度 參照?qǐng)D4-2。花鍵齒段長(zhǎng)度 圓形齒竄長(zhǎng)度 拉刀齒部長(zhǎng)度 3.

18、3.15設(shè)計(jì)拉刀其他部分 按表4-17，4-19，4-23計(jì)算：前柄 頸部 過(guò)渡錐 前導(dǎo)部 前柄伸入夾頭長(zhǎng)度 前柄端部至第1刀齒的距離 ：后導(dǎo)部 后柄 3.3.16拉刀總長(zhǎng)及其校驗(yàn) 3.3.17 拉刀幾何參數(shù)匯總?cè)缦卤?已知條件：1、花鍵孔尺寸： 外徑：De=34H10（34+0.100） 內(nèi)徑：D=28H7（28+0.021） 鍵寬：b=7H9（7+0.036） 倒角：c45o c=0.3 鍵數(shù)：n=6 2、拉削長(zhǎng)度：L=30mm 3、工件材料：硬鋁YL11，硬度HBS100 4、預(yù)制孔直徑：Do=27mm 5、拉床型號(hào)：L6120序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)計(jì)算公式或選取方法計(jì)算精度計(jì)算舉例1拉刀材料W1

19、8Cr4V2齒升量af查表4-6af=0.06mm3齒距tt校按表4-12t校=（0.6-0.8）t取t=8mm，t校=6.54同時(shí)工作齒數(shù)ZeZe=（l/t）+1Ze=45拉削余量切削順序根據(jù)表4-39確定為IIIb型加工順序?yàn)椋?、倒角 2、圓孔 3、花鍵圓孔齒部分的設(shè)計(jì)計(jì)算6圓孔校準(zhǔn)齒直徑D圓校D圓校=D圓校+由表4-24查得=00.001D圓校=28.021mm7圓孔拉削余量A圓A圓=D圓校-DominA圓=28.021-27.8 =0.41mm8圓形切削齒齒數(shù)Z圓Z圓=（A圓/2af）+（3-5）Z圓=9.23取Z圓=10齒9圓形齒部分長(zhǎng)度l圓切l(wèi)圓切=tZ圓l圓切=810=80mm

20、10圓形校準(zhǔn)齒齒數(shù)Z圓校查表4-14Z圓校=411圓形校準(zhǔn)部分長(zhǎng)度l圓校l圓校=t校 (Z圓校 +23)l圓校=66 =36mm12圓形齒部分總長(zhǎng)l圓l圓=l圓切+l圓校l圓=80+36=116mm花鍵齒部分的計(jì)算13第一個(gè)花鍵齒直徑D花1D花1=d2-0.1D花1=29.21-0.1 =29.20mm14花鍵校準(zhǔn)齒直徑D花校D花校=Demax-取=0.010.001D花校=34.10-0.01 =34.09mm15花鍵拉削余量A花A花=D花校-D花1A花=34.09-29.20 =4.89mm16花鍵切削齒齒數(shù)Z花切Z花切=（A花/2af）+（3-5）Z花切=45.75取Z花切=4617花鍵

21、切削部分長(zhǎng)度l花切l(wèi)花切=tZ花切l(wèi)花切=846=368mm18花鍵校準(zhǔn)齒齒數(shù)Z花校取Z花校=419花鍵校準(zhǔn)部分長(zhǎng)度l花校l花校=t校（Z花校 +12）+8 l花校=65+8=38mm20花鍵齒部分總長(zhǎng)l花l花=l花切+l花校l花=38+368=406mm21花鍵齒廓形尺寸花鍵齒寬度棱面寬度副偏角bfKrb=Bmax-，公差取-0.015f=0.8-1表4-28Kr=1 o -1o30b=7.036-0.015=7.021 mmf=1mmKr=1o30其他部分計(jì)算22容屑溝尺寸hrg由表4-8選取h=3r=1.5g=323容屑系數(shù)K由表4-9選取K=2.524分屑槽倒角齒和花鍵齒按表4-13尺

22、寸交錯(cuò)開(kāi)分屑槽25前導(dǎo)部尺寸d3l3d3=Domin，偏差按f7l3=ld3=27l3=30mm26后導(dǎo)部尺寸d4l4d4=D花校-0.05，偏差f7l4=（0.5-0.7）ld4=280.2l4=20mm27切削角度和刃帶寬oba查表4-2查表4-3各個(gè)刀具o=20o切削齒o=2o30標(biāo)準(zhǔn)齒o=1o15切削齒ba=0.05-0.15mm標(biāo)準(zhǔn)齒ba=02-0.3mm28過(guò)渡錐長(zhǎng)度l3l3=10-20取l3=15mm29柄部尺寸D1Dlllc查表4-17D1=25mmD=19mml=20mml=25mml=90mmc=4mm30頸部長(zhǎng)度l2=m+B+A-l3，m=10mmB、A見(jiàn)表4-19B=8

23、0mm，A=40mml2=115mm31由柄部前端到第一個(gè)切削齒的距離L1L1l1+l2+l3+l3L190+115+15+30=25032后柄長(zhǎng)度l58033拉刀總長(zhǎng)LL=L1+l圓+l花+l4 + l5L=856mm3.4 對(duì)技術(shù)條件的說(shuō)明3.4.1 拉刀各部分的表面光潔度表4部 位Ra刃帶0.4前后刀面；前后導(dǎo)部；各種花鍵拉刀齒形表面0.8柄部；過(guò)渡錐；矩形花鍵拉刀表面?zhèn)认睹?.6容屑溝底及齒背，頸部3.2花鍵刀齒底徑12.5（1） 拉刀各部分尺寸偏差（2）拉刀外圓直徑在全長(zhǎng)上的最大徑向跳動(dòng)量之差（3）切削齒外圓直徑偏差：0.020（4）精切齒外圓直徑偏差按-0.01mm（5）校準(zhǔn)齒外圓直徑偏差（包括與校準(zhǔn)齒直徑相同的精切齒），查得-0.009mm（6）矩形花鍵拉刀其他尺寸偏差 鍵寬偏差：根據(jù)工件鍵寬的精度確定，可再-0.01-0.02之間 花鍵齒圓周相鄰齒距誤差，應(yīng)小于拉刀鍵寬偏差，但不得大于0.02mm 花鍵齒圓周不等分累積誤差 花鍵齒的底徑偏差按d11或只準(zhǔn)負(fù)偏差 花鍵齒