矩形花鍵拉刀設計說明書.docx

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矩形花鍵拉刀設計說明書 小組成員： 葉先方 機自11班 20122462 李江 機自11班 20122470 張正懷 機自11班 20112653 目錄 1.前言..........................................................2 2.矩形花鍵拉刀的設計.....................................2 2.1選定拉刀材料及熱處理...................................2 2.2刀具結構參數、幾何參數的選擇與設計..................2 2.3 刀具的全部計算..................................11 2.4 對技術條件的說明.......... .............................15 3. 參考文獻....................................................16 1.前言 金屬切削刀具課程設計是學生在學完“金屬切削原理及刀具”等有關課程的基礎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。刀具課程設計是在學完刀具課以后，進行一次學習設計的綜合性練習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練。通過設計，運用所學過的基礎課、技術基礎課和專業(yè)課的理論知識，生產實習和實驗等實踐知識，達到鞏固、加深和擴大所學知識的目的。同時學習查閱有關的設計手冊、設計標準和資料，達到積累設計知識和提高設計能力的目的。本次課程設計完成了對成形車刀、矩形花鍵拉刀兩種刀具的設計和計算工作，說明書包括刀具類型材料的選擇，刀具結構參數、幾何參數的選擇，刀具的全部計算，對刀具的技術使用要求，安裝使用要求，鞏固深化了課堂理論教學內容，運用各種設計資料、手冊和國家標準進行設計，培養(yǎng)了我們獨立分析解決問題的能力。 2.矩形花鍵拉刀的設計 2.1 選定拉刀材料及熱處理 拉刀用W18Cr4V高速工具鋼制造。熱處理硬度為： 刀齒和后導部 HRC63—66 前導部 HRC60—66 柄部 HRC40—52 2.2刀具結構參數、幾何參數的選擇和設計 （1）拉刀的結構 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，提高表面光潔度及精度，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，多用于較大較長的拉刀，也用于安裝壓力環(huán)。 （2）切削方式：采用分層拉削方式中的同廓式拉削方式 （3 ）拉削余量：對于花鍵孔A=De-Do 拉刀刀齒結構： 表2 名稱 功用 前刀面 切下的切屑流出的表面 主后刀面 刀齒上和過渡表面相對的表面、最終形成已加工表面的面 副后刀面 刀齒上和已加工表面相對的表面、分屑槽兩側面 刃帶 也稱第一后刀面，是主切削刃和后刀面之間的后角為零的窄面，它有穩(wěn)定的拉削過程，防止拉刀擺尾的作用 主切削刃 是前后刀面的交線，用以形成過渡表面，完成主要的金屬切除工作 副切削刃 是前刀面和副后刀面的交線，分屑槽中也有兩條副切削刃 過渡刃 可以是直線或圓弧，它有助于減緩刀尖的磨損、主、副切削刃連接處的一段刀刃 刀尖 主副切削刃的相交點 容屑槽 其形狀必須有利于切屑卷曲，并能寬敞地容納切屑 分屑槽 減小切削寬度，降低切削卷曲阻力，便于切削容納在容屑槽內，從而改善拉削狀況 棱 刀齒后刀面與齒背的交線 齒背 容屑槽中靠近后刀面的部分 拉刀刀齒的幾何參數有：切削齒前角γ0，校準齒前角γ0g，切削齒后角α0，校準齒后角α0g，齒距p，容屑槽深h，齒厚g，刃帶寬ba1。拉刀刀齒的主要稽核參數前角、后角和刃帶寬數值的大小主要取決于工件材料和拉刀的結構形式。參照表5-5，各種花鍵拉刀，工件材料為球墨鑄鐵800-2，硬度為HBS250,故常用的材料的拉刀幾何參數為： 拉刀形式 工件材料 前角γ0 后角α0 刃帶寬ba1 粗切齒 精切齒校準齒 切削齒 校準齒 粗切齒 精切齒 校準齒 各種花鍵拉刀 球墨鑄鐵 硬度 250 5 5 2.5～4 0.5～1.5 0～0.05 0.1～0.15 0.3～0.6 （4）分層式拉刀粗切齒齒升量 根據表4-6查出當硬度為HRC62-65時，齒升量af=0.05-0.08mm，在這取af=0.06mm。 （5 ）拉刀幾何參數 根據表4-9，查得拉刀的前角γo=5o 根據表4-10，查得粗切齒的后角αo=3o+30‘，刃帶ba=0.05-0.15； 精切齒的后角αo=2o15‘，刃帶ba=0.05-0.15；校準齒的后角αo=1o15‘，刃帶ba=0.7。 （6）拉刀容屑槽及分屑槽的尺寸 拉刀的齒距和同時工作拉刀切削部的齒距是拉刀的重要設要素。其影響如下： 1）齒距過大，則拉刀過長，不僅制造成本高，拉削生產率也低；齒距過 大，同時工作齒數太少，拉削過程不平穩(wěn)，影響拉削加工表面質量。 2）齒距過小，容屑空間也小，切削容易堵塞；齒距過小，同時工作齒數 會過多，切削力就增大，可能導致拉刀折斷及機床超載；齒距過小，還會給刃磨帶來困難，砂輪切入時有與相鄰刀齒碰撞的危險。 計算齒距的經驗公式： P=(1.25～1.5)L1/2,取p=6.0 工作齒數可按下式計算： Ze=L/p+(0.1～1)=5.5 以上計算所得齒距p值，經過對容屑系數、拉刀強度及拉床拉力驗算后，還需進行修正，最后參照表5-7得，齒距p=6,同時工作齒數Ze=5。 （7）容屑槽 1）計算齒距 粗切齒齒距Pr據式（22-3）計算，并參照附表22-3取接近的標準值 Pr=(1.25～1.75)L1/2=8mm 過渡齒齒距: Pg= Pr=P10=8mm 精切齒齒距：Pj=(0.6～0.8) Pr=6mm 標準齒齒距 Pji計算：Fji=(0.6～0.8)Pr=6mm 2）選取容屑槽形狀及尺寸 容屑槽是形成刀齒的前刀面和容納切屑的環(huán)狀或螺旋狀溝槽。環(huán)形齒拉刀的拉削屬于封閉容屑槽形式；螺旋齒拉刀的拉削屬于半封閉容屑形式。切削容納在拉刀的容屑槽中，如果容屑空間不夠大，切屑會在槽內擠塞，影響加工表面質量，嚴重的還會使刀齒崩刃或拉斷拉刀。參照表5-8，選用直線齒背型容屑槽型。 根據表4-14，直線齒背容屑槽尺寸： 圖2 容屑槽尺寸按下列公式計算： h=(0.3～0.4) p g=(0.3～0.35)p R=(0.65～0.7)p r=(0.5～0.6)h 經過計算得：h=2.4～3.2,g=2.4～2.88.R=5.2～5.6,r=1.2～1.92。參照表5-9，初步選h=3,r=1.7 容屑槽尺寸的最后確定，須校驗其是否有足夠的容屑空間，即容屑槽的有效 容積必須大于切屑體積，即Vp〉Vc，若忽略切削寬度方向的變形，即是要求上述體積可近似用拉刀軸剖面中的面積Ap和Ac來表示，二者的比值為容屑系數K，有： Ap/Ac≧K 式中：Ap為容屑槽的有效面積，Ap=∏h2/4;算得Ap=9.6；Ac=afL=1.75。 最終算得Ap/Ac=5.48〉K 3）校驗容屑條件 取ac=2af,取K=4，計算 H=1.13(k.ac.l)1/2=2.5mm已選定的容屑槽深度，合格 4）分屑槽 為了便于卷屑和容屑、減少切削力、改善已加工表面質量，應在拉刀前后刀 齒上交錯地磨出分屑槽。 設計分屑槽時應該注意以下幾點： ① 分屑槽的深度必須大于齒升量，即h>af,否則不起分屑作用。 ② 為了使分屑槽上兩側的切削刃也有足夠的后角，槽底后角應大于拉刀 刀齒后角，取為α0+2。 ③ 分屑槽的數目nk應保證切削寬度不太大，便于卷曲成為較緊的切屑， 有利于容納在容屑槽內。當拉刀直徑d0>50mm時： nk=∏d0/(0.5～1.0) d01/2=28 便于測量拉刀直徑，分屑槽數目一般取偶數。 ④ 在拉刀最后1個～2個精切齒上，由于齒升量很小，切屑較少，可以 不作分屑槽，以保證加工表面質量。 ⑤ 加工鑄鐵等脆性材料時，由于切屑呈崩碎狀態(tài)，不需磨出分屑槽。 分屑槽位置：應前后齒錯開。 根據表4-17,每個刀齒的分屑槽數nk=b/5-10（取小值） 當b=8時，s=2.5，bc=1.0，nc=0.5。拉刀前導部、后導部、柄部的結構尺寸 圖3 矩形花鍵拉刀前導部的尺寸：l3=L=20,l1一般取10mm、15mm、20mm,D3=前一根拉刀校準直徑減0.02mm,公差為-0.02mm,a=5mm～10mm,d3=已加工內花鍵的名義底徑減0.5，其公差按最大選取，b1=刃部鍵寬減0.02mm,偏差取f7。 拉刀后導部的尺寸：l4=(0.5～0.7)L；D4等于校準齒直徑減0.05mm,偏差為-0.02；b4=刃部鍵寬或減去0.02mm。 5）校準部 前角γo校=5o，后角αo校=1o，齒距t校=（0.6-0.8）t=4.8-6.4mm，取t校=6mm 根據表4-23查得齒數Z校=4-5個，取Z校=4個 最后一個精切齒及校準齒直徑應按下式確定：D校=Dmaxδ，其中δ為孔的變形量。 拉刀校準部長度l校=t校Z校=64=24mm 6）柄部 根據表4-25查矩形花鍵拉刀柄部尺寸為： 圖4 D1=24.75mm，D＇=29h13mm，D2=35mm，l1=23.5mm，l＇=12.5mm，l＇＇=18h13mm，c=8mm σb=35kg/mm2時刀茗強度允許拉力為23100kg。 7）頸部及過度錐 拉刀頸部長度按下式計算：l2≥m+B+A-l3＇mm L3=10mm, l3＇=5mm L1＇公式：L1＇=l1+l2+l3＇+l3，其中l(wèi)3＇為拉刀進入卡頭部分的長度，l3為前導部長度。 8）前導部、后導部和尾部 前導部主要起導向和定心作用，故應和予制孔形狀相同。根據表4-31及4-32： 前導部： 圖5 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=（0.75-0.1）l 5、a=5-10mm 后導部： 圖7 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。 9）拉刀總長度 L=L1＇+l切+l校+l后+l尾，拉刀直徑為52mm，據表5-20，花鍵拉刀允許的最大總長度Lmax=1600mm。 10）拉刀強度校檢 ① 拉削力計算 拉削力的計算公式為： Fc=Fc∑bDZeKγKαKδKw（kg）， 式中：Fc’為切削刃單位長度上的切削力（N/mm2），見表5-13；∑bD為總切削寬度；查表得：Fc=177 （N/mm2） 根據表4-34，F(xiàn)max=P＇nbZe（kg）， 式中：P＇—單位長度切削刃上的拉削力（kg/mm），根據表4-35查得P＇=28.5（kg/mm） Ze—最大同時工作齒數，Ze=4 n—花鍵鍵數，n=8 b—鍵寬，b=8mm 因此Fmax=28.5884=7296（kg/mm） ② 拉刀強度校驗 校驗公式：σ=Fmax/Amin≤[σ] 式中：Fmax—由表4-34中相應公式計算得。 Amin—拉刀危險截面面積。拉刀的危險斷面可能在柄部，也可能在第一個切削齒容屑槽中（mm2） [σ]—拉刀材料允許的拉應力，表4-36查得[σ]=35-40（kg/mm2） 柄部D=29mm，A=660.185mm2，所以σ=Fmax/Amin=7296/660.185=11.05≤[σ] 2.3 刀具的全部計算（包括計算公式和計算結果） 表3 已知條件：1、花鍵孔尺寸： 外徑：De=φ14H10 內徑：D=φ11H7 鍵寬：b=3H9 鍵數：n=6 2、拉削長度：L=15mm 3、工件材料：球墨鑄鐵800-2，硬度為HBS250 4、預制孔直徑：Do=10mm 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 W18Cr4V 2 齒升量 af 查表4-6 af=0.05mm 3 齒距 t t校 按表4-12 t校=（0.6-0.8）t t=6mm t校=5 4 同時工作齒數 Ze Ze=（l/t）+1 Ze=3.5 5 拉削余量切削順序 根據表4-39 加工順序為：1、圓孔 2、花鍵 圓孔齒部分的設計計算 6 圓孔校準齒直徑 D圓校 D圓校=D圓校-δ 由表4-24查得δ=0 0.001 D圓校=11.025mm 7 圓孔拉削余量 A圓 A圓=D圓校-Domin A圓=11.205-10 =0.205mm 8 圓形切削齒齒數 Z圓 Z圓=（A圓/2af）+（3-5） Z圓=8.15 取Z圓=8齒 9 圓形齒部分長度 l圓切 l圓切=tZ圓 l圓切=106=60mm 10 圓形校準齒齒數 Z圓校 查表4-23 Z圓校=7 11 圓形校準部分長度 l圓校 l圓校=t校Z圓校 l圓校=511 =55mm 12 圓形齒部分總長 l圓 l圓=l圓切+l圓校 l圓=115mm 花鍵齒部分的計算 13 第一個花鍵齒直徑 D花1 D花1=d2-0.1 D花1=14.026-0.1 =13.926mm 14 花鍵校準齒直徑 D花校 D花校=Demax-δ 查表4-24，δ=0.01 0.001 D花校=14.026-0.01 =14.016mm 15 花鍵拉削余量 A花 A花=D花校-D花1 A花=14.026-11 =3.026mm 16 花鍵切削齒齒數 Z花切 Z花切=（A花/2af）+（3-5） Z花切=29.2 取Z花切=29 17 花鍵切削部分長度 l花切 l花切=tZ花切 l花切=631=186mm 18 花鍵校準齒齒數 Z花校 由表4-23 取Z花校=4 19 花鍵校準部分長度 l花校 l花校=t校Z花校 l花校=64=24mm 20 花鍵齒部分總長 l花 l花=l花切+l花校 l花=24+186=210mm 21 花鍵齒廓形尺寸 花鍵齒寬度 棱面寬度 副偏角 b f Kr＇ b=Bmax-δ，公差取-0.015 f=0.8-1 表4-40 b=3.031 f=0.80.2mm Kr＇=1o30＇ 其他部分計算 22 容屑溝尺寸 h r g 由表4-8選取 h=2.5 r=1.3 g=2 23 校準齒容屑溝尺寸 h校 r校 g校 由表4-8選取 h校=2 r校=1 g校=2 24 分屑槽 倒角齒和花鍵齒按表4-19尺寸交錯開分屑槽 25 前導部尺寸 d3 l3 d3=Domin，偏差按d9 l3=l d3=12.75 l3=20mm 26 后導部尺寸 d4 l4 d4=D花校-0.05，偏差啊-0.2 l4=（0.5-0.7）l d4=12.7-0.2 l4=10mm 27 切削角度和刃帶寬 γo ba 查表4-9 查表4-10 查表4-10 各個刀具γo=15o 切削齒αo=3o30‘ 標準齒αo=1o15‘ 切削齒ba=0.05-0.15mm 標準齒ba=0.7mm 28 過渡錐長度 l3’ l3’=10-20 取l3’=10mm 29 柄部尺寸 D1 D＇ l＇ l＇＇ l１ c 查表4-25 D1=12.3mm D＇=80.34mm l＇=20mm l＇＇=32mm l１=90mm c=8mm 30 頸部長度 l2=m+B+A-l3＇，m=15mm B、A見表4-30 l2=24.75mm 31 由柄部前端到第一個切削齒的距離 L1＇ L1＇＝l1+l2+l3＇+l3 L1＇＝ 137.5 32 拉刀總長 L L=L1＇+l倒+l圓+l花+l4 L=540mm 2.4 對技術條件的說明 2.4.1 拉刀各部分的表面粗糙度 表4 部 位 Ra 刃帶 0.4 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? 1.6 容屑溝底及齒背，頸部 3.2 花鍵刀齒底徑 12.5 2.4.2 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：0.020 （3）精切齒外圓直徑偏差按-0.01mm （4）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-0.009mm （5）矩形花鍵拉刀其他尺寸偏差 ① 鍵寬偏差：根據工件鍵寬的精度確定，可再-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；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：－0.02mm 2.4.3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 0.05－0.08 0.025 0.025 ②精切齒及校準齒齒高偏差?。?.015mm ③刀體側面和底面不直度偏差：鍵寬為3－12mm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 ⑦ 鍵齒對刀體中心不對稱的在鍵寬公差以內 2.4.4拉刀其他部分長度偏差 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校準部分長度偏差取1mm。 ④柄部長度取偏差取1mm。 ⑤前導部，后導部長度偏差取1mm。 ⑥容屑槽深偏差：當h<4mm時，取0.3mm。 3.參考文獻 [1] 許先緒.《非標準刀具設計手冊》.北京：機械工業(yè)出版社.1992 [2] 劉華明.《刀具課程設計指導書》.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學.1981 [3] 陳錫渠、彭曉南.《金屬切削原理與刀具》.北京：北京大學出版社.2006 [4] 陸劍中、孫家寧.《金屬切削原理與刀具》.北京：機械工業(yè)出版社.2006 [5] 樂兌謙.《金屬切削刀具》.北京：機械工業(yè)出版社.2001 [6] 武文革、辛志杰 《金屬切削原理及刀具》北京：國防工業(yè)出版社，2009 [7] 龐學慧、武文革. 《互換性與測量技術基礎》.北京：國防工業(yè)出版社. [8] 袁哲俊、劉華明. 《金屬切削刀具設計手冊——拉刀》. 北京：機械工業(yè)出版社.2009