圆孔拉刀,矩形花键铣刀的设计

圆孔拉刀,矩形花键铣刀的设计 中北大学课程设计说明书 圆孔拉刀,矩形花键铣刀的设计说明书 目 录 前言 ............................................................ 1 一.绪论 ......................................................... 1 1.1刀具的发展 .................................................. 1 1.2本课题的研究目的 ............................................ 3 二.圆孔拉刀的设计 ............................................... 4 1.原始条件和设计要求 ............................................ 5 设计步骤 ...................................................... 5 2. 2.1选择拉刀材料 ................................................ 5 2.2拉削方式 .................................................... 5 2.3拉削余量 .................................................... 5 2.4几何参数 .................................................... 6 2.5齿升量 ...................................................... 6 2.6确定齿距 .................................................... 6 2.7确定同时工作齿数 ............................................ 6 2.8容屑槽形状 .................................................. 6 2.9确定容屑系数 ................................................. 6 2.10确定容屑槽尺寸 ............................................. 7 2.11拉刀的分屑槽形状及尺寸 ...................................... 7 2.12确定拉刀的齿数和每齿直径 .................................... 7 2.13柄部结构形式及尺寸 .......................................... 8 2.14颈部直径与长度 .............................................. 9 2.15过渡锥长度 ................................................. 9 2.16前导部直径长度 ............................................. 9 2.17后导部直径长度 ............................................. 9 2.18柄部前端到第一齿长度.......................................10 2.19计算最大切削力.............................................10 2.20拉床拉力校验...............................................10 1 中北大学课程设计说明书 2.21拉刀强度校验...............................................10 2.22计算校验拉刀...............................................11 2.23确定拉刀技术要求...........................................11 2.24绘制拉刀工作图.............................................13 三(矩形花键铣刀的设计.......................................... 3.1原始数据.................................................... 3.2设计步骤.................................................... 3.21齿槽半角................................................... 3.22齿顶圆弧中心半角........................................... 3.23齿顶宽..................................................... 3.24初算齿廓高度................................................ 3.25铣刀宽度.................................................... 3.26按铣刀宽度最后确定齿廓高度.................................. 3.27铣刀齿顶圆弧半径............................................ 3.28齿顶圆角半径................................................ 3.29铣刀前角.................................................... 3.30容屑槽形式................................................. 3.31铣刀孔径................................................... 3.32铣刀外径................................................... 3.33铣刀圆周齿数............................................... 3.34铣刀的后角................................................. 3.35铲削量..................................................... 3.36容屑槽圆角半径............................................. 3.37容屑槽深度................................................. 3.38容屑槽间角................................................. 3.39分屑槽尺寸................................................. 3.40键槽尺寸................................................... 3.41空刀导角尺寸................................................ 3.42技术条件........................... 2 中北大学课程设计说明书 前 言 大学三年的学习即将结束，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基础。 我的课程设计课题是圆孔拉刀,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、以及所学软件AUTOCAD、PRO/E的运用，设计了零件的工艺、编制了零件的加 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 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. 一绪论 1.1刀具的发展 随着社会的发展,时代的进步,刀具在生产中的用途越来越广.刀具的发展在一定程度上决定着生产率,中国加入WTO后,各行各业面临的竞争越来越激烈,一个企业要有竞争力,其生产工具必须具有一定的先进性.中国作为一个农业大国,其在机械方面的发展空间相当大,而要生产不同种类的零件,不管其大小与复杂程度,都离不开刀具. 目前，在金属切削技术领域中，我国和先进的工业国家之间还存在着不小的差距，但这种差距正在缩小。随着工厂、企业技术改造的深入开展，各行各业对先进刀具的需要量将会有大幅度的增长，这将有力地促进金属切削刀具的发展 1.2本课题研究的目的 课程设计作为工科院校大学生的必修环节，不仅是巩固学生大学所学知识的重要环节， 3 中北大学课程设计说明书 而且也是在检验大学生综合应用知识的能力、自学能力、独立操作能力和培养创新能力，是大学生参加工作前的一次实践性锻炼。 通过本课题设计可以达到以下目的: 1. 综合运用学过的专业理论知识，能独立分析和拟订某个刀具合理的工艺路线，具备设计中等复杂刀具零件的能力。 2. 能根据被加工零件的技术要求，运用刀具设计的基本原理和方法，掌握一些专用刀具设计方法，完成刀具结构设计，提高刀具设计能力。 3. 熟悉和学会使用各种手册，能善于使用网络搜寻一些设计的相关资料，掌握一定的工艺制订的方法和技巧。 4. 进一步提高计算机操作的基本技能)CAD及Pro/engineer软件应用能力(造型设计与自动编程))仿真模拟软件的应用。 二.圆孔拉刀的设计 1.原始条件和设计要求 0.030 工件直径D=mm , 工件拉削孔长度L=40mm , 拉削表面粗糙度不得大于Ra1.6 ,557H0 m,孔内无空刀槽,工件拉削孔部截面图如下: ,6键均布5d103.20.012A 3.23.23.2 1.6 0.02555H721f7 1x45?1x45?0.02525a11 401.6A 0.05 图2.工件材料: 35号钢 硬度: HBS180 强度 =540MPa 图1.,b 拉床型号: L6120型 工作状况: 良好的拉床 采用10%极压乳化液 2.设计步骤 4 中北大学课程设计说明书 2.1选择拉刀材料 拉刀材料常用 W6Mo5Cr4V2高速工具钢整体制造,一般不焊接柄部.由于拉刀制造精度高,技术要求严,在刀具成本中加工费用占的比重比较大,为了延长拉刀寿命,所以生产上也用W25Mo Cr4VCo8和W6Mo5Cr4V2Al等硬度和耐磨性均较高的高性能高速钢制造.但一般常用W6Mo5Cr4V2,故该拉刀材料选择W6Mo5Cr4V2. 2.2拉削方式 采用综合式的拉削方式,即在同一只拉刀上采用了两种拉削方式的组合.它的粗精切削 齿都不分组,粗切削齿上开圆弧形分削槽,槽宽略小于刃宽,前后刀齿上分削槽交错排列, 故粗切削齿上齿升量较大,拉削表面质量高,拉刀制造容易,适用于拉削余量较多的圆孔, 是目前常用的一种拉削方式。 2.3拉削余量 假设该圆拉刀用来钻孔,则其拉削余量可用如下公式查表4-1: ， =0.005，55.030+0.15，=1.22mm 计算余量 A=0.005Dm+(0.1,0.2)L40 按GB143878《锥柄麻花钻》第1系列取 ,,54 实际余量 mm Add,,,,,55.040541.040oxwmin dd,，,,,0.05oxmmax 2.4几何参数 拉刀的几何参数主要指刀齿上的前角,后角和后刀面上的刃带宽,为制造方便,其校准齿 上的前角通常与切削齿相同。 ::+0.5 查表有: 切削齿: 前角= 后角= 21618,:0 ::+0.5 校准齿: 前角= 后角= 11618:,::0 刃带宽: 粗切齿 精切齿: 校准齿: ,0.10.050.2,0.30.5, 2.5齿升量 af 查表4-4 粗切齿: =0.03mm mm. aa,,20.06afcf 2.6确定齿距 查表4-7有 粗切齿齿距: P=(1.25,1.5)=7.90,9.49 取P=9mm L 5 中北大学课程设计说明书 精切齿齿距,校准齿齿距: ==(0.60.8)P=4.8,7.2 取P=6.3 ,pp,(0.6~0.8)pjx 2.7确定同时工作齿数 由计算式: 最少同时工作齿数=L/P 取=4 ZZeminemin 最多同时工作齿数=L/P+1 取=5 ZZemaxemax 且满足3Ze8 ,, 2(8容屑槽形状 为减少加工容屑槽的成形车刀和样板的种类，应尽量将容屑槽的形状和尺寸标准化， 系列化。目前常用的容屑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.选 用曲线齿背型。 2(9确定容削系数K 容屑系数K根据=0.06 查表4-10 取K=3.0 ac 2(10确定容屑槽尺寸 为保证拉刀有足够的容削空间 查表4-8 粗切齿和过渡齿取深槽，h=4mm,g=3mm,r=2mm, R=7mm; 精切齿和校准齿取基本槽，h=2mm，g=2mm,r=1mm, R=4mm 2.11拉刀的分屑槽形状及其尺寸 常用分屑槽的形状有圆弧形和角度形两种。圆弧形分屑槽主要用于轮切式拉刀的切 削齿和组合式拉刀的粗切齿和过度齿上;三角形分屑槽用于同廓式拉刀的切削齿和组合 式拉刀的精切齿上。 故:粗切齿与过渡齿采用弧形分屑槽，精切齿(最后一个精切齿除外)采用三角形分屑 槽。 弧形槽按表4-12设计 = 54 ， 槽数=14 dnmm0mink 90:,,槽宽=d(0.30.7) =6 ammsin0minnk 90:,切削宽度 a=2d=6.09 ammsinw0minnk 6 中北大学课程设计说明书 三角形槽按表4-11设计，前后刀齿的分屑槽应在圆周方向错开半个槽距，交错排列 11=55，槽数==28 dmmn(),,d0076 槽宽=11.2，深，槽形角 ,mmbhmm,,0.5,,？,: 2.12确定拉刀齿数和每齿直径尺寸 过度齿齿数=3,5,精切齿齿数=3,7,校准齿齿数=5,7 zzzgjx 取过渡齿与精切齿齿升量递减为:0.025、0.020、0.015、0.015、0.01、0.01mm， 1切除余量，其中，前2齿齿升量大于，可属过渡齿;后4齿齿升量较小，AA，agjf2 属精切齿。 =2×(0.025+0.020+0.015+0.015+0.010+0.010)=0.19mm AA，gj ,,，,，,，gj 粗切齿齿数==15 z，1ca2f 粗切齿、过渡齿、精切齿共切除余量:[(15,1)×2×0.03，0.19] mm=1.030mm 剩下(1.040-1.030)=0.010的余量未切除，需增设一个精切齿切到要求的尺寸。 mmmm 按表4-14，取校准齿7个，则拉刀总齿数为: = 15+2+5+7=29 zzzz，，，cgjx 按齿号列出了各齿直径尺寸及其公差见表一: (表一) 直径基本尺寸 直径尺寸公差直径基本尺寸 直径尺寸公差齿号 齿号 DmmmmDmmmm，，，，，，，， 14 54.780 1 54.000 ,0.015 15 54.840 2 54.060 3 54.120 16 54.890 ,0.014 54.180 17 54.930 ,0.015 5 54.240 18 54.960 6 54.300 19 54.990 -0.01 7 54.360 20 55.010 8 54.420 21 55.030 9 54.480 22 55.035 7 中北大学课程设计说明书 10 54.540 23 55.035 11 54.600 24 55.035 12 54.660 25 55.035 013 54.720 26 55.035 ,0.007 27 55.035 28 55.035 29 55.035 2.13柄部结构形式及尺寸 拉刀圆柱形前柄的结构形式可分为?型和?型，?型用于柄部直径小于18mm的拉刀， ?型用于柄部直径大于18mm的拉刀。?型和?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，后柄的结构形式有?型和?型两种，?型为整体式，?型为装配式，一般在 后柄直径较大时采用。 故该拉刀选择 ?型A-无周向定位面的圆柱形前柄型式.查表4-17 知: ,0.025'0 前柄 Ll,,120Ddf,,,508Ddh,,,381231,110.064,20.250 ''' l,25l,32c,5 2.14颈部直径与长度 dl22 颈部直径可取与前柄直径相同值,也可略小于前柄直径.颈部长度要保证拉刀第一个刀齿尚未进入工件之前,拉刀前柄能被拉床的夹头夹住.因此可得拉刀颈部长度计算公式 8 中北大学课程设计说明书 颈部长度: lmBAlmm,，，,,11023s 对于L6120型号的拉床,其尺寸如下: 式中: --颈部长度 l2 m=10,20 取m=15 --拉床床壁厚度75 mm Bs --法兰盘厚度35mm A --过渡锥长度10，15或20mm，这里选=15mm ll33颈部直径; dd,,，,,,,,,,，21 取mm dd,,,,,,,,,,21 2.18过度锥长度 =15mm ll33 2.19前导部直径,长度 dl44 ,0.030 ddf,,,547w4min0.060, 或 取=40mm l,40ll,l444 2.20后导部直径,长度 dl77 或 取=20mm ll,，,,,,,,,，l,20l777 ,0.030 ddf,,,557m7min0.060, ' 2.21柄部前端到第一齿长度 L1 拉刀前柄端面至第1刀齿的距离 ''120+15+75+35+40=285mm LlmBAl,，，，，,114s '''' 前柄伸入夹头的长度 或 取=120mm llll,ll,,，,,,,，111111 2.22计算最大切削力 Fcmax 按表4-20、表4-21和表4-22计算最大拉削力。根据综合式拉削特点，切削厚度 aa,2cf 55,,,33 KN FFaZkkkkk,,，,，，，，，，，,1023351.271.150.9110132.23,zWemaxmax012342 式中: F,-切削刃单位长度上的切削力 查表4-22有F,=233N zz 9 中北大学课程设计说明书 2.23拉床拉力校验 计算出的拉削力应小于拉床的实际拉力, ,FFFmaxmaxr 对于良好状态的旧拉床, =0.8 ,其中L6120型拉床的公称拉力=200 KN FFFrr允 , 故0.8=0.8200=160 KN,所以拉床拉力足够. ，FFmaxr 2.24拉刀强度校验 为防止拉刀拉断,拉削时产生的拉应力应小于拉刀材料的许用应力,即 =/, ,AF,,,,maxmin 式中: --拉刀上的危险截面积,一般在柄部或颈部. Amin --拉刀材料的许用应力,高速钢的=0.35GPa ,,,,,, 22,d3.1438，22 = ==1134.1 Ammmin22 =/=132.23/1134.1=0.116GPa< AF,,,,maxmin 所以拉刀强度允许. 2.25计算校验拉刀 粗切齿与过渡齿长 lmm,，，,9(152)1535 精切齿与校准齿长 lmm,，，,6(57)726 拉刀的总长 mm LLlll,,，，，,，，，,28515372205301567 按下表允许拉刀总长为，显然，设计拉刀比允许拉刀短的多，2424551320dmmmm,，,0 所以长度校验合格。 圆拉刀允许的最大总长度(表二) 拉刀直径6,10 10,18 30,40 40,50 50,60 >60 d0 最大总长28 30 28 26 25 24 dddddd000000 度 精密圆拉刀一般不超过20 d0 10 中北大学课程设计说明书 2.27确定拉刀技术要求(GB3813-83) ?拉刀热处理 用W6Mo5Cr4V2高速工具钢制造的拉刀热处理硬度 6366HRC 刀齿和后导部 , 前导部 6066HRC , 柄部 4558HRC , 允许进行表面强化处理 ?拉刀表面粗糙度(表三) 拉刀表面 表面粗糙度 拉刀表面 表面粗糙度 R1.6,mz R,,,,,m刀齿圆柱刃带表面 a 前导部外圆柱表面 R1.6,mz精切齿前面 R,,,,,ma后导部外圆柱表面 R1.6,m校准齿前面 z 中心孔工作锥面 R,,,,mz粗切齿前面 R,,,,mz柄部外圆柱表面 R1.25,m刀齿后面 a R3.2,mz ?拉刀粗切齿外圆直径的极限偏差(见表四) 拉刀粗切齿外圆直径的极限偏差 齿升量 外圆直径极限偏差 相邻齿齿升量差 ,0.03,0.05 ,0.0150.007 ?圆拉刀精切齿与外圆校准齿外圆直径的极限偏差(见表五) 圆拉刀精切齿与外圆校准齿外圆直径的极限偏差 被加工孔的直径偏差 校准齿与其尺寸相同的精切其余精切齿的外圆直径的极 齿的外圆直径的极限偏差 限偏差 0.018 00.005, 00.007, >0.0180.027, 00.01, 00.009, > 0.0270.036, 00.012, > 0.0360.046, 11 中北大学课程设计说明书 00.015, >0.046 ?拉刀外圆表面对拉刀基准轴线的径向圆跳动公差(见表六) 表六 拉刀外圆表面对拉刀基准轴线的径向圆跳动公差 拉刀柄部与卡爪 对拉刀基准轴线的径向跳动公差 接触的锥面对拉 刀基准轴线的斜拉刀各部分的径 向圆跳动公差 向圆跳动应在同 一个方向 校准齿和校准齿 其余部分 相同直径的精切 拉刀全长与其基径向圆跳动公差 齿及后导部 本直径的比值 0.1 15不得超过表五中 0.03 > 1525,所规定的外圆直 0.04 >25 径公差值 0.06 ?拉刀前导部与后导部外圆直径公差(按f7) ?拉刀全长尺寸的极限偏差(见表七) 表七 拉刀全长尺寸的极限偏差 拉刀全长尺寸 长度尺寸允许的极限偏差 ,1000 ,3 >1000 ,5 ?拉刀表面 拉刀表面不得有裂纹,碰伤,锈迹等影响使用性能的缺陷. ?拉刀切削刃 拉刀切削刃应锋利,不得有毛刺,崩刃和磨削烧伤. ?拉刀容屑槽 拉刀容屑槽的连接应圆滑,不许有台阶. 12 中北大学课程设计说明书 2.28绘制拉刀工作图 三.矩形花键铣刀的设 -0.300 -0.020 欲加工矩形花键轴,其尺寸为:外径=Φ22 mm ,内径=Φ18f7=18 mm , 键数-0.041-0.430DDfa ,0.030Z=6 ,键宽b=5d10= mm ,假设键底圆半径r=1 , ,,,0.078 工件材料为:35号钢 硬度:HBS180 强度=540MPa ,b 6键均布5d103.20.012A 3.23.23.2 1.6 0.02550H718f71x45?1x45?0.02522a11 401.6A 0.05 图2.图1. 3.2.设计步骤 3.21齿槽半角 , ::: =/Z=/6= ,18018030 3.22齿顶圆弧中心半角 ==-arcsin(6/17.957)=10.48arcsin(/)b,30:Dfmin 3.23齿顶宽 .，，==17.959sin10.48=3.2mm sin,BDafmin 3.24初算齿廓高度 ，，h=(-)/2+(1,2)=(22-17.959cos10.48)/2+(1,2)=3.2,4.2 cos,DDfmina 取h=4mm 3.25铣刀宽度 sin,sin30:，，，B=+2h=3.2+24=7.81 取B=10 mm Bacoscos30:, 3.26按铣刀宽度最后确定齿廓高度 13 中北大学课程设计说明书 B,Ba10,3.2 h===4.46mm 2sin,，2，sin30cos30cos, 3.27铣刀齿顶圆弧半径 Dfmin ===8.9795 17.959Rf22 3.28齿顶圆角半径 ==1 rr0 3.29铣刀前角 精加工时:=0 ,f 粗加工时:= ,5:20:,f 故取=0 ,f 3.30容屑槽形式 矩形花键铣刀容屑槽底形式通常有两种,即平底式和中间有凸起或槽底倾斜的加强形式,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,宜采用加强形式,其槽底形状都是根据工件廓形确定的. 故该容屑槽选择采用平底式. 3.31铣刀孔径 铣刀的孔径d应根据铣削宽度和工作条件选取,也可以按刚度,强度条件计算,还可根据生产经验选取. 因此,该铣刀根据其切削宽度B=10查表3,4选取,可得d=22 mm. 3.32铣刀外径 对于平底形式的容屑槽,铣刀外径可按如下公式估算: ，， =(2,2.2)d+2.2h+(2,6)=65mm d0 3.33铣刀圆周齿数 在设计时,一般可根据生产经验按铣刀外圆直径的大小来预选定圆周齿数,且一般尽量采用偶数. 因此,查表可知 =10. zk 14 中北大学课程设计说明书 3.34铣刀的后角 设矩形花键铣刀的顶刃径向后角为,取=. ,,10,:ff 验算侧刃后角公式为: tgtg,,,,sin0f 故 可以满足要求 ,,:50 3.35铲削量 ,d,，650 K1.31.5K,, (),,K104.0 ,:,tgKtg1fz10k K1.46.0,，,,1 3.36容屑槽圆角半径 ,，，dhK,，2,，,，，,,,,，,，652，，,,0，， == 1.88 取r=2 r,2410，，2Azk 式中:A为系数,当铲齿凸轮空程角=时A=6; 当=时 A=4 ,,6090 而对于需铲磨齿背的成形铣刀,通常取=. ,903.37容屑槽深度 对于有平底容屑槽,齿背需铲磨的成形车刀 KK，46，1 Hhr,，，,，，,4.46211.4622 3.38容屑槽间角 ooo 一般取,20,35 ,这里取=30 ,, 3.39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. 3.40空刀导角尺寸 查表知 C=1.5 3.41技术条件 见铣刀工作图 3.42绘制工作图 15 中北大学课程设计说明书 总 结 课程设计作为工科院校大学生的必修环节，不仅是巩固大学生大学所学知识的重要环节，而且也是在检验毕业生综合应用知识的能力、自学能力、独立操作能力和培养创新能力，是大学生参加工作前的一次实践性锻炼。 大学三年的学习即将结束，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的所学的知识，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基础。 通过这一学期的学习和对有关资料的查阅，我运用所学的专业知识和从与专业相关联的课程为出发点，设计了刀具零件的工艺、编制了刀具零件的加工程序，并复习了所学软件AUTOCAD、PRO/E的运用，同时学习了其他一些相关软件的应用。在设计思想中尽可能体现了我所学的、掌握和了解的知识。 其次我从这次课程设计中获益匪浅，在以后的工作中，肯定会遇到许多困难，但回想起这设计经历的时候，我就萌发出那种和困难做斗争的勇气。 当然由于设计经验的不足，在设计过程中难免有不足和缺点，但是我绝得得到教训也算是一种收获吧。 致 谢 本次设计是在老师的悉心指导和帮助下完成的。他渊博的知识、勤奋的工作作风、务实的学习和工作态度、积极进取的勇气和魄力、以及对学生从严要求的治学态度都深深感染了我，值得我终身学习。他无私的奉献精神是我毕生学习和追求的目标。在今后的学习和生活之中，老师的教诲必将激励我不断奋发向上。 参 考 文 献: 1. 机械工程手册(金属切削刀具) 1980年 机械工业出版社 16 中北大学课程设计说明书 2.金属切削刀具设计 1962年 机械工业出版社 .铣刀,拉刀生产图册 1977年 技术标准出版社 3 4.金属切削手册 上海市科学技术交流站 1974年 上海人民出版社 5.乐兑谦主编 金属切削刀具 北京 1993年 机械工业出版社 6.刘华明主编 金属切削刀具课程设计指导资料 1986年 机械工业出版社 7.刀具课程设计指导 1985年 机械工业出版社 8.许先绪主编 非标准刀具设计手册 1985年 机械工业出版社 9. 徐嘉元主编 机械加工工艺基础 1990年 机械工业出版社 17