中北大学成形车刀以及矩形花键拉刀设计

中北大学课程设计说明书第1页共22页成形车刀以及矩形花键拉刀设计说明书设计目的金属切削刀具课程设计是学生在学完“金属切削原理及刀具”等有关课程的基础上进行的重要的实践性教学环节，其目的是使学生巩固和深化课堂理论教学内容，锻炼和培养学生综合运用所学知识和理论的能力，是对学生进行独立分析、解决问题能力的强化训练。通过金属切削刀具课程设计，具体应使学生做到：(1)掌握金属切削刀具的设计和计算的基本方法；(2)学会运用各种设计资料、手册和国家标难；(3)学会绘制符合标准要求的刀具工作图，能标注出必要的技术条件。完成成形车刀、矩形花键拉刀两种刀具的设计和计算工作，绘制刀具工作图和必要的零件图以及编写一份正确、完整的设计说明书。刀具工作图应包括制造及检验该刀具所需的全部图形、尺寸、公差、粗糙度要求及技术条件等；说明书应包括设计时所涉及的主要问题以及设计计算的全部过程；设计说明书中的计算必须准确无误，所使用的尺寸、数据和计量单位，均应符合有关标准和法定计量单位；使用A4纸打印，语言简练，文句通顺。1选择刀具类型：对每种工件进行工艺设计和工艺装备设计时，必须考虑选用合适的刀具类型。事实上，对同一个工件，常可用多种不同的刀具加工出来。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=B×n×Zi，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。由于目前硬质合中北大学课程设计说明书第2页共22页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，因而，目前许多复杂刀具还主要应用高速钢制造。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。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。根据表30，选择W18Cr4V。1成形车刀的设计1.1原始数据1.1.1被加工零件如图(1)所示。3.226f7A0.0126键均布6d10A图2.32a111.63.2图1.30r11045481x45°250-0.1-0.10203.20.86.3其余：12.515+0.3-0.1518图（1）中北大学课程设计说明书第3页共22页1.1.2设计要求按照要求完成一把成型车刀，并且能够用该刀具加工出图示的工件。1.1.3工件材料硬铝LY12；硬度HBS115；强度σb=490MPa。1.2设计计算1.2.1选择前角及后角由表（2-4）《金属切削刀具设计简明手册》得：f=27°，f=13°。1.2.2刀具廓形及附加刀刃计算根据设计要求取r=20°。a=3mm，b=1.5mm，c=5mm，d=0.5mm如图（2）所示：以0—0线（过9—10段切削刃）为基准，计算出1—12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）图（2）2半径公差基本半径jxrmmrrjj922mmmmrrjj475.12)41.0225(34;中北大学课程设计说明书第4页共22页mmrrjj5.084.105.01041.02302275mmrj025.01541.0156mmrrjj29.845cos112；mmrrrjjj94.745cos5.11109；mmtgrrrjjj202.1320161211；以上各个半径就是标注点的相对0—0线的半径长度，jxr半径是进行刀具切削的各个点的设计绘制的。再以1为基准点，计算长度jxL：2公差基本长度jxLmmLmmLmmLmmLmmLLjjjjjj225.048225.038225.025225.01837654321.2.3计算切削刃的总长度mmdcbaLLjc585.055.13487；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，最后考中北大学课程设计说明书第5页共22页虑到加工刀具的精度问题取cL为58mm.1.2.4检验宽度许用值65.388.155888.1594.72minmindLmmdc可采取下列措施：①将工件廓形分段切削，改用两把或数把成形车刀。②改用切向进给成形车刀③如已确定用径向进给，可在工件非切削部分增设辅助支承---滚轮托架，以增加工艺系统刚度。1.2.5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：dmeAR)(22max00d（见表2—3）由表（2—3）查得《金属切削刀具设计简明手册》：C1312车床（刀具结构为C型）mm520d；d=12mm;选用毛坯直径为35mm,则Amax=17.5–10.5=7.0mm；代入上试，可得mmdAR132max0m)(e；最终取m=8mm.1.2.6计算廓形上的各个点所在圆半径xR计算过程如表（1—1）《金属切削刀具设计简明手册》所示：中北大学课程设计说明书第6页共22页表（1—1）712.16)1327sin(26)sin(ffcRhc917.19)1327cos(26)cos(0ffR0B廓形组成点jxRfxxCxBxxR精度为0.01R9，10作0点7.942725.272-26=-0.7280.011，2923.6171.17218.74541.41625.27503，412.47516.7934.8615.0547.9822.492.780.015，710.8420.0862.79117.12544.30123.9291.340.02614.77513.058.44711.44355.59820.2575.010.0488.2925.770.3540.35840.51225.727-0.450.0411，1213.20215.8455.6255.62549.29524.3081.690.02备注：以上各个值的计算公式为fjxjfxrrsinarcsin0，fjfxjxrrrcoscos0xC；中北大学课程设计说明书第7页共22页xCB0xB；)arg(xcBhx；xrrR1xchsinxR；标注廓形径向尺寸时，应该选公差要求最严的1—12段廓形为尺寸标准基准，其它各点用廓形深度R见表（1—1）。计算刀具上直线部分的倾斜角ζ在工件廓形上要求较高的为处的倾斜角用公式tgζ=341PPx=0204.32314.4075.01525=8.195706028ζ=83°，标注廓形径向尺寸时，应该选公差要求最严的1—12段廓形为尺寸标准基准，其它各点用廓形深度R见表（1—1）。1.2.7根据表（1—1）可确定各个点廓形深度R的公差1）21,jjrr的R为：0；2）43,jjrr的R为：0.01；3）75,jjrr的R为：0.02；中北大学课程设计说明书第8页共22页4）1211,jjrr的R为：0.04；5）109,jjrr的R为：0.1；6）86,jjrr的R为：0.04；1.2.8最小后角的校验由于7—11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：3281.1220sin11110jrtgarctga所以后角校验合格。1.2.9车刀廓形宽度xL即为相应工件廓形的计算长度jxL其数值及公差按表（2—5）确定各个值分别为：mmLLmmLLmmLLmmLLmmLLLLjjjjjj225.048225.038225.025225.01837766554433221.3绘制刀具的加工工作图和样板工作图1.3.1图纸根据以上得到的结果，按照数据进行刀具图的绘制，绘制2A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）2矩形花键拉刀的设计2.1矩形花键拉刀设计2.1.1被加工零件如图（3）.所示，中北大学课程设计说明书第9页共22页矩形花键拉刀的设计图（3）2.1.2工件材料为：硬铝LY12；硬度HBS115；强度σb=490Mpa；工件长度L=40mm。2.2刀具结构参数及各部分功用2.2.1拉刀的结构图（4）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。中北大学课程设计说明书第10页共22页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。2.2.2切削方式采用分层拉削方式中的同廓式拉削方式2.2.3拉削余量对于花键孔A=De-Do2.2.4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，从而改善拉削状况中北大学课程设计说明书第11页共22页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2.3.1拉刀材料184WCrv2.3.2齿升量fa查表5-1(书)得2.3.3齿距P粗切齿lp)5.1~25.1(过渡齿粗过pp精切齿，当ppmmp精时，10校准齿pp）（校8.0~6.0故：2.9~7.7粗p取mmp8粗；mmp8过；mmp8精；4.6~8.4校p取mmp5校；2.3.4同时工作齿数eZ1plZe(略去小数)61840eZ2.3.5拉削余量切除顺序根据表4-27（手册）加工顺序为:倒角，花键，圆孔2.3.6倒角齿测量值M书上公式fBB21中北大学课程设计说明书第12页共22页dB/sin11倒角值30190xmaxcos2xdM(表4-42)81261B3076.0sin192.171079.4292.173090xM=9.62.3.7倒角与键侧交点的直径Bdcos)sin(sintan1BdBBBBBdsin2127.0tanB12B83.28Bdmm2.3.8最后一个倒角齿直径2d)3.0~1.0(2Bdd13.29~93.282