矩形花鍵拉刀及矩形花鍵銑刀設(shè)計(jì)

1、中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書前 言 金屬切削原理及刀具是研究金屬切削加工的一門技術(shù)科學(xué)。在學(xué)期后開(kāi)設(shè)的課程設(shè)計(jì)能使同學(xué)們將所學(xué)的知識(shí)融合在一起，加深對(duì)常用刀具材料的種類、性能及應(yīng)用范圍的理解和掌握；培養(yǎng)根據(jù)加工條件合理選擇刀具材料、刀具幾何參數(shù)的能力；培養(yǎng)根據(jù)加工條件，和用資料、手冊(cè)及公式，計(jì)算切削力和切削功率的能力；培養(yǎng)根據(jù)加工條件，從最大生產(chǎn)率或最低加工成本出發(fā)，合理選擇切削用量的能力。21世紀(jì)機(jī)械產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)愈來(lái)愈劇烈，因此，現(xiàn)代機(jī)器的工作原理，結(jié)構(gòu)組成，設(shè)計(jì)思維方式已不同于傳統(tǒng)的機(jī)器，機(jī)器零件的設(shè)計(jì)離不開(kāi)刀具，因此刀具的設(shè)計(jì)思想的新思想，新理念應(yīng)用而生。要求刀具不斷創(chuàng)新，努力提高產(chǎn)品的質(zhì)量

2、，完善和改進(jìn)刀具性能，滿足市場(chǎng)需要。刀具產(chǎn)品的設(shè)計(jì)可分為產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)(conceptual design)和產(chǎn)品的構(gòu)型設(shè)計(jì)(configuration design)。概念設(shè)計(jì)是決定刀具產(chǎn)品質(zhì)量水平的高低，性能的優(yōu)略和經(jīng)濟(jì)效益好壞的關(guān)鍵性一步。刀具設(shè)計(jì)的重要任務(wù)應(yīng)是進(jìn)行刀具方案的構(gòu)思，刀具的類型，尺寸和角度。機(jī)械工業(yè)的技術(shù)水平和規(guī)模是衡量一個(gè)國(guó)家科技水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要標(biāo)志。改革開(kāi)放以來(lái)，機(jī)械工業(yè)充分利用國(guó)內(nèi)外兩方面的技術(shù)資源，有計(jì)劃地進(jìn)行企業(yè)技術(shù)改造，引導(dǎo)企業(yè)走依靠科技進(jìn)步的道路，使制造技術(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量和水平以及經(jīng)濟(jì)效益有了很大提高，為繁榮國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，擴(kuò)大出口創(chuàng)匯，推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起了重要作

3、用。但是與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)機(jī)械工業(yè)的水平還存在著階段性的差距，主要表現(xiàn)在機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量和水平不夠高，技術(shù)開(kāi)發(fā)能力不夠強(qiáng)和科技投入少。特別對(duì)其他產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，對(duì)機(jī)械工業(yè)的認(rèn)識(shí)不夠，甚至有相當(dāng)一段時(shí)間不夠重視。近年來(lái)，世界各國(guó)都把提高產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展高技術(shù)，搶占未來(lái)經(jīng)濟(jì)制高點(diǎn)作為科技工作的主攻方向，對(duì)機(jī)械工業(yè)的重要性和作用有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，對(duì)機(jī)械工業(yè)科技發(fā)展提出了更高的要求，特別是制造技術(shù)更加得到了重視。因此，學(xué)校的教育工作也響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，積極推動(dòng)機(jī)械方面的教育。刀具是機(jī)械制造的核心，刀具質(zhì)量的好壞直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。金屬切削刀具課程設(shè)計(jì)是在學(xué)生學(xué)完“金屬切削原理及刀具”等有關(guān)課程的基礎(chǔ)上進(jìn)行的重

4、要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，其目的是使學(xué)生鞏固和深化課堂理論教學(xué)內(nèi)容，通過(guò)對(duì)“圓孔拉刀和矩形花鍵銑刀”的設(shè)計(jì)，鍛煉和培養(yǎng)了我所學(xué)的知識(shí)和理論的能力。拉削有如下特點(diǎn)：、拉削速度較低，一般為，拉削平穩(wěn)，且切削厚度很薄，因此拉刀精度可達(dá)到，表面粗糙度達(dá)。、同時(shí)工作的刀齒多，切削刃長(zhǎng)，一次行程完成粗、精加工，生產(chǎn)效率高。、每一刀齒在工作過(guò)程中只切削一次，刀齒磨損慢，刀具耐用度高，壽命長(zhǎng)。、拉削時(shí)只有主運(yùn)動(dòng)，拉床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單操作方便。、加工范圍廣，可拉削各種形狀的通孔和外表面，但拉刀設(shè)計(jì)、制造復(fù)雜，價(jià)格昂貴，較適于大批量生產(chǎn)中應(yīng)用。銑削有如下特點(diǎn)： 刀具連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng) 銑刀切削時(shí)是連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以相對(duì)刨刀而言，銑削加

5、工容許使用較高的切削速度。 多刀多刃切削 銑刀的多齒刀，刀刃的總長(zhǎng)度大，這有利于提高加工生產(chǎn)率和刀具耐用度。但由于刀齒多，容屑問(wèn)題是一個(gè)矛盾。因?yàn)槊總€(gè)刀齒在切削過(guò)程中切下的切屑被封閉在刀槽中，直至該到齒完全離開(kāi)工件時(shí)才能將切屑拋出，所以要求刀槽應(yīng)有足夠的容屑空間。 斷續(xù)切削 銑削加工時(shí)，銑刀每旋轉(zhuǎn)一周，一個(gè)刀齒僅參加一段時(shí)間工作，其余大部分時(shí)間是在空氣中冷卻，這種自然冷卻作用對(duì)刀具耐用度有利。但是另一方面，各刀齒斷續(xù)的切削會(huì)引起沖擊振動(dòng)；同時(shí)銑削總面積是變化的，銑削力的波動(dòng)也較大，故銑削均勻性差，工件表面粗糙度達(dá)。 可選用不同的切削方式 利用順銑和逆銑、對(duì)稱銑和不對(duì)稱銑等切削方式，來(lái)適應(yīng)不同材

6、料的可加工性和加工要求，可以提高刀具耐用度和加工生產(chǎn)率。1.1刀具的發(fā)展隨著社會(huì)的發(fā)展,時(shí)代的進(jìn)步,刀具在生產(chǎn)中的用途越來(lái)越廣.刀具的發(fā)展在一定程度上決定著生產(chǎn)率,中國(guó)加入wto后,各行各業(yè)面臨的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈,一個(gè)企業(yè)要有競(jìng)爭(zhēng)力,其生產(chǎn)工具必須具有一定的先進(jìn)性.中國(guó)作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó),其在機(jī)械方面的發(fā)展空間相當(dāng)大,而要生產(chǎn)不同種類的零件,不管其大小與復(fù)雜程度,都離不開(kāi)刀具.   目前，在金屬切削技術(shù)領(lǐng)域中，我國(guó)和先進(jìn)的工業(yè)國(guó)家之間還存在著不小的差距，但這種差距正在縮小。隨著工廠、企業(yè)技術(shù)改造的深入開(kāi)展，各行各業(yè)對(duì)先進(jìn)刀具的需要量將會(huì)有大幅度的增長(zhǎng)，這將有力地促進(jìn)金屬切削刀具

7、的發(fā)展1.2本課題研究的目的課程設(shè)計(jì)作為工科院校大學(xué)生的必修環(huán)節(jié)，不僅是鞏固學(xué)生大學(xué)所學(xué)知識(shí)的重要環(huán)節(jié)，而且也是在檢驗(yàn)大學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力、自學(xué)能力、獨(dú)立操作能力和培養(yǎng)創(chuàng)新能力，是大學(xué)生參加工作前的一次實(shí)踐性鍛煉。通過(guò)本課題設(shè)計(jì)可以達(dá)到以下目的：1. 綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的專業(yè)理論知識(shí)，能獨(dú)立分析和擬訂某個(gè)刀具合理的工藝路線，具備設(shè)計(jì)中等復(fù)雜刀具零件的能力。2. 能根據(jù)被加工零件的技術(shù)要求，運(yùn)用刀具設(shè)計(jì)的基本原理和方法，掌握一些專用刀具設(shè)計(jì)方法，完成刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高刀具設(shè)計(jì)能力。3. 熟悉和學(xué)會(huì)使用各種手冊(cè)，能善于使用網(wǎng)絡(luò)搜尋一些設(shè)計(jì)的相關(guān)資料，掌握一定的工藝制訂的方法和技巧。4. 進(jìn)一步提高計(jì)

8、算機(jī)操作的基本技能cad及pro/engineer軟件應(yīng)用能力(造型設(shè)計(jì)與自動(dòng)編程)仿真模擬軟件的應(yīng)用。二.矩形花鍵拉刀設(shè)計(jì)1.被加工零件材料的選擇 被加工零件如圖1.所示 圖1工件如圖2所示。材料為：45鋼；硬度hbs195 ；強(qiáng)度b = 600mpa；工件長(zhǎng)度l=65mm。 圖22.設(shè)計(jì)步驟 2.1選擇拉刀材料 拉刀材料常用 w6mo5cr4v2高速工具鋼整體制造,一般不焊接柄部.由于拉刀制造精度高,技術(shù)要求嚴(yán),在刀具成本中加工費(fèi)用占的比重比較大,為了延長(zhǎng)拉刀壽命,所以生產(chǎn)上也用w25mo cr4vco8和w6mo5cr4v2al等硬度和耐磨性均較高的高性能高速鋼制造.但一般常用w6mo5

9、cr4v2,故該拉刀材料選擇w6mo5cr4v2. 2.2拉削方式 采用組合式的拉削方式,即在同一只拉刀上采用了兩種拉削方式的組合.它的粗精切削齒都不分組,粗切削齒上開(kāi)圓弧形分削槽,槽寬略小于刃寬,前后刀齒上分削槽交錯(cuò)排列,故粗切削齒上齒升量較大,拉削表面質(zhì)量高,拉刀制造容易,適用于拉削余量較多的圓孔,是目前常用的一種拉削方式。 2.3拉削余量 假設(shè)該矩形花鍵拉刀用來(lái)鉆孔,則其拉削余量可用如下公式: =2.4幾何參數(shù) 拉刀的幾何參數(shù)主要指刀齒上的前角,后角和后刀面上的刃帶寬,為制造方便,其校準(zhǔn)齒上的前角通常與切削齒相同。 查表有: 切削齒: 前角= 后角=2.5齒升量fz 一般粗切齒應(yīng)切除拉削

10、余量的80%以上,精切齒的齒升量按被拉削表面的質(zhì)量和精度來(lái)確定,通常可取0.0250.08,但不得小于0.025。 2.6確定切削齒齒距 查表有 故:取=10mm 2.7確定同時(shí)工作齒數(shù) 28容屑槽形狀 為減少加工容屑槽的成形車刀和樣板的種類，應(yīng)盡量將容屑槽的形狀和尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，系列化。目前常用的容屑槽形狀有直線齒背型，曲線齒背型和直線齒背雙圓弧型三種. 直線齒背雙圓弧槽型槽型容削空間大，制造較簡(jiǎn)便，目前生產(chǎn)的拉刀大多采用這種槽型，適用于組合式及分塊式的拉削和齒升量大的拉刀上。，故應(yīng)選用直線齒背雙圓弧槽型29確定容削系數(shù)k 容屑系數(shù)k是拉刀容屑槽的有效面積a與切削層面積ad的比值，即k=a/ 由

11、于a=*h*h/2 查表有 k=3.2 210計(jì)算容屑槽深 為保證拉刀有足夠的容削空間，設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足如下條件3.14*h*h/(4l*)>=k, 故拉刀容屑槽深h1.13 211確定容屑槽尺寸 查拉刀容屑曹形狀尺寸表 有： p=10時(shí),取型.故,有:h=4mm, g=3.2mm, r=2mm 2.12拉刀的分屑槽形狀及其尺寸 常用分屑槽的形狀有圓弧形和角度形兩種。圓弧形分屑槽主要用于輪切式拉刀的切削齒和組合式拉刀的粗切齒和過(guò)度齒上；角度形分屑槽用于同廓式拉刀的切削齒和組合式拉刀的精切齒上。 故 本設(shè)計(jì)若粗切齒時(shí)采用圓弧形分屑槽；若精切齒時(shí)采用角度形分屑槽. 查表可知:拉刀分屑槽數(shù): 粗

12、切齒(圓弧型分屑槽):槽數(shù)=10 精切齒(角度型分屑槽):槽數(shù)=14 2.13粗算切削齒齒數(shù) 過(guò)度齒齒數(shù)=35,精切齒齒數(shù)=37,校準(zhǔn)齒齒數(shù)=37 根據(jù)選定的粗削齒齒升量和已知的加工余量,切削齒齒數(shù)可按下式估算 = 2.14確定校準(zhǔn)齒齒數(shù)和校準(zhǔn)齒直徑 有孔直徑公差0.025,查如下表一得拉削孔徑擴(kuò)張量=0 取=5 考慮到拉后孔徑可能產(chǎn)生擴(kuò)張或收縮,校準(zhǔn)齒直徑的基本尺寸為 =30.021-0=30.021(=0) 其中 -拉后孔徑的最大極限尺寸 -拉后孔徑的擴(kuò)張量或收縮量 215確定拉刀各刀齒直徑 由=-可知：=-=58.025-1.6=56.425 故d=+(12) 其具體結(jié)果見(jiàn)拉刀工作圖。

13、式中：-拉削后孔的最大直徑，單位：mm -拉削前預(yù)制孔的最小直徑，單位：mm2.16確定齒形狀及尺寸 具體的齒形與尺寸如圖3所示 圖3刀齒寬度 b=10mm。刃帶 f=0.8±0.2mm。刀刃長(zhǎng)度 l=3mm。2.17倒角刀齒的計(jì)算 已知b=10,2.18柄部結(jié)構(gòu)形式及尺寸 拉刀圓柱形前柄的結(jié)構(gòu)形式可分為型和型，型用于柄部直徑小于18mm的拉刀，型用于柄部直徑大于18mm的拉刀。型和型又可分為無(wú)周向定位面和有周向定位面。當(dāng)拉刀用于實(shí)現(xiàn)工作行程和返回行程的自動(dòng)循環(huán)時(shí)，需要有后柄結(jié)構(gòu)，后柄放置在拉刀后導(dǎo)部的后邊，后柄的結(jié)構(gòu)形式有型和型兩種，型為整體式，型為裝配式，一般在后柄直徑較大時(shí)采用

14、。 故該拉刀選擇 型a-無(wú)周向定位面的圓柱形前柄型式，型圓柱形后柄型式. 查表知: 柄部尺寸為: 2.19頸部長(zhǎng)度頸部直徑可取與前柄直徑相同值,也可略小于前柄直徑.頸部長(zhǎng)度要保證拉刀第一個(gè)刀齒尚未進(jìn)入工件之前,拉刀前柄能被拉床的夾頭夾住.因此可得拉刀頸部長(zhǎng)度計(jì)算公式 取m=20mm, b=70mm, a=30mm2.20過(guò)度錐長(zhǎng)度 過(guò)度錐長(zhǎng)度根據(jù)拉刀直徑不同可取為10,15,20mm ,故取=20mm 故: =35+70+30-20=100mm 2.21前導(dǎo)部直徑,長(zhǎng)度 2.22后導(dǎo)部直徑,長(zhǎng)度 后導(dǎo)部直徑的基本尺寸等于拉后孔的最小直徑,長(zhǎng)度可取為工件長(zhǎng)度的1/22/3,但不得小于20 mm.

15、 故取 故:取=40mm 2.23柄部前端到第一齒長(zhǎng)度 = 2.24計(jì)算最大切削力 = 小于拉床額定拉力, 則: = 2.25拉床拉力校驗(yàn) 計(jì)算出的拉削力應(yīng)小于拉床的實(shí)際拉力,即 對(duì)于良好狀態(tài)的舊拉床, =0.8,其中l(wèi)6110型拉床的公稱拉力=200 kn 故0.8=0.8200=160 kn,所以拉床拉力足夠. 2.26拉刀強(qiáng)度校驗(yàn) 為防止拉刀拉斷,拉削時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力應(yīng)小于拉刀材料的許用應(yīng)力,即=/, 式中: -拉刀上的危險(xiǎn)截面積,一般在柄部或頸部. -拉刀材料的許用應(yīng)力,高速鋼的=343392 mpa 故=346.2 =/=3155.7/346.3=9.1mpa< 所以拉刀強(qiáng)度允許

16、.2.27計(jì)算校驗(yàn)拉刀 l=+ 其中=p=90mm=50mm=50mm =455mm 查表二 故l=455 所以合格表二:花鍵拉刀允許的最大總長(zhǎng)度拉刀直徑>1215>1520>2025>2530>3050>50最大總長(zhǎng)度6008001000120013001500精密花鍵拉刀一般不超過(guò)202.28確定拉刀技術(shù)要求(gb3813-83) 拉刀熱處理 用w6mo5cr4v2高速工具鋼制造的拉刀熱處理硬度 刀齒和后導(dǎo)部 63 66hrc 前導(dǎo)部 60 66hrc 柄部 40 52hrc 允許進(jìn)行表面強(qiáng)化處理 拉刀表面粗糙度(見(jiàn)表三) 表三 拉刀主要表面粗糙度拉刀表

17、面表面粗糙度拉刀表面表面粗糙度拉刀表面表面粗糙度刀齒圓柱刃帶表面粗切齒前面和后面中心孔工作錐面校準(zhǔn)齒前面和后面前導(dǎo)部外圓表面柄部外圓表面精切齒前面和后面后導(dǎo)部外圓表面 容屑槽槽底 拉刀粗切齒外圓直徑的極限偏差(見(jiàn)表四) 表四 拉刀粗切齒外圓直徑的極限偏差齒升量外圓直徑極限偏差相鄰齒齒升量允差0.30.005> 0.007> 0.010>0.06 0.02矩形花鍵拉刀精切齒與外圓校準(zhǔn)齒外圓直徑的極限偏差(見(jiàn)表五) 表五 矩形花鍵拉刀精切齒與外圓校準(zhǔn)齒外圓直徑的極限偏差被加工孔的直徑偏差校準(zhǔn)齒與其尺寸相同的精切齒的外圓直徑的極限偏差其余精切齒的外圓直徑的極限偏差0.018 >

18、; > > >0.046 拉刀外圓表面對(duì)拉刀基準(zhǔn)軸線的徑向圓跳動(dòng)公差(見(jiàn)表六) 表六 矩形花鍵外圓表面對(duì)拉刀基準(zhǔn)軸線的徑向圓跳動(dòng)公差 對(duì)拉刀基準(zhǔn)軸線的徑向跳動(dòng)公差拉刀柄部與卡爪接觸的錐面對(duì)拉刀基準(zhǔn)軸線的斜向圓跳動(dòng)公差拉刀各部分的徑向圓跳動(dòng)應(yīng)在同一個(gè)方向校準(zhǔn)齒和校準(zhǔn)齒相同直徑的精切齒及后導(dǎo)部 其余部分 0.1拉刀全長(zhǎng)與其基本直徑的比值徑向圓跳動(dòng)公差不得超過(guò)表五中所規(guī)定的外圓直徑公差值> >25 0.03 0.04 0.06拉刀前導(dǎo)部與后導(dǎo)部外圓直徑公差(按f7)拉刀全長(zhǎng)尺寸的極限偏差(見(jiàn)表七) 表七 拉刀全長(zhǎng)尺寸的極限偏差拉刀全長(zhǎng)尺寸長(zhǎng)度尺寸允許的極限偏差1000&

19、gt;1000 三.矩形花鍵銑刀的設(shè)計(jì)1.被加工零件材料的選擇被加工零件如圖4.所示，工件材料為：45鋼；硬度hbs195 ；強(qiáng)度b = 600mpa；工件長(zhǎng)度l=65mm。 圖42.1齒槽半角 =/z=/8= 2.2齒頂圓弧中心半角=-=-= 2.3齒頂寬=51.95=12.25mm 2.4初算齒廓高度h=(-)/2+(12)=( )/2+(12)取h=5mm 2.5銑刀寬度b=+2h=12.25+25=16.4 取b=16 mm 2.6按銑刀寬度最后確定齒廓高度 h=5mm 2.7銑刀齒頂圓弧半徑 =25.98 2.8齒頂圓角半徑=1 2.9銑刀前角 精加工時(shí):=0 2.10容屑槽形式 矩

20、形花鍵銑刀容屑槽底形式通常有兩種,即平底式和中間有凸起或槽底傾斜的加強(qiáng)形式,在銑削深度較小和刀齒強(qiáng)度足夠的情況下,應(yīng)采用平底式;在銑削深度較大時(shí),宜采用加強(qiáng)形式,其槽底形狀都是根據(jù)工件廓形確定的. 故該容屑槽選擇采用平底式. 2.11銑刀孔徑 銑刀的孔徑d應(yīng)根據(jù)銑削寬度和工作條件選取,也可以按剛度,強(qiáng)度條件計(jì)算,還可根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)選取. 因此,該銑刀根據(jù)其切削寬度b=13查表,可得d=22 mm. 2.12銑刀外徑 對(duì)于平底形式的容屑槽,銑刀外徑可估算: =55mm 2.13銑刀圓周齒數(shù) 在設(shè)計(jì)時(shí),一般可根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)按銑刀外圓直徑的大小來(lái)預(yù)選定圓周齒數(shù),且一般盡量采用偶數(shù). 因此,查表可知 =8. 2.14銑刀的后角 2.15鏟削量 k=4 =(1.31.5)k=1.5*4=6 2.16容屑槽圓角半徑 r=1.8 取r=2 2.17容屑槽深度 對(duì)于有平底容屑槽,齒背需鏟磨的成形車刀 . 2.18容屑槽間角 一般取= ,這里取= 2.19分屑槽尺寸 因?yàn)樵撱姷秾挾刃∮?0,故切削刃上不需做分屑槽. 2.20鍵槽尺寸 查表有: b=6mm , h=6mm ,t=17.6mm ,=23.6mm ,=24.1mm , r=0.5總 結(jié)課程設(shè)計(jì)對(duì)工科院校的我們是非常必要的，不僅鞏固了我們所學(xué)知