圆体成形车刀,矩形花键拉刀课程设计.doc

1、圆体成形车刀设计1.1 前言 成形车刀又称为样板刀,它是加工回转体成形表面的专用刀具,它的切削刃形状是根据工件廓形设计的.成型车刀主要用于大量生产,在半自动或自动车床上加工内,外回转体的成型表面.成型车刀的种类很多,按照刀具本身的结构和形状分为:平体成形车刀,棱体成形车刀和圆体成形车刀三种.它的优点和缺点:稳定的加工质量,生产率较高,刀具的可重磨次数多,使用期限长,但是它的设计,计算和制造比较麻烦,制造成本高.目前多在纺织机械厂,汽车厂,拖拉机厂,轴承厂等工厂中使用.1.2设计要求被加工零件如图1所示，工件材料为：硬铝LY11；硬度HBS100 ；强度b = 420Mpa。 图1按照要求完成一

2、把成型车刀，并且能够用该刀具加工出图示的工件。1.3 选取刀具材料 工件材料为：硬铝；硬度HBS100 ；强度b = 420MPa。 选取刀具材料：V1.4选择前角及后角由表（2-4）金属切削刀具设计简明手册得：=30，=25。1.5 刀具廓形及附加刀刃计算 根据设计要求取 =20。a=3mm，b=2mm，c=5mm，d=0.5mm 如图（2）所示：以00线（过910段切削刃）为基准，计算出112各点处的计算半径r。（注：为了避免尺寸偏差值对计算准确性的影响，故常采用计算尺寸-计算长度和计算角度来计算） =基本半径=9mm; ;； ； 以上各个半径就是标注点的相对00线的半径长度，半径是进行刀

3、具切削的各个点的设计绘制的。 再以1，2点为基准点，计算长度 ： ； ； 1.6 计算切削刃的总长度 由于刀具的一部分是辅助用的加工部分，则可以对刀具的外部半径进行圆整，最后考虑到加工刀具的精度问题取 为58mm.则： 所以，需在工件非切削部分增设辅助支承滚动托架，以增加工艺系统刚性。1.7 确定结构尺寸 为了达到加工结构的优化和合理的加工工艺，应使：（见表23）由表（23）查得金属切削刀具设计简明手册 ：C1312车床（刀具结构为C型） ； 选用毛坯直径为28mm,则 代入上试，可得； 最终取m=6mm.1.8用计算法求原体成形车刀廓形上的各个点所在圆半径 1.8.1计算廓形上的各个点所在圆

4、半径 计算过程如表（11）金属切削刀具设计简明手册所示： 表（11）廓形组成点（精度为0.001）（精度为0.01）9，10作0点7014.912624.268-26=-1.7320.11，292.2312.6824.79724.268-24.797=-0.5290.13，49.9753.2811.6324.26805，77.7880.9014.0125.493-1.2250.01612.6756.128.7923.0411.2270.01 8 81.1713.7425.345-1.1170.1 11，125.041-2.4317.3427.466-3.1980.1 备注： 以上各个值的计算公

5、式为：， ； ； ； ； 标注廓形径向尺寸时，应该选公差要求最严的34段廓形为尺寸标准基准，其它各点用廓形深度见表（11）。1.8.2 根据表（11）可确定各个点廓形深度的公差 1.9 最小后角的校验 由于711段切削刃与进给方向的夹角最小，所以这段切削刃上后角最小。 则有： 所以后角校验合格。1.10 车刀廓形宽度即为相应工件廓形的计算长度 其数值及公差按表（25）确定各个值分别为：； ； ；1.11 绘制刀具的加工工作图和样板工作图根据以上得到的结果，按照数据进行刀具图的绘制，绘制图一张。根据相关的要求制定粗糙度等等的标注。（详细说明见图纸） 矩形花键拉刀的设计2.1选定刀具类型和材料的依

6、据1选择刀具类型： 采用的刀具类型不同将对加工生产率和精度有重要影响。总结更多的高生产率刀具可以看出，增加刀具同时参加切削的刀刃长度能有效的提高其生产效率。例如，用花键拉刀加工花键孔时，同时参加切削的刀刃长度l=BnZi，其中B为键宽，n为键数，Zi为在拉削长度内同时参加切削的齿数。若用插刀同时参加切削的刀刃长度比插刀大得多，因而生产率也高得多。 2正确选择刀具材料： 刀具材料选择得是否恰当对刀具的生产率有重要的影响。因为硬质合金比高速钢及其他工具钢生产率高得多，因此，在能采用硬质合金、的情况下应尽力采用。由于目前硬质合金的性能还有许多缺陷，如脆性大，极难加工等，使他在许多刀具上应用还很困难，

7、因而，目前许多复杂刀具还主要应用高速钢制造。拉刀结构复杂，造价昂贵，因此要求采用耐磨的刀具材料，以提高其耐用度；考虑到还应有良好的工艺性能，根据刀具课程设计指导书表29，选择高速工具钢，其应用范围用于各种刀具，特别是形状较复杂的刀具。2.2刀具结构参数及各部分功用1拉刀的结构图1表1代号名 称功 用1柄部夹持拉刀，传递动力2颈部连接柄部和后面各部，其直径与柄部相同或略小，拉刀材料及规格等标记一般打在颈部。3过度锥颈部到前导部的过渡部分，使拉刀容易进入工件孔中。4前导部起引导拉刀切削部进入工件的作用，5切削部担负切削工作，包括粗切齿、过渡齿及精切齿。6校准部起刮光、校准作用，提高工件表面光洁度及

8、精度，并作为切削部的后备部。7后导部保持拉刀与工件的最后相对位置，防止在拉刀即将离开工件时因工件下垂而损坏工件已加工表面及刀齿。8尾部支持拉刀使之不下垂，多用于较大较长的拉刀，也用于安装压力环。 2 切削方式：采用分层拉削方式中的同廓式拉削方式 3拉削余量：对于花键孔A=De-Do 4拉刀刀齿结构： 表2名称功用前刀面切削流出的表面后刀面最终形成已加工表面的面副后刀面刀齿上和已加工表面相对的表面、分屑槽两侧面刃带也称第一后刀面，是主切削刃和后刀面之间的后角为零的窄面，它有稳定的拉削过程，防止拉刀摆尾的作用主切削刃是前后刀面的交线副切削刃是前刀面和副后刀面的交线，分屑槽中也有两条副切削刃过渡刃可

9、以是直线或圆弧，它有助于减缓刀尖的磨损刀尖主副切削刃的相交点容屑槽其形状必须有利于切屑卷曲，并能宽敞地容纳切屑分屑槽减小切削宽度，降低切削卷曲阻力，便于切削容纳在容屑槽内，从而改善拉削状况棱刀齿后刀面与齿背的交线齿背容屑槽中靠近后刀面的部分2.3拉刀几何参数的选择和设计原始条件及设计要求 要求设计一把矩形花键拉刀,花键大径D=34H10mm, 小径d=28H7mm,键槽宽B=7H9mm,键数n=6,倒角高度C=0.5mm,拉削长度L=30mm,工件材料为硬铝LY11,硬度为HBS100,b=420MPa。查表后，由花键拉刀的长度确定选用拉床L6110。1：选择拉刀材料：V2:拟订拉削余量切除顺

10、序和拉削方式 拉削余量切除顺序为：倒角键测与大径小径，拉刀切削齿的顺序是：倒角齿花键齿圆形齿。实际采用分层拉削渐成式。 后面用d、h和y表示角齿、花键齿和圆形齿；用c、g、j和x表示粗切、过度、精切和校准齿；用w和m表示工件预制孔和拉削孔。3：选择切削齿几何参数前脚：=，精切齿与校准齿倒棱前脚=后脚：粗切齿：=230+1 =0.10 精确齿：=2+30=0.15 校准齿：=1+30=0.24：确定校准齿直径 倒角齿不设校准齿查表416得，花键齿、圆形齿的扩张量分别为10um、0um，则花键齿校准齿和圆形齿校准齿直径为 =34.10-0.010=34.990mm； =28.021-0=28.02

11、1mm；5：计算倒角齿参数 查表429知倒角的工艺角度为=30。按表429计算如下：图2 矩形花键拉刀倒角齿计算图 sin=( +2ftg)/=(7+2*0.5*tg30)/28.021=0.2704 =arcsin0.2704=15.7 M=1/2sin(+)=1/2*28*sin(30+15.7)=10.03mm ctg=2*M/(sin)-ctg=(2*10.03)/(7*sin30)-ctg30=3.9994 =arcctg3.9994=14.04 =/sin=28.85mm =+(0.30.6)=29.30mm6：计算切削余量； 按表4-1计算圆形拉削余量为1mm，预制孔径为27mm

12、，实际拉削余量 =28.021-27=1.021mm倒角余量 =29.30-27=2.30mm花键余量 =34.990-(29.30-0.1)=5.79mm7:选择齿升量； 查表4-4 选择为 倒角齿： (槽拉刀、键槽拉刀栏)花键齿：=0.050mm（矩形花键拉刀栏）圆形齿：（圆拉刀栏）8：设计容屑槽 齿距计算 查表4-7 P=(1.21.5) =(1.21.5) =8mm= =(0.60.8)p=6mm选择容屑槽查表4-8 采用曲线槽，粗切齿用深槽，h=3mm, 精切齿用基本槽校验容屑条件查表4-9得容屑系数k=3。倒角齿齿升量大时，应校验之，应使满足式 h1.13 1.13=1.13=2.

13、73因h=3,所以满足条件，校验合格校验同时工作齿数查表4-7得l/p=30/8=3.8所以：=3 =3+1=4，满足38的校验条件9：花键齿截形设计花键齿键宽按下列式子计算 =- =-式中，为花键键槽宽最大极限尺寸；为拉削扩张量（查表得=0.005mm）；为拉刀键齿制造公差带宽，为保证键齿耐用度高，应在制造范围内取最小值，这里取=0.010mm。则 =7.036-0.005=7.031mm =7.031-0.010=7.021mm 拉刀键齿侧面应制出=0的修光刃f，其下应磨出侧隙角130。工厂常在齿高为1.25mm及以下的刀齿上磨侧隙。10：确定分屑槽参数 除校准齿和与其相邻的一个精切齿外，

14、拉刀切削齿均磨制三角形分屑槽（表4-13）。由于在每个圆形齿上都存在着不工作刃段，圆形齿段不必磨分屑槽。11：选择拉刀前柄 按表4-17选择型A无周向定位面的圆柱形前柄，公称尺寸=25mm卡爪底径=19mm12：校验拉刀强度通过计算分析，确认倒角齿拉削力最大，因而应计算拉刀倒角齿拉削力（表4-20、4-21和4-22） =z(+2f)=6*(7.031+2*0.5)mm=48.186mm =*=18348.18651.151.1510.91=52.48KN拉刀最小截面积在卡槽底颈处，则拉应力 4）=0.185GP(表4-25)，拉刀强度校验合格13：确定拉刀齿数及每齿直径1）倒角齿齿数 取2）

15、花键齿齿数 初拟花键过渡齿与精切齿的齿升量为0.04，0.03，0.02，0.01，0.005mm,逐步递减，共切除余量 A=0.21mm。花键粗切齿齿数 取57齿，多切去了的余量，应减去0.01mm的齿升量。因此，减去一个精切齿并将齿升量调整为0.04，0.03，0.015，0.01mm。后2齿齿升量，为精切齿，前2齿则为过渡齿。3）圆形齿齿数 初拟方案与花键齿相同，即拟切去A余量，计算圆形粗切齿齿数为取8齿，少切了的余量，需增加一个精切齿，其齿升量为0.0055mm。因此，将齿升量调整为0.04，0.03，0.02，0.01，0.0075，0.003这样，圆形齿段具有粗切齿8个，过渡齿2个

16、，精切齿4个。4）校准部齿数 圆形齿和花键齿校准齿齿数查表4-14，得花键校准齿齿数 圆形校准齿齿数 5）各齿直径基本尺寸 见表4-41。14：拉刀齿部长度 参照图4-2。倒角齿段长度 花键齿段长度 圆形齿窜长度 拉刀齿部长度 15：设计拉刀其他部分 按表4-17，4-19，4-23计算：前柄 颈部 根据，选拉床L6110。查表得： 过渡锥 前导部 前柄伸入夹头长度 前柄端部至第1刀齿的距离 ：后导部 后柄 16：拉刀总长及其校验 根据表4-26，拉刀长度检验合格。17：各齿直径基本尺寸 见表3 表3 矩形花键拉刀齿序表齿型齿号No.直径基本尺寸D（mm）直径尺寸公差（mm）齿型齿号No.直径

17、基本尺寸D（mm）直径尺寸公差（mm） 齿型齿号No.直径基本尺寸D（mm）直径尺寸公差（mm）倒角齿12345678910111213141527.20027.33027.46027.59027.72027.85027.98028.11028.24028.37028.50028.63028.76028.89029.020花键齿37383940414243444546474849505152535455565758596061626364656667686970717231.00031.10031.20031.30031.40031.50031.60031.70031.80031.90032.

18、00032.10032.20032.30032.40032.50032.60032.70032.80032.90033.00033.10033.20033.30033.40033.50033.60033.70033.80033.90034.00034.10034.20034.30034.40034.500花键齿7374757634.60034.70034.80034.880777834.94034.970798081828334.990圆形齿84858687888990919227.10027.20027.30027.40027.50027.60027.70027.80027.8801617

19、1829.15029.24029.300花键齿 19 202122232425262728293031323334353629.20029.30029.40029.50029.60029.70029.80029.90030.00030.10030.20030.30030.40030.50030.60030.70030.80030.900939427.94027.980959628.00028.01597989910010110210310428.0212.4制定技术条件 对拉刀工作图技术条件进行补充：1） 拉刀材料：W18Cr4V2） 拉刀表面不得有裂纹、碰伤、锈迹等影响使用性能的缺陷。3）

20、拉刀切削刃应锋利，不得有毛刺、崩刃和磨削烧伤。4） 拉刀容屑槽的连接应圆滑，不允许有台阶，一般应磨光槽底。5） 拉刀校准齿及与其相邻的两个精切齿齿部外圆柱表面对G-H基准轴线的径向圆跳动公差如下：圆形No96104齿为0.007mm；No7883齿为0.015mm。6） 拉刀其余刀齿对G-H基准的径向圆跳动公差0.06mm。7） 拉刀各部分的径向圆跳动应在同一方向。8） 花键齿等分累积误差0.015mm。9） 花键齿侧面沿纵向对拉刀G-H基准轴线的平行度误差0.012mm。10） No95104齿及No7983齿外圆直径尺寸的一致性不大于0.005mm，且不允许有正锥度。小结通过这次矩形花键拉

21、刀、成形车刀课程设计收获了很多，知道了基本的设计方法和思路，对一些基本的刀具有了一个更深的了解。经过一段时间的努力，两个设计都基本上满足了题目的要求。这两个刀具在某些数据的选择上和所查资料上的数据稍微有点偏差，但都在允许范围内。当然由于知识有限此次的设计也有许多不足之处，在今后的学习中我会更加注意这方面知识的积累，使自己避免出现同样的问题。参考文献1 许先绪主编.非标准刀具设计手册.北京：机械工业出版社.19922 刘华明主编.刀具课程设计指导书.哈尔滨：哈尔滨工业大学.1981 3 乐兑谦主编金属切削刀具北京：机械工业出版社4 陈日 主编.金属切削原理.北京:机械工业出版社.5 乐兑谦主编.金属切削刀具.北京：机械工业出版社.20016 庞学慧、武文革、成云平. 互换性与测量技术基础.北京：国防工业出版社. .第 17 页 共 17 页