刀具課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)

1、機(jī)械制造及自動(dòng)化專業(yè)刀具課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院一、刀具課程設(shè)計(jì)的目的要求及內(nèi)容1. 設(shè)計(jì)目的及要求刀具課程設(shè)計(jì)是機(jī)械制造類(冷加工)專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)現(xiàn)代切削加工理論基礎(chǔ)、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)及機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)等課程及其它有關(guān)課程之后進(jìn)行的一個(gè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，其目的是鞏固和加深理論教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)理論，解決生產(chǎn)實(shí)際中刀具設(shè)計(jì)問題的能力。通過刀具課程設(shè)計(jì)，應(yīng)使學(xué)生達(dá)到如下要求：(1) 初步掌握幾種典型刀具的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，(2) 學(xué)會(huì)繪制刀具工作圖，標(biāo)注必要的技術(shù)條件，(3) 學(xué)會(huì)使用各種設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2. 設(shè)計(jì)內(nèi)容刀具課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容是從工藝設(shè)計(jì)零件（如Z12V190B

2、柴油機(jī)活塞）加工過程中使用的幾種刀具如成形車刀、成形銑刀等中選擇一到兩把進(jìn)行設(shè)計(jì)，也可另外指定一到兩把刀具進(jìn)行設(shè)計(jì)，時(shí)間為4天。3. 設(shè)計(jì)刀具的一般步驟(1) 確定刀具的類型；(2) 選擇刀具材料；(3) 確定刀具合理的幾何角度；(4) 確定刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)(包括：刀體尺寸、刀齒齒數(shù)、刀齒和容屑槽形狀和尺寸、刀具夾持部分的結(jié)構(gòu)和尺寸等)；(5) 設(shè)計(jì)計(jì)算刀具的廓形；(6) 制訂合理的技術(shù)條件(包括：重要尺寸的公差、形位公差、各重要表面的粗糙度、對(duì)刀具材料及熱處理的要求等)；(7) 考慮刀具的制造工藝及檢驗(yàn)方法；(8) 繪制刀具工作圖；(9) 編寫出刀具設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。4. 尖齒銑刀設(shè)計(jì)（該刀具設(shè)計(jì)

3、資料很少）注：這部分內(nèi)容是從相關(guān)資料中匯集的，同學(xué)們可直接用！(1) 銑刀直徑d和心軸（內(nèi)孔）直徑d1選擇銑刀直徑時(shí)，應(yīng)保證銑刀的軸具有足夠的剛度和強(qiáng)度，刀齒具有足夠的容屑空間以及能多次重磨。在滿足這些條件的前提下，盡可能選擇較小的數(shù)值，否則，銑削扭矩大，動(dòng)力消耗多，而且銑刀切入時(shí)間長(zhǎng)，從而降低了生產(chǎn)率。此外，小直徑銑刀成本低，一般根據(jù)銑削用量和銑刀的軸來選擇銑刀直徑。表1 銑刀直徑選擇銑刀名稱高速鋼銑刀硬質(zhì)合金端銑刀ap/mm70901004566810ae/mm58106090120180260350d0/mm8080100100125801001251602002002503154004

4、00500表1 銑刀直徑選擇（續(xù)）銑刀名稱圓盤銑刀槽銑刀及切斷銑刀ap/mm81220405101225ae/mm2025355044510d0/mm808010010016016020063638080100100125注：如ap、bD不能同時(shí)與表中數(shù)值統(tǒng)一，而ap（圓柱銑刀）或bD（端銑刀）又較大時(shí)，則主要依據(jù)ap（圓柱銑刀）或bD（端銑刀）選擇銑刀直徑銑刀直徑d和心軸直徑d1有如下關(guān)系d=2.25d1心軸直徑由表2選取。表2 銑刀直徑和心軸直徑d1(mm)整體銑刀直徑d4050607590100130150鑲齒條銑刀直徑d607590110130150銑刀心軸d1162227324050

5、60為了保證銑刀體壁厚有足夠的強(qiáng)度，所選的d及d1還必須滿足以下條件dd1+2m+2h式中 m銑刀體壁厚，通常取m0.3d(mm)，m小時(shí)會(huì)引起鍵槽處在熱處理或工作時(shí)裂開；h銑刀刀齒的高度(mm)。圖1 硬質(zhì)合金端銑刀(2) 銑刀的齒數(shù)z銑刀按齒數(shù)多少可分為粗齒和細(xì)齒兩種：粗齒銑刀的刀齒強(qiáng)度高，容屑空間大，重磨次數(shù)多，但平穩(wěn)性差，故多用于粗加工、或切削塑性材料（為有足夠容屑空間）。細(xì)齒銑刀刀齒較多，切削平穩(wěn)，加工表面質(zhì)量較好，故多由于半精加工和精加工。在實(shí)際生產(chǎn)中，銑刀刀齒常按下式計(jì)算式中 d銑刀直徑(mm)；K根據(jù)銑刀種類和切削條件確定的系數(shù)，按表3選取。表3 系數(shù)K值銑刀種類螺旋角b/(&

6、#176;)K粗齒圓柱平面銑刀301.05細(xì)齒圓柱平面銑刀15202鑲齒粗齒圓柱平面銑刀204555600.90.80.5細(xì)齒端銑刀2粗齒端銑刀1.2細(xì)齒槽銑刀2角度銑刀2.82.5成形銑刀1.51.2注：對(duì)于角度銑刀和成形銑刀，大直徑時(shí)K取小值，其余銑刀則小直徑時(shí)K取大值。(3) 銑刀螺旋角b1) 直線齒背幾何參數(shù)計(jì)算公式（圖2）b0=45°50°q=b0+g0+e式中 g0銑刀的前角(°)；e360/z（z為銑刀齒數(shù)）對(duì)于螺旋齒銑刀，zj應(yīng)按下式選?。╞為銑刀螺旋角）式中 d銑刀直徑(mm)。2) 折線齒背與曲線齒背幾何參數(shù)計(jì)算公式（圖2）q1=b0+g0+e

7、q2=60°65°r=14mma02=a01+8°12°銑刀的螺旋角b大時(shí)，因增大了實(shí)際工作前角和切屑卷曲半徑，從而排屑方便，故可降低表面粗糙度，減少振動(dòng)，但螺旋角b過大則會(huì)引起軸向力增大。各種銑刀螺旋角見表4。表4 標(biāo)準(zhǔn)銑刀螺旋角b值銑刀類型b/(°)銑刀類型b/(°)端銑刀整體2540盤銑刀兩面刃15鑲齒10三面刃815圓柱形銑刀細(xì)齒3045錯(cuò)齒三面刃1015粗齒40鑲齒三面刃L 15mm1215鑲齒2045L<15mm810立銑刀3045組合齒三面刃15鍵槽銑刀1525圖2 刀齒的幾何形狀（注：刀齒的法剖面）銑刀螺旋角的方

8、向可根據(jù)具體工作情況確定。在銑槽和側(cè)面時(shí)，應(yīng)按圖3所示來選擇銑刀的螺旋角b和銑刀的旋轉(zhuǎn)方向。 圖3 銑刀螺旋槽方向(4) 刀齒的幾何形狀（圖2）刀齒的幾何形狀應(yīng)滿足：應(yīng)有足夠的強(qiáng)度；有足夠的容屑空間；保證排屑順利；有足夠多的重磨次數(shù)。二、刀具工作圖及設(shè)計(jì)計(jì)算說明書1. 繪制刀具工作圖時(shí)應(yīng)注意的主要問題刀具設(shè)計(jì)計(jì)算最終要用刀具工作圖表示出來，為刀具制造提供全部參數(shù)及要求。刀具工作圖在圖紙中的布置，應(yīng)當(dāng)各部分之間協(xié)調(diào)，松、密恰當(dāng)，整體美觀。繪制刀具工作圖時(shí)應(yīng)注意的主要問題如下：(1) 刀具工作圖的畫法刀具工作圖應(yīng)表示出該刀具的結(jié)構(gòu)特征及其具體尺寸。同時(shí)除主要視圖外，常有剖面圖，局部放大圖。如切削刃

9、口型式，分屑槽結(jié)構(gòu)型式、小圓角及空刀槽等。在繪制刀具工作圖時(shí)，除按機(jī)械制圖投影理論繪制外，通常還采用簡(jiǎn)化畫法。例如齒輪滾刀、蝸輪滾刀、花鍵滾刀等正視圖其外圓及兩端面用粗實(shí)線畫，而刀齒、螺旋槽則可用雙點(diǎn)劃線簡(jiǎn)化表示，但螺旋方向必須一致。拉刀切削部粗切齒、精切齒、校準(zhǔn)齒，按類只畫前后幾個(gè)齒而中間齒可以用簡(jiǎn)化畫出，即外圓用粗實(shí)線，容屑槽底用細(xì)實(shí)線，其拉刀長(zhǎng)度可以斷開等。(2) 刀具工作圖的標(biāo)注刀具工作圖像其它圖紙一樣按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行標(biāo)注尺寸、公差及表面粗糙度。形位公差盡量標(biāo)注在圖形上，有時(shí)為了簡(jiǎn)便也可用文字說明，寫在技術(shù)要求中。整體式刀具工作圖與裝配式刀具工作圖其標(biāo)注有不同之處，像標(biāo)注零件圖與裝配

10、圖之區(qū)別一樣。(3) 刀具工作圖的比例刀具工作圖的比例通常是1:1的比例，而對(duì)不同實(shí)際尺寸和結(jié)構(gòu)復(fù)繁程度不同也可用放大或縮小比例。當(dāng)?shù)毒吖ぷ鲌D中有局部放大比例的圖形時(shí)，一定在放大圖形上方標(biāo)明放大比例。2. 設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容及要求刀具設(shè)計(jì)說明書是繪制刀具工作圖的依據(jù)，是刀具設(shè)計(jì)方案正確與否、幾何參數(shù)選擇合理與否的檢驗(yàn)文件，因此刀具設(shè)計(jì)說明書應(yīng)包括：(1) 原始條件及設(shè)計(jì)要求；(2) 刀具結(jié)構(gòu)型式的確定；(3) 刀具材料的確定；(4) 刀具幾何參數(shù)的合理選擇及其計(jì)算；(5) 刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算和驗(yàn)算；(6) 刀具強(qiáng)度、剛度的校核；(7) 確定刀具工作圖的技術(shù)條件；(8) 設(shè)計(jì)體會(huì)。刀具設(shè)計(jì)

11、說明書大體上包含以上幾方面，對(duì)于具體設(shè)計(jì)某種刀具可參考這種刀具設(shè)計(jì)示例。對(duì)于刀具設(shè)計(jì)說明書，要求字跡工整、文圖結(jié)合，簡(jiǎn)圖明了、直觀，計(jì)算步驟完整、正確。說明書要用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的課程設(shè)計(jì)說明書紙，最后裝訂成冊(cè)。三、刀具設(shè)計(jì)題目（根據(jù)實(shí)際工藝設(shè)計(jì)零件確定，以下為例子?。?. 從自己的零件工藝中選擇1把刀進(jìn)行設(shè)計(jì)，比如(1) 成形車刀設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)活塞加工過程中的下列內(nèi)容之成形車刀：1) 粗锪燃燒室，使用雙面組合機(jī)床。2) 精車燃燒室，使用專用精車燃燒室車床。(2) 成形銑刀設(shè)計(jì)題設(shè)計(jì)活塞）加工過程中的下列內(nèi)容之成形銑刀（尖齒成形銑刀）：1) 銑內(nèi)腔，使用立式專用內(nèi)腔銑床。2) 銑上開襠，使用立式銷座開襠銑床

12、。3) 銑下開襠，使用立式銷座開襠銑床。4) 銑避碰弧，使用臥式銑床。2. 其它成形車刀、綜合式圓孔拉刀設(shè)計(jì)（見下一頁(yè)）3. 要求：不能設(shè)計(jì)普通的外圓車刀、端面車刀、麻花鉆等標(biāo)準(zhǔn)刀具。4. 每個(gè)同學(xué)設(shè)計(jì)自己的刀具，互相不能重復(fù)。即使結(jié)構(gòu)相同，刀具的結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)有區(qū)別！四、主要參考文獻(xiàn)(1) 袁哲俊、劉華明主編. 金屬切削刀具設(shè)計(jì)手冊(cè), 機(jī)械工業(yè)出版社， 2008.(2) 劉華明主編. 金屬切削刀具課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)資料, 機(jī)械工業(yè)出版社.(3) 樂兌謙主編. 金屬切削刀具, 機(jī)械工業(yè)出版社.(4) 四川省機(jī)械工業(yè)局編. 復(fù)雜刀具設(shè)計(jì)手冊(cè), 機(jī)械工業(yè)出版社.(5) 機(jī)械工程手冊(cè)第47篇金屬切削刀具, 機(jī)

13、械工業(yè)出版社.(6) 其它“機(jī)械制造裝備方面”的手冊(cè)。綜合式圓孔拉刀課程設(shè)計(jì)題目之一：工件直徑為：F30H7，長(zhǎng)度為：2540mm，材料為45#鋼，調(diào)質(zhì)處理后硬度為HB220250，抗拉強(qiáng)度為：0.75GPa，工件如下圖所示。使用機(jī)床為L(zhǎng)6140拉床。試設(shè)計(jì)圓孔拉刀。F30H725401.63.23.2綜合式圓孔拉刀課程設(shè)計(jì)題目之二：工件直徑為：F45H7，長(zhǎng)度為：4560mm，材料為45#鋼，調(diào)質(zhì)處理后硬度為HB220250，抗拉強(qiáng)度為：0.75GPa，工件如下圖所示。使用機(jī)床為L(zhǎng)6140拉床。試設(shè)計(jì)圓孔拉刀。F45H745601.63.23.2圓孔拉刀課程設(shè)計(jì)題目之三：設(shè)計(jì)綜合輪切式圓孔拉

14、刀，已知數(shù)據(jù)和技術(shù)要求為：拉后孔徑為F28 +0.0230；拉削長(zhǎng)度為48mm；拉前用鉆頭預(yù)加工，拉前孔徑為F27 +0.280，工件材料為45#鋼，硬度為HB220240，拉削表面粗糙度為Ra1.6，使用機(jī)床為L(zhǎng)6110。481.63.23.2成型車刀課程設(shè)計(jì)題目之一：工件如下圖所示，材料為45#鋼，sb=0.60GPa，HB=170200，直徑為F40mm，車削后不再磨削，要求車出全部表面，并切出預(yù)切槽，用C1336單軸轉(zhuǎn)塔自動(dòng)車床，試設(shè)計(jì)圓體成型車刀。28 0-0.8414 0-0.74+0.25010 0-0.55 0-0.36F26 0-0.1F34 0-0.28F38 0-0.4F

15、30成型車刀課程設(shè)計(jì)題目之二：工件如下圖所示，材料為45#鋼，sb=0.60GPa，HB=170200，直徑為F35mm，車削后不再磨削，要求車出全部表面，并切出預(yù)切槽，用C1336單軸轉(zhuǎn)塔自動(dòng)車床，試設(shè)計(jì)圓體成型車刀。28 0-0.8414 0-0.74+0.25010 0-0.55 0-0.36F22 0-0.1F28 0-0.28F33 0-0.4F25成型車刀課程設(shè)計(jì)題目之三：工件如下圖所示，材料為45#鋼，sb=0.60GPa，HB=170200，直徑為F45mm，車削后不再磨削，要求車出全部表面，并切出預(yù)切槽，用C1336單軸轉(zhuǎn)塔自動(dòng)車床。試設(shè)計(jì)圓體成型車刀。28 0-0.8414

16、 0-0.74+0.25010 0-0.55 0-0.36F30 0-0.1F37 0-0.28F43 0-0.4F32成型車刀課程設(shè)計(jì)題目之四：工件如下圖所示，材料為45#鋼，sb=0.60GPa，HB=170200，直徑為F30mm，車削后不再磨削，要求車出全部表面，并切出預(yù)切槽，用C1336單軸轉(zhuǎn)塔自動(dòng)車床。試設(shè)計(jì)圓體成型車刀。28 0-0.8414 0-0.74+0.25010 0-0.55 0-0.36F20 0-0.1F24 0-0.28F28 0-0.4F20成型車刀課程設(shè)計(jì)題目之五：工件如下圖所示，材料為碳鋼，sb=0.49GPa，車削后不再磨削，要求車出全部表面，試設(shè)計(jì)圓體成

17、型車刀。1.852 7±0.111.5F47 0-0.6F51F49.5F46.5F41.5±0.1成型車刀課程設(shè)計(jì)題目之六：工件如下圖所示，材料為45#鋼，sb=0.60GPa，HB=170200，直徑為F40mm，車削后不再磨削，要求車出全部表面，并切出預(yù)切槽，試設(shè)計(jì)棱體成型車刀。28 0-0.8414 0-0.74+0.25010 0-0.55 0-0.36F26 0-0.1F34 0-0.28F38 0-0.4F30成型車刀課程設(shè)計(jì)題目之七：工件如下圖所示，材料為45#鋼，sb=0.60GPa，HB=170200，直徑為F35mm，車削后不再磨削，要求車出全部表面，并切出預(yù)切槽，試設(shè)計(jì)棱體成型車刀。28 0-0.8414 0-0.74+0.25010 0-0.55 0-0.36F22 0-0.1F28 0-0.28F33 0-0.4F25成型車刀課程設(shè)計(jì)題目之八：工件如下圖所示，材料為45#鋼，sb=0.60GPa，HB=170200，直徑為F45mm，車削后不再磨削，要求車出全部表面，并切出預(yù)切槽，試設(shè)計(jì)棱體成型車刀。28 0-0.8414 0-0.74+0.25010 0-0.55 0-0.36F30 0-0.1F37 0-0.28F43 0-0.4F32成型車刀課程設(shè)