1、拉刀铣刀设计说明书一、金属切削刀具课程设计的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。二、设计内容和要求完成矩形花键铣刀、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
2、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。具体设计要求见附页。三、拉刀的设计（一）选定刀具类型和材料的依据 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
3、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，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
4、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。（二）刀具结构参数、几何参数的选择和设计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
5、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 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
6、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拉刀刀齿的几何参数有：切削齿前角0，校准齿前角0g，切削齿后角0，校准齿后角0g，齿距p，容屑槽深h，齿厚g，刃带宽ba1。拉刀刀齿的主要稽核参数前角、后角和刃带宽数值的大小主要取决于工件材料和拉刀的结构形式。参照表5-5，各种花键拉刀，工件材料为45号钢，硬度为HBS190229,故常用的材料的拉刀几何参数为：拉刀形式工件材料前角0后角0刃带宽ba1粗切齿精切齿校准齿切削齿校准齿粗切齿精切齿校准齿各种花键拉刀钢硬度22915152
7、.540.51.500.050.10.150.30.6 4分层式拉刀粗切齿齿升量 根据表4-6查出当硬度为HRC62-65时，齿升量af=0.05-0.08mm，在这取af=0.06mm。 5 拉刀几何参数 根据表4-9，查得拉刀的前角o=16-18o 根据表4-10，查得粗切齿的后角o=3o+30，刃带ba=0.05-0.15；精切齿的后角o=2o15，刃带ba=0.05-0.15；校准齿的后角o=1o15，刃带ba=0.7。6拉刀容屑槽及分屑槽的尺寸拉刀的齿距和同时工作 拉刀切削部的齿距是拉刀的重要设要素。其影响如下：（1）齿距过大，则拉刀过长，不仅制造成本高，拉削生产率也低；齿距过大，同
8、时工作齿数太少，拉削过程不平稳，影响拉削加工表面质量。（2）齿距过小，容屑空间也小，切削容易堵塞；齿距过小，同时工作齿数会过多，切削力就增大，可能导致拉刀折断及机床超载；齿距过小，还会给刃磨带来困难，砂轮切入时有与相邻刀齿碰撞的危险。 计算齿距的经验公式： P=(1.251.5)L1/2=7.48.87,取p=8.0工作齿数可按下式计算： Ze=L/p+(0.11)=4.4以上计算所得齿距p值，经过对容屑系数、拉刀强度及拉床拉力验算后，还需进行修正，最后参照表5-7得，齿距p=8.5,同时工作齿数Ze=4。7容屑槽（1）计算齿距 粗切齿齿距Pr据式（22-3）计算，并参照附表22-3取接近的标
9、准值 Pr=(1.251.75)L1/2=10mm过渡齿齿距: Pg= Pr=P10=10mm精切齿齿距：Pj=(0.60.8) Pr=7mm标准齿齿距 Pji计算：Fji=(0.60.8)Pr=7mm（2）选取容屑槽形状及尺寸容屑槽是形成刀齿的前刀面和容纳切屑的环状或螺旋状沟槽。环形齿拉刀的拉削属于封闭容屑槽形式；螺旋齿拉刀的拉削属于半封闭容屑形式。切削容纳在拉刀的容屑槽中，如果容屑空间不够大，切屑会在槽内挤塞，影响加工表面质量，严重的还会使刀齿崩刃或拉断拉刀。参照表5-8，选用直线齿背型容屑槽型。 根据表4-14，直线齿背容屑槽尺寸：容屑槽尺寸按下列公式计算： h=(0.30.4) p g
10、=(0.30.35)p R=(0.650.7)p r=(0.50.6)h经过计算得：h=2.553.4,g=2.552.975.R=5.5255.95,r=0.7652.04。参照表5-9，初步选h=3.5,r=1.7容屑槽尺寸的最后确定，须校验其是否有足够的容屑空间，即容屑槽的有效容积必须大于切屑体积，即VpVc，若忽略切削宽度方向的变形，即是要求上述体积可近似用拉刀轴剖面中的面积Ap和Ac来表示，二者的比值为容屑系数K，有： Ap/AcK式中：Ap为容屑槽的有效面积，Ap=h2/4;算得Ap=9.6；Ac=afL=1.75。最终算得Ap/Ac=5.48K（3）校验容屑条件取ac=2af,取
11、K=4，计算H=1.13(k.ac.l)1/2=3.4mmaf,否则不起分屑作用。2 为了使分屑槽上两侧的切削刃也有足够的后角，槽底后角应大于拉刀刀齿后角，取为0+2。3 分屑槽的数目nk应保证切削宽度不太大，便于卷曲成为较紧的切屑，有利于容纳在容屑槽内。当拉刀直径d050mm时： nk=d0/(0.51.0) d01/2=28便于测量拉刀直径，分屑槽数目一般取偶数。4 在拉刀最后1个2个精切齿上，由于齿升量很小，切屑较少，可以不作分屑槽，以保证加工表面质量。5 加工铸铁等脆性材料时，由于切屑呈崩碎状态，不需磨出分屑槽。分屑槽位置：应前后齿错开。根据表4-17,每个刀齿的分屑槽数nk=b/5-
12、10（取小值） 当b=8时，s=2.5，bc=1.0，nc=0.5。拉刀前导部、后导部、柄部的结构尺寸矩形花键拉刀前导部的尺寸：l3=L=35,l1一般取10mm、15mm、20mm,D3=前一根拉刀校准直径减0.02mm,公差为-0.02mm,a=5mm10mm,d3=已加工内花键的名义底径减0.5，其公差按最大选取，b1=刃部键宽减0.02mm,偏差取f7。拉刀后导部的尺寸：l4=(0.50.7)L；D4等于校准齿直径减0.05mm,偏差为-0.02；b4=刃部键宽或减去0.02mm。（5）校准部 前角o校=5o，后角o校=1o，齿距t校=（0.6-0.8）t=4.8-6.4mm，取t校=
13、6.5mm 根据表4-23查得齿数Z校=4-5个，取Z校=4个 最后一个精切齿及校准齿直径应按下式确定：D校=Dmax，其中为孔的变形量。 拉刀校准部长度l校=t校Z校=6.54=26mm （6）柄部 根据表4-25查矩形花键拉刀柄部尺寸为：图4 D1=36mm，D=29h13mm，D2=35mm，l1=90mm，l=20mm，l=32h13mm，c=8mm b=35kg/mm2时刀茗强度允许拉力为23100kg。 （7）颈部及过度锥 拉刀颈部长度按下式计算：l2m+B+A-l3mm式中：B-机床床壁厚度，根据表4-30查得机床型号L6120，B=75mm A-花盘法兰厚度，根据表4-30查得
14、机床型号L6120，A=35mm m-卡头与机床床壁间隙，可取m=10-20mm，在这取15mm l3-过渡锥长度，一般l3=10-20mm，在这取15mm 因此求得l2110mm。图5 图中：床壁孔径200mm，B=75mm，花盘孔径150mm，a=75mm，A=35mm拉刀颈部直径D2可比柄部直径D1小0.3-1mm，也可以取颈部与柄部直径相同，以便于一次磨出。 L1公式：L1=l1+l2+l3+l3，其中l1为拉刀进入卡头部分的长度，l3为前导部长度。 （8）前导部、后导部和尾部 前导部主要起导向和定心作用，故应和予制孔形状相同。根据表4-31及4-32： 前导部：说明：1、D3等于前把
15、拉刀最后刀齿的直径，偏差为表4-32。 2、d3等于加工的花键孔最小内径减0.5mm，只准许负偏差。 3、b3等于前一把拉刀花键齿宽减0.02mm。 4、l3=（0.75-0.1）l 5、a=5-10mm后导部：图7说明：1、d4等于拉刀花键齿最大外径减0.05mm，偏差取-0.2mm。 2、b4等于或小于0.02mm切削辞键宽。 当拉削孔内有空刀槽时，后导部长度按下式计算：l后=l+c+（5-10）mm，式中：l为空刀槽宽度，c为前端拉削长度。 尾部在拉刀工作时支撑在拉床托架上，防止拉刀尾部下垂，对于小而轻的拉刀可不做尾部。 （9）拉刀总长度 L=L1+l切+l校+l后+l尾，拉刀直径为52
16、mm，据表5-20，花键拉刀允许的最大总长度Lmax=1600mm。 （10）拉刀强度校检 拉削力计算 拉削力的计算公式为： Fc=FcbDZeKKKKw（kg），式中：Fc为切削刃单位长度上的切削力（N/mm2），见表5-13；bD为总切削宽度；查表得：Fc=177 （N/mm2）根据表4-34，Fmax=PnbZe（kg）， 式中：P单位长度切削刃上的拉削力（kg/mm），根据表4-35查得P=28.5（kg/mm）Ze最大同时工作齿数，Ze=4 n花键键数，n=8 b键宽，b=8mm因此Fmax=28.5884=7296（kg/mm） 拉刀强度校验 校验公式：=Fmax/Amin 式中：
17、Fmax由表4-34中相应公式计算得。 Amin拉刀危险截面面积。拉刀的危险断面可能在柄部，也可能在第一个切削齿容屑槽中（mm2） 拉刀材料允许的拉应力，表4-36查得=35-40（kg/mm2）柄部D=29mm，A=660.185mm2，所以=Fmax/Amin=7296/660.185=11.05（三） 刀具的全部计算（包括计算公式和计算结果）表3已知条件：1、花键孔尺寸： 外径：De=46H10（60+0.120） 内径：D=52H7（52+0.030） 键宽：b=10H9（10+0.036） 倒角：c45o c=0.3 键数：n=8 2、拉削长度：L=70mm 3、工件材料：45，硬度
18、HBS175 4、预制孔直径：Do=52-0.20mm 5、拉床型号：L6120序号项目符号计算公式或选取方法计算精度计算举例1拉刀材料W18Cr4V2齿升量af查表4-6af=0.06mm3齿距tt校按表4-12t校=（0.6-0.8）tt=7.12mm取t=8mm，t校=6.54同时工作齿数ZeZe=（l/t）+1Ze=45拉削余量切削顺序根据表4-39确定为IIIb型加工顺序为：1、倒角 2、圆孔 3、花键6倒角齿侧量值M按表4-42公式b1=b+2fsin1=b1/dmax按表4-41，取=45ox=90o-1M=（dmaxcosx）/20.00010.0010.01b1=10.036
19、+0.6=10.636sin1=0.2054971=11.79 ox=90o-45o-11.79 o =33.21 oM=21.77 mm7倒角与键侧交点的直径dBdB=bmin/sinB而tgB=bmin/2HOHO=（2M-bmincos）/2sin（表4-42）0.01HO=20.849tgB=0.2398，B=13.48533dB=52.918mm8最后一个倒角齿余量d2d2=dB+（0.3-0.6）（表4-42）d2=52.918+（0.3-0.6）=52.918+0.4=53.318mm9倒角齿切削余量A倒A倒=d2-DominA倒=53.318-52=1.31810倒角齿齿数Z倒
20、Z倒=A倒/2af因第一个切削齿无齿升量，故实际Z倒应加一齿整数Z倒=1.318/0.12=10.99取Z倒=11而实际d2=53.318mm实际Z倒=12齿11倒角齿部分的长度l倒l倒=tZ倒最后一个齿距取12mml倒=812+12=108mm圆孔齿部分的设计计算12圆孔校准齿直径D圆校D圆校=D圆校-由表4-24查得=00.001D圆校=52.030mm13圆孔拉削余量A圆A圆=D圆校-DominA圆=52.030-51.8 =0.23mm14圆形切削齿齿数Z圆Z圆=（A圆/2af）+（3-5）Z圆=5.9166取Z圆=6齿15圆形齿部分长度l圆切l圆切=tZ圆l圆切=86=48mm16圆
21、形校准齿齿数Z圆校查表4-23Z圆校=317圆形校准部分长度l圆校l圆校=t校Z圆校l圆校=6.52+12 =25mm18圆形齿部分总长l圆l圆=l圆切+l圆校l圆=48+25=73mm花键齿部分的计算19第一个花键齿直径D花1D花1=d2-0.1D花1=53.318-0.1 =53.218mm20花键校准齿直径D花校D花校=Demax-查表4-24，=0.010.001D花校=60.120-0.01 =60.02mm21花键拉削余量A花A花=D花校-D花1A花=60.02-53.218 =6.802mm22花键切削齿齿数Z花切Z花切=（A花/2af）+（3-5）Z花切=56.68+3取Z花切
22、=6023花键切削部分长度l花切l花切=tZ花切l花切=860=480mm24花键校准齿齿数Z花校由表4-23取Z花校=425花键校准部分长度l花校l花校=t校Z花校l花校=6.54=26mm26花键齿部分总长l花l花=l花切+l花校l花=26+480=506mm27花键齿廓形尺寸花键齿宽度棱面宽度副偏角bfKrb=Bmax-，公差取-0.015f=0.8-1表4-40b=10.031f=0.80.2mmKr=1o30其他部分计算28容屑沟尺寸hrg由表4-14选取h=3.5r=1.7g=2.529校准齿容屑沟尺寸h校r校g校由表4-14选取h校=3r校=1g校=230分屑槽倒角齿和花键齿按表
23、4-19尺寸交错开分屑槽31前导部尺寸d3l3d3=Domin，偏差按d9l3=ld3=51.8l3=30mm32后导部尺寸d4l4d4=D花校-0.05，偏差啊-0.2l4=（0.5-0.7）ld4=60.02-0.2l4=20mm33切削角度和刃带宽oba查表4-9查表4-10查表4-10各个刀具o=15o切削齿o=3o30标准齿o=1o15切削齿ba=0.05-0.15mm标准齿ba=0.7mm34过渡锥长度l3l3=10-20取l3=15mm35柄部尺寸D1Dlllc查表4-25D1=36mmD=29-0.34mml=20mml=32mml=90mmc=8mm36颈部长度l2=m+B+
24、A-l3，m=15mmB、A见表4-30B=75mm，A=35mml2=110mm37由柄部前端到第一个切削齿的距离L1L1l1+l2+l3+l3L190+110+15+30=24538拉刀总长LL=L1+l倒+l圆+l花+l4L=952mm（四） 对技术条件的说明1 拉刀各部分的表面光洁度表3部 位Ra刃带0.4前后刀面；前后导部；各种花键拉刀齿形表面0.8柄部；过渡锥；矩形花键拉刀表面侧隙面1.6容屑沟底及齿背，颈部3.2花键刀齿底径12.5（1）4.2 拉刀各部分尺寸偏差（2）拉刀外圆直径在全长上的最大径向跳动量之差（3）切削齿外圆直径偏差：0.020（4）精切齿外圆直径偏差按-0.01
25、mm（5）校准齿外圆直径偏差（包括与校准齿直径相同的精切齿），查得-0.009mm（6）矩形花键拉刀其他尺寸偏差 键宽偏差：根据工件键宽的精度确定，可再-0.01-0.02之间 花键齿圆周相邻齿距误差，应小于拉刀键宽偏差，但不得大于0.02mm 花键齿圆周不等分累积误差 花键齿的底径偏差按d11或只准负偏差 花键齿两侧面的不平行度，螺旋度及键齿对拉刀轴线不对称度在键宽公差范围内；倒角齿对拉刀轴线不对称度不大于0.05mm 拉刀倒角齿计算值M的偏差：0.02mm2键槽拉刀的尺寸偏差 切齿齿高偏差（mm）齿升量齿高偏差相邻齿高偏差0.050.080.0250.025 精切齿及校准齿齿高偏差取0.0
26、15mm 刀体侧面和底面不直度偏差：键宽为312mm时为0.06/100 键宽偏差取为工件槽宽公差的1/3，但不大于0.02mm，符号取（） 键齿对刀体中心线的不对称度在拉刀键宽公差范围内 键齿对刀体中心不对称的在键宽公差以内3拉到其他部分长度偏差 拉刀总长偏差：当L1000mm时取2mm。 切削部分长度偏差取2mm。 校准部分长度偏差取1mm。 柄部长度取偏差取1mm。 前导部，后导部长度偏差取1mm。 容屑槽深偏差：当h4mm时，取0.3mm。四、铣刀的设计（一） 齿形的设计计算1.前角为零时，工件法剖面截形就是铣刀的齿形。2.前脚大于零时 铣刀有了前角以后，其刀齿在径向截面的齿形和前刀面
27、上的齿形，就与工件法剖面的截形不同了。设f为铣刀外圆处的纵向前角，当f较大时，铣刀径向截面和前刀面上的齿形需进行修正计算。 下图所示的是工件齿形和铣刀齿形得关系，其中（b）为给定的工件齿形；（c）为铣刀径向截面应具有的齿形，即铲刀应具有的齿形；（d)为铣刀前刀面的齿形，即样板应具有的齿形。图8（二）结构参数的选择及计算1.铣刀齿形高度h 设被切工件成形部分高度为hw，则成形铣刀齿形高度应为： hhw（12）mm2.铣刀宽度B 设被切工件阔形宽度为Bw，则铣刀宽度B可取为稍大于B。3.容屑槽底形式 铲齿成形铣刀容屑槽底形式通常有两种，即平地形式和中间有凸起或槽底倾斜的加强形式。在铲削深度较小和刀齿强度足够的情况下，应采用平底形式。在铣削深度较大时，宜采用加强形式。4.铣刀的孔径d 铣刀的孔径d应根据铣削宽度和工作条件选取，可以按刚度，强度条件计算，也可根据生产经验选取。5.铣刀的外径do 对于平底形式的容屑槽，铣刀外径可按下面公式计算：dod+2m2H式中：d铣刀孔径 m壁厚，一般取（0.30.5）d H全齿高 由于全齿高的计算又需依据外径do，因此，用上式直接计算铣刀外径是困难的，我国一些工厂采用下式估算铣刀外径： do（22.2）d2.
