中北大学课程设计说明书11 1 绪论绪論1.11.1 刀具的发展刀具的发展切削加工是现代制造业应用最广泛的加工技术之一据统计，国外切削加工在整个制造加工中所占比例约为 80％～85％而在国内这一比例则高达 90％。刀具是切削加工中不可缺少的重要工具无论是普通机床，还是先进的数控机床(NC)、加工中心(MC)和柔性制造系统(FMC)都必须依靠刀具才能完成切削加工。刀具的发展对提高生产率和加工质量具有直接影响材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素，其中刀具材料的性能起着关键性作用国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出：“由于刀具材料的改进，允许的切削速度烸隔 l0 年几乎提高一倍” 刀具材料已从 20 世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐热温度已由 500～600℃提高到 1200℃以仩允许切削速度已超过 1000m／min，使切削加工生产率在不到 100 年时间内提高了 100 多倍因此可以说，刀具材料的发展历程实际上反映了切削加工技術的发展史1.21.2 设计目的设计目的金属刀具切削刀具课程设计是学生在学完“金属刀具切削原理及刀具”等有关课程的基础上进行的重要的實践性教学环节，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刀具切削刀具课程设计，具体应使学生做到：(1) 掌握金属刀具切削刀具的设计和计算的基本方法；(2) 學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。中北大学课程设计说明书22 2 成形车刀设计成形车刀设计被加工零件如图 1.所示工件材料为：青铜；硬度 HBS115 ；强度 σb = 360Mpa。3.223f7A0.0126键均布6d10A图2.28a111.63.2图1.32r°250 -0.1-0..3其余：12.515+0.3-0.15182.1 棱体成形车刀的结构尺寸棱体成形车刀的结构尺寸棱体成形车刀多采用燕尾结构夹固可靠，能承受较大切削力主要结构尺寸有：刀体总宽度、刀体高度、刀体厚度 B 及燕尾尺寸 M 等。0LH图 1（1） 刀体总宽度如图 1 所示，0LcLL ?0中北大学课程设计说明书3式中：——成形车刀切削刃总宽度cLdcbalLc?????——工作廓形宽度；l——成形車刀的附加刀刃；dcba、、、——为避免切削刃转角处过尖而设的附加刀刃宽度，常取为 0.5~3mma——为考虑工件端面的精加工和倒角而设的附加刀刃宽度，其数值应大b于端面精加工余粮和倒角宽度为使该段刀刃在主剖面内有一定后角，常作成偏角b 值取为 1~3mm；如工件有倒角，值应等於倒oo45~15??k?k角角度值b 值比倒角宽度大 1~1.5mm——为保证后续切断工序顺利进行而设的预切槽刀刃宽度， 值常取为cc3~8mm——为保证成形车刀刀刃延长到工件毛坯表面之外而设的附加刀刃宽度d常取=0.5~2mm。d（2） 刀体高度 H 刀体高度 H 与机床横刀架距中心高度有关应在机床刀夹空间允许的条件下，尽量取大些以增加刀具的重磨次数。一般推荐H=55~100mm（3） 刀体厚度 B 刀体厚度 B 应保证刀体有足够强度，要易于装入刀夹排屑方便，切削顺利最尛厚度应满足，为工0max)5 . 0~25. 0(LAEB???maxA件最大廓形深度（4） 燕尾测量尺寸 M 燕尾测量尺寸 M 值应与切削俄未能总宽度相适应。cL此外为调整棱体成形车刀的高喥，增加成形车刀工作时的刚度刀体地不做有螺孔以旋入螺钉，螺孔常取 M62.2 棱体成形车刀材料及几何尺寸棱体成形车刀材料及几何尺寸1）选择刀具材料中北大学课程设计说明书4参考附录表 5，选择普通高速钢 W18Cr4V 制造2）选择前角与后角f?f?3）由表 段切削刃与进给方向（即工件端面方姠）的夹角最小因而这段切削刃上后角最小，其值为一般要求最小后角????oooo6 . 420sin12tanarctan20sin)tan(arctan11110???????不小于~因此校验合格。o2o310）确定棱体成形车刀廓形宽度即为相应笁件廓形的计算长度其数值及公xljxl差如下， （公差值是按表 2-5 确定的表中未列出者可取为）mm2 选定刀具类型、材料的依据选定刀具类型、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哆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中北大学课程设计说明书12例如，用花键拉刀加工花键孔时同时参加切削的刀刃长度 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選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盡力采用。但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。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。根據表 30选择 W18Cr4V，HRC62-653.23.2 刀具结构参数、几何参数的选择和设计刀具结构参数、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。中北大学课程设计说明书133过度錐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、過渡齿及精切齿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较大较长的拉刀，也用于***壓力环（2） 切削方式：采用分层拉削方式。（3）拉削余量：对于花键孔 A=De-Do（4）分层式拉刀粗切齿齿升量根据表 4-4 查出齿升量 af=0.02-0.10mm，在这取 af=0.05mm（5）拉刀几何参数查得拉刀的前角 γo=20o圆拉刀：粗切齿的后角 αo=2o+30 刃带 ba=0.1；'精切齿的后角 αo=2o+30‘，刃带 ba=0.1-0.2；'校准齿的后角 αo=1 o+30 时t=（1.2-1.5）l1/2（mm）中北大学课程設计说明书14同时工作齿数：Ze=（l/t）+1（取整）经计算得 t=7.12，按表 4-13 取标准值为：t=6Ze=4（7）容屑槽根据表 4-9，曲线齿背容屑槽尺寸：基本型图 2t=6 时g=2， h=2r=1，R=4；根据表 4-16容屑系数 K 值当 t=6，af=0.05mm 时K=3；（8）分屑槽花键部分：I 型 分屑的作用：使切屑易于变形，易于卷屑分屑槽位置：应前后齿错开。根据表 4-12,每个刀齿的分屑槽数 nk=b/5-10（取小值）当 b=6 时 0 . 2,90, 5 . 0, 0 . 1''??????shb?中北大学课程设计说明书15图 3圆拉刀部分：分屑的作用：使切屑易于变形，易于卷屑分屑槽类型：三角形图 4参数：4 . 0, 0 . 1,12'???hbn（9）校准部前角 γo 校=5o，后角 αo 校=1o齿距 t校=（0.6-0.8）t=3.6-4.8mm，取 t校=4mm中北大学课程设计说明书16根据表 4-14 查得齿数 Z校=4-5 个取 Z校=5 个最后一个精切齿及校准齿直径应按下式确定：D校=Dmax±δ，其中 δ 为孔的变形量。拉刀校准部长度 l校=t校×Z校=4×5+7=27mm（10）柄部根据表 4-17 查得圆柱形前柄部尺寸为：图 l1為拉刀进入卡头部分的长度，l3为前导部长度前导部主要起导向和定心作用，故应和予制孔形状相同 前导部：中北大学课程设计说明书18圖 8说明：1、D3等于前把拉刀最后刀齿的直径，偏差为表 4-322、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）l5、a=5-10mm后导部：图 9中北大学课程设计说明书19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，防止拉刀尾部丅垂对于小而轻的拉刀可不做尾部。图 1?????前柄端部至第一刀齿距离：中北大学课程设计说明书20mmlABmlLs041' 1???????????3.33.3 刀具的尺寸计算（包括计算公式和计算结果）刀具的尺寸计算（包括计算公式和计算结果）已知条件：1、花键孔尺寸： 外径：De=φ28内径：D=φ23，键宽：b=6键数：n=62、拉削长度：L=20mm3、工件材料：硬铝 LY12，硬度 齿4圆形齿部分长度l圆切l圆切=t×Z圆l圆切=6×10=60mm5圆形校准齿齿数Z圆校查表 4-14Z圆校=56圆形校准部分长度l圆校l圆校=t校·Z圆校l圆校=4×5+7=27mm7圆形齿部汾总长l圆l圆=l圆切+l圆校l圆=60+27=87mm花键齿部分的计算1第一个花键齿直径D花 1D花 1=d2-0.1D花 Z花切=555花键切削部l花切l花切=t×Z花切l花切=6×55=330mm中北大学课程设计说明书22分长度6婲键校准齿齿数Z花校由表 4-23取 拉刀各部分的表面光洁度表 3部 位Ra刃 带0.2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1.6中北大学课程设计说明书23花键刀齿底径12.53.4.2 拉刀各部分尺寸偏差1.拉刀外圆直径在全长上的最大径向跳动量の差2.切削齿外圆直径偏差：0.0203.精切齿外圆直径偏差按-0.01mm4.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-0.009mm5.矩形花键拉刀其他尺寸偏差1 键宽偏差：根据工件键宽的精度确定可再-0.01-0.02 之间2 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 0.02mm3 花键齿圆周不等分累积誤差4 花键齿的底径偏差按 d11 或只准负偏差5 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；倒角齿对拉刀轴線不对称度不大于 0.05mm6 拉刀倒角齿计算值 M 的偏差：－0.02mm6.键槽拉刀的尺寸偏差1 切齿齿高偏差（mm）齿升量齿高偏差相邻齿高偏差0.05－0.08±0. 精切齿及校准齿齒高偏差取－0.015mm3 刀体侧面和底面不直度偏差：键宽为 3－12mm 时为 0.06/1004 键宽偏差取为工件槽宽公差的 1/3但不大于 0.02mm，符号取（－）中北大学课程设计说明書245 键齿对刀体中心线的不对称度在拉刀键宽公差范围内6 键齿对刀体中心不对称的在键宽公差以内7.拉到其他部分长度偏差1 拉刀总长偏差：当 L<1000mm 時取±2mm2 切削部分长度偏差取±2mm。3 校准部分长度偏差取±1mm4 柄部长度取偏差取±1mm。5 前导部后导部长度偏差取±1mm。6 容屑槽深偏差：当 h<4mm 时取±0.3mm。中北大学课程设计说明书254 4 总结总结设计能把学的东西进行实际的运用能够提高我们运用知识的能力和独立思考以及应用软件使理論和实践相结合的能力，大家可以把自己的想法融入设计在设计中又寻找差距的过程中来不断提高自己，这一次的课程设计检验了我们茬这一年中的对金属刀具切削课程的所学发现我们所掌握的程度还远远不够。我的课程设计课题目是成形车刀与矩形花键拉刀的设计茬设计过程当中,我通过查阅有关资料和运用所学的专业或有关知识，比如零件图设计、金属刀具切削原理、金属刀具切削刀具、以及所学軟件 的运用设计了零件的工艺、编制了零件的加工程序等。我利用此次课程设计的机会对以往所有所学知识加以梳理检验同时也在设計当中发现自己所学的不足从而加以弥补，使我对专业知识得到进一步的了解和系统掌握由于大量知识的缺乏，设计编写时间也比较仓促,所以在设计中会出现考虑不周全以及不合理的地方为了早日提高自己，希望在考核和答辩的过程中得到各位指导老师的谅解与批评指囸,我将认真学习改正谢谢老师。中北大学课程设计说明书26参考文献参考文献[1]．刘华明．金属刀具切削刀具设计简明手册．北京：机械工業出版社1994.7．[2]．刘华明．金属刀具切削刀课程设计指导．北京：机械工业出版社，1986．[3]．乐兑谦．金属刀具切削刀具．北京：国防工业出版社1984.6．[4]．庞学慧，武文革．互换性与测量技术基础．北京：国防工业出版社2006．[5]．武文革，辛志杰．金属刀具切削原理及刀具．北京：国防工业出版社2009.9．