成形車刀設(shè)計

1、中北大學課程設(shè)計說明書1 緒論1.1 刀具的發(fā)展切削加工是現(xiàn)代制造業(yè)應用最廣泛的加工技術(shù)之一。據(jù)統(tǒng)計，國外切削加工在整個制造加工中所占比例約為8085，而在國內(nèi)這一比例則高達90。刀具是切削加工中不可缺少的重要工具，無論是普通機床，還是先進的數(shù)控機床(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。國際生產(chǎn)工程學會(CIRP)在一項研究報告中指出：“由于刀具材料的改進，允許的切削速度每隔l0年幾乎提高一倍”。刀具材料已從20世紀初的高

2、速鋼、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1000mmin，使切削加工生產(chǎn)率在不到100年時間內(nèi)提高了100多倍。因此可以說，刀具材料的發(fā)展歷程實際上反映了切削加工技術(shù)的發(fā)展史。1.2 設(shè)計目的金屬切削刀具課程設(shè)計是學生在學完“金屬切削原理及刀具”等有關(guān)課程的基礎(chǔ)上進行的重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，其目的是使學生鞏固和深化課堂理論教學內(nèi)容，鍛煉和培養(yǎng)學生綜合運用所學知識和理論的能力，是對學生進行獨立分析、解決問題能力的強化訓練。通過金屬切削刀具課程設(shè)計，具體應使學生做到： (1) 掌握金屬切削刀具的設(shè)計和計算的基本方法； (2)

3、學會運用各種設(shè)計資料、手冊和國家標難；(3) 學會繪制符合標準要求的刀具工作圖，能標注出必要的技術(shù)條件。2 成形車刀設(shè)計被加工零件如圖1.所示，工件材料為：青銅；硬度HBS115 ；強度b = 360Mpa。2.1 棱體成形車刀的結(jié)構(gòu)尺寸棱體成形車刀多采用燕尾結(jié)構(gòu)，夾固可靠，能承受較大切削力。主要結(jié)構(gòu)尺寸有：刀體總寬度、刀體高度、刀體厚度B及燕尾尺寸M等。 圖1（1） 刀體總寬度，如圖1所示，式中：成形車刀切削刃總寬度，工作廓形寬度；成形車刀的附加刀刃；為避免切削刃轉(zhuǎn)角處過尖而設(shè)的附加刀刃寬度，常取為0.53mm。為考慮工件端面的精加工和倒角而設(shè)的附加刀刃寬度，其數(shù)值應大于端面精加工余糧和倒角

4、寬度。為使該段刀刃在主剖面內(nèi)有一定后角，常作成偏角，b值取為13mm；如工件有倒角，值應等于倒角角度值，b值比倒角寬度大11.5mm為保證后續(xù)切斷工序順利進行而設(shè)的預切槽刀刃寬度，值常取為38mm為保證成形車刀刀刃延長到工件毛坯表面之外而設(shè)的附加刀刃寬度，常取=0.52mm。（2） 刀體高度H 刀體高度H與機床橫刀架距中心高度有關(guān)。應在機床刀夾空間允許的條件下，盡量取大些，以增加刀具的重磨次數(shù)。一般推薦H=55100mm。（3） 刀體厚度B 刀體厚度B應保證刀體有足夠強度，要易于裝入刀夾，排屑方便，切削順利。最小厚度應滿足，為工件最大廓形深度。（4） 燕尾測量尺寸M 燕尾測量尺寸M值應與切削俄

5、未能總寬度相適應。此外，為調(diào)整棱體成形車刀的高度，增加成形車刀工作時的剛度，刀體地不做有螺孔以旋入螺釘，螺孔常取M6。2.2 棱體成形車刀材料及幾何尺寸1） 選擇刀具材料參考附錄表5，選擇普通高速鋼W18Cr4V制造2） 選擇前角與后角3） 由表2-4，選擇，在。因此取，。4） 畫出刀具廓形計算圖取，。標出工件廓形各組成點1-14以0-0線（通過9-10段切削刃）為基準（以便于對刀），計算出1-14各點處的計算半徑（為避免尺寸偏差值對計算準確性的影響，故常采用計算尺寸計算半徑、計算長度和計算角度來計算）基本半徑圖25） 在以1點為基點，計算出計算長度 6） 確定刀具結(jié)構(gòu)尺寸 ，H=75mm，F(xiàn)

6、=40mm，B=45mm，7） 用計算法求出N-N剖面內(nèi)刀具廓形上各點至9、10點（零點）所在后刀面的垂直距離之后選擇1-2段廓形為基準線，計算出刀具廓形上各點到該基準線的垂直距離，即為所求的刀具擴線深度1、2點至0點所在后刀面的垂直距離，3、4點至0點所在后刀面的垂直距離和刀具廓形到該基準線的垂直距離，5點和7點至0點所在后刀面的垂直距離和刀具廓形到該基準線的垂直距離，7點與5點情況相同6點至0點所在后刀面的垂直距離和刀具廓形到該基準線的垂直距離，8點至0點所在后刀面的垂直距離和刀具廓形到該基準線的垂直距離，11、12點至0點所在后刀面的垂直距離和刀具廓形到該基準線的垂直距離，8） 根據(jù)表2

7、-5可確定各點公差，下表1為各點至9、10點（零點）所在后刀面的垂直距離和各點到該基準線的垂直距離表1 棱體成形車刀廓形計算表 廓形組成點取值精度0.001取值精度0.0019、10（作為0點）71、29921.93203、412475124755.4755.2885、712490124905.4905.303614975149757.9757.70488 810.96611、1211.11611.1164.1163.9769） 校驗最小后角7-11段切削刃與進給方向（即工件端面方向）的夾角最小，因而這段切削刃上后角最小，其值為一般要求最小后角不小于，因此校驗合格。10）確定棱體成形車刀廓形寬

8、度即為相應工件廓形的計算長度，其數(shù)值及公差如下，（公差值是按表2-5確定的，表中未列出者可取為） 2.3 確定刀具的夾固方式采用燕尾斜塊式。3 拉刀的設(shè)計被加工零件如圖2.所示，工件材料為：硬鋁LY12；硬度HBS115 ；強度b = 490Mpa；工件長度L=20mm。 3.1 選定刀具類型、材料的依據(jù) （1）選擇刀具類型 對每種工件進行工藝設(shè)計和工藝裝備設(shè)計時，必須考慮選用合適的刀具類型。事實上，對同一個工件，?？捎枚喾N不同的刀具加工出來。 采用的刀具類型不同將對加工生產(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，增加刀具同時參加切削的刀刃長度能有效的提高其生產(chǎn)效率。例如，用花鍵拉

9、刀加工花鍵孔時，同時參加切削的刀刃長度l=B×n×Zi，其中B為鍵寬，n為鍵數(shù)，Zi為在拉削長度內(nèi)同時參加切削的齒數(shù)。若用插刀同時參加切削的刀刃長度比插刀大得多，因而生產(chǎn)率也高得多。 （2）正確選擇刀具材料 刀具材料選擇得是否恰當對刀具的生產(chǎn)率有重要的影響。因為硬質(zhì)合金比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)合金的情況下應盡力采用。但由于目前硬質(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用還很困難，因而，目前許多復雜刀具還主要應用高速鋼制造。 根據(jù)刀具課程設(shè)計指導書表29，選擇高速工具鋼，其應用范圍用于各種刀具，特別是形狀較復雜的刀具。根據(jù)

10、表30，選擇W18Cr4V，HRC62-653.2 刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)、幾何參數(shù)的選擇和設(shè)計 （1）拉刀的結(jié)構(gòu)圖1表1代號名 稱功 用1柄部夾持拉刀，傳遞動力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)格等標記一般打在頸部。3過度錐頸部到前導部的過渡部分，使拉刀容易進入工件孔中。4前導部起引導拉刀切削部進入工件的作用，5切削部擔負切削工作，包括粗切齒、過渡齒及精切齒。6校準部起刮光、校準作用，提高工件表面光潔度及精度，并作為切削部的后備部。7后導部保持拉刀與工件的最后相對位置，防止在拉刀即將離開工件時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，多用較大較長的拉刀

11、，也用于安裝壓力環(huán)。（2） 切削方式：采用分層拉削方式。（3）拉削余量：對于花鍵孔A=De-Do（4）分層式拉刀粗切齒齒升量 根據(jù)表4-4查出，齒升量af=0.02-0.10mm，在這取af=0.05mm。（5）拉刀幾何參數(shù) 查得拉刀的前角o=20o 圓拉刀：粗切齒的后角o=2o+30刃帶ba=0.1；精切齒的后角o=2o+30 ，刃帶ba=0.1-0.2；校準齒的后角o=1 o+30刃帶ba=0.1。 花鍵拉刀部分：粗切齒的后角o=2o+30刃帶ba=0.05-0.15；精切齒的后角o=2o+30 ，刃帶ba=0.1-0.2；校準齒的后角o=1 o+30刃帶ba=0.1。（6）齒距及同時工作

12、齒數(shù) 根據(jù)表4-7，拉刀齒距計算公式：l=20mm時，t=（1.2-1.5）l1/2（mm） 同時工作齒數(shù)：Ze=（l/t）+1（取整） 經(jīng)計算得t=7.12，按表4-13取標準值為：t=6，Ze=4（7）容屑槽 根據(jù)表4-9，曲線齒背容屑槽尺寸：基本型圖2 t=6時，g=2， h=2，r=1，R=4； 根據(jù)表4-16，容屑系數(shù)K值當t=6，af=0.05mm時，K=3；（8）分屑槽 花鍵部分：I型 分屑的作用：使切屑易于變形，易于卷屑。 分屑槽位置：應前后齒錯開。 根據(jù)表4-12,每個刀齒的分屑槽數(shù)nk=b/5-10（取小值） 當b=6時， 圖3 圓拉刀部分： 分屑的作用：使切屑易于變形，易

13、于卷屑。 分屑槽類型：三角形圖4參數(shù)：（9）校準部 前角o校=5o，后角o校=1o，齒距t校=（0.6-0.8）t=3.6-4.8mm，取t校=4mm 根據(jù)表4-14查得齒數(shù)Z校=4-5個，取Z校=5個 最后一個精切齒及校準齒直徑應按下式確定：D校=Dmax±，其中為孔的變形量。 拉刀校準部長度l校=t校×Z校=4×5+7=27mm （10）柄部 根據(jù)表4-17查得圓柱形前柄部尺寸為：圖5 參數(shù)： 根據(jù)表4-18圓柱形后柄： 圖6 參數(shù)：（11）頸部、過度錐、前導部和后導部拉刀頸部長度按下式計算：l2m+B+A-l3mm 式中：B-機床床壁厚度，根據(jù)表4-23查得

14、機床型號L6110，B=60mm A-花盤法蘭厚度，根據(jù)表4-23查得機床型號L6110，A=30mm m-卡頭與機床床壁間隙，可取m=10-20mm，在這取15mm l3-過渡錐長度，一般l3=10-20mm，在這取15mm 因此求得l2110mm。圖7 L1公式：L1=l1+l2+l3+l3，其中l(wèi)1為拉刀進入卡頭部分的長度，l3為前導部長度。前導部主要起導向和定心作用，故應和予制孔形狀相同。 前導部：圖8說明：1、D3等于前把拉刀最后刀齒的直徑，偏差為表4-32。 2、d3等于加工的花鍵孔最小內(nèi)徑減0.5mm，只準許負偏差。 3、b3等于前一把拉刀花鍵齒寬減0.02mm。 4、l3=（0

15、.75-0.1）l 5、a=5-10mm后導部：圖9說明：1、d4等于拉刀花鍵齒最大外徑減0.05mm，偏差取-0.2mm。 2、b4等于或小于0.02mm切削辭鍵寬。 當拉削孔內(nèi)有空刀槽時，后導部長度按下式計算：l后=l+c+（5-10）mm，式中：l為空刀槽寬度，c為前端拉削長度。 尾部在拉刀工作時支撐在拉床托架上，防止拉刀尾部下垂，對于小而輕的拉刀可不做尾部。圖10參數(shù)：頸部長度：頸部直徑：過渡錐長度：前導部長度：前導部直徑：（mm）前柄伸入夾頭長度：前柄端部至第一刀齒距離：3.3 刀具的尺寸計算（包括計算公式和計算結(jié)果）已知條件：1、花鍵孔尺寸： 外徑：De=28，內(nèi)徑：D=23，鍵寬

16、：b=6，鍵數(shù)：n=62、拉削長度：L=20mm3、工件材料：硬鋁LY12，硬度HBS115；4、拉床型號：L6110表2序號項目符號計算公式或選取方法計算精度計算舉例1拉刀材料W18Cr4V2齒升量af查表4-6af=0.05mm3齒距tt校按表4-12t校=（0.6-0.8）tt=6mm取t=6mm，t校=4mm4同時工作齒數(shù)ZeZe=（l/t）+1Ze=45拉削余量切削順序根據(jù)表4-39確定為III型加工順序為：1、圓孔 2、花鍵圓孔齒部分的設(shè)計計算1圓孔校準齒直徑D圓校D圓校=D圓校-由表4-24查得=0.0110.001D圓校=23.0210.011=23.010mm2圓孔拉削余量A

17、圓根據(jù)表4-1計算A圓=0.6mm3圓形切削齒齒數(shù)Z圓Z圓=（A圓/2af）+（3-5）Z圓=911取Z圓=10齒4圓形齒部分長度l圓切l(wèi)圓切=t×Z圓l圓切=6×10=60mm5圓形校準齒齒數(shù)Z圓校查表4-14Z圓校=56圓形校準部分長度l圓校l圓校=t校·Z圓校l圓校=4×5+7 =27mm7圓形齒部分總長l圓l圓=l圓切+l圓校l圓=60+27=87mm花鍵齒部分的計算1第一個花鍵齒直徑D花1D花1=d2-0.1D花1=23.010-0.1 =22.910mm2花鍵校準齒直徑D花校D花校=Demax-查表4-16，=0.0100.001D花校=28

18、.084-0.010 =28.074mm3花鍵拉削余量A花A花=D花校-D花1A花=28.074-22.91 =5.164mm4花鍵切削齒齒數(shù)Z花切Z花切=（A花/2af）+（3-5）Z花切=5459取Z花切=555花鍵切削部分長度l花切l(wèi)花切=t×Z花切l(wèi)花切=6×55=330mm6花鍵校準齒齒數(shù)Z花校由表4-23取Z花校=57花鍵校準部分長度l花校l花校=t校·Z花校l花校=4×5=20mm8花鍵齒部分總長l花l花=l花切+l花校l花=330+20=350mm9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

19、-1表4-40b=6.048-0.005f=0.8±0.2mmKr=1o303.4 對技術(shù)條件的說明3.4.1 拉刀各部分的表面光潔度表3部 位Ra刃 帶0.2前后刀面；前后導部；各種花鍵拉刀齒形表面0.8柄部；過渡錐；矩形花鍵拉刀表面?zhèn)认睹?.6容屑溝底及齒背，頸部1.6花鍵刀齒底徑12.53.4.2 拉刀各部分尺寸偏差1.拉刀外圓直徑在全長上的最大徑向跳動量之差2.切削齒外圓直徑偏差：0.0203.精切齒外圓直徑偏差按-0.01mm4.校準齒外圓直徑偏差（包括與校準齒直徑相同的精切齒），查得-0.009mm5.矩形花鍵拉刀其他尺寸偏差 1 鍵寬偏差：根據(jù)工件鍵寬的精度確定，可再-

20、0.01-0.02之間 2 花鍵齒圓周相鄰齒距誤差，應小于拉刀鍵寬偏差，但不得大于0.02mm 3 花鍵齒圓周不等分累積誤差 4 花鍵齒的底徑偏差按d11或只準負偏差 5 花鍵齒兩側(cè)面的不平行度，螺旋度及鍵齒對拉刀軸線不對稱度在鍵寬公差范圍內(nèi)；倒角齒對拉刀軸線不對稱度不大于0.05mm 6 拉刀倒角齒計算值M的偏差：0.02mm6.鍵槽拉刀的尺寸偏差 1 切齒齒高偏差（mm）齒升量齒高偏差相鄰齒高偏差0.050.08±0.0250.025 2 精切齒及校準齒齒高偏差取0.015mm 3 刀體側(cè)面和底面不直度偏差：鍵寬為312mm時為0.06/100 4 鍵寬偏差取為工件槽寬公差的1/3，但不大于0.02mm，符號?。ǎ?5 鍵齒對刀體中心線的不對稱度在拉刀鍵寬公差范圍內(nèi) 6 鍵齒對刀體中心不對稱的在鍵寬公差以內(nèi)7.拉到其他部分長度偏差 1 拉刀總長偏差：當L<1000mm時取±2mm。 2 切削部分長度偏差取±2mm。 3 校準部分長