矩形花键拉刀课程设计
矩形花键拉刀课程设计
目录
1.前言 (3)
2.矩形花键拉刀 (5)
2.1花键孔尺寸 (5)
2.2拉削长度 (6)
2.3工件材料 (6)
2.4刀具结构参数及各部分功用 (6)
2.4.1拉刀的结构 (6)
2.4.2切削方式 (7)
2.4.3拉削余量 (7)
2.4.4拉刀刀齿结构 (7)
2.5设计步骤 (8)
3.矩形花键铣刀 (17)
3.1花键轴尺寸 (17)
3.2拉削长度 (17)
3.3工件材料 (17)
3.4设计步骤 (17)
4.总结 (21)
5.致谢 (21)
6.参考资料 (21)
1.前言
随着社会的进步和科学技术的迅速发展，金属切削刀具也由那些古老的手动设备被自动化设备代替并逐渐向高速、高精度方向发展。为了满足生产的需要，金属切削工具的种类越来越丰富.以培养学生的创新思维能力、观察分析能力、工程实践能力及综合能力为出发点，我设计选择的题目是：矩形花键拉刀及矩形花键铣刀。拉刀上有很多齿，后一个刀齿（或后一组刀齿）的齿高要高于（或齿宽宽于）前一个刀齿，所以当拉刀作直线运动时（对某些拉刀来说则为旋转运动），便能依次地从工件上切下很薄的金属层。故加工质量好，生产效率高。拉刀寿命长，较麻烦，价格较高，一般是专用工具，因而多用于大量批量生产的精加工。
金属切削刀具课程设计是学完“金属切削原理及刀具”课程的基础上进行的重要的实践教学环节，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了理论的能力，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、手册和国家标准；
（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矩形花键拉刀及矩形花键铣刀的设计和计算工作，绘制刀具工作图和必要的零件图以及编写一份正确、完整的说明书。
刀具工作图应包括制造及检验所需的全部图形、尺寸、公差、粗糙度要求及技术要求等；说明书应包括设计时所涉及的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。
在刀具设计时，应该从以下方面入手：
（１）正确选择刀具的类型，实践证明，采用不同的刀具将对加工生产率和精度产生重要的影响。且增加刀具同时参加切削的刀刃长度能有效的提高其生产率。
（２）正确选择刀具材料，刀具材料的选择是否恰当对生产率会产生重要的影响。目前刀具多用硬质合金和高速钢，由于硬质合金比高速钢及其他工具钢生产搞得多，因此在能事用硬质合金的情况下尽量使用硬质合金，在切削条件很差和使用复杂刀具是应选高速钢。
（３）确定合理的切削方式，即在刀齿上一顶的方式分配切削厚度和宽度。切削方式选得是否得当对刀具的切削效率，切削负荷，耐用度及加工表面质量都有很到的影响。
（４）确定刀具合理的基和角度，选择合理的集合角度能提高切削精度和使用期限。
（５）合理设计刀具的重磨表面，刀具用钝后需要重磨，以便使其重新获得锋利的刀刃，继续使用，但重磨前刀面还是后到面，是具体的情况而定。
重磨时应考虑以下几个问题：
１）应使重磨去的金属层为最小，从而使刀具可重磨次数最多，增强刀具的使用寿命。常见的重磨方式有刀前前刀面重磨，后刀
面重磨和前后刀面同时重磨。
２）对于重磨刀具，应是重磨后刀具刃形不变，这些刀具后刀面都是成形表面，一般应重磨前刀面。这样可是重磨简单，且刃形
不变。
３）有些尺寸刀具要求重磨后主要尺寸不变活变化很小，这些刀具需重磨前刀面，并且后角做得很小，一时重磨后刀具的尺寸变
化很小。总之，无论是刀具要重磨前刀面还是后面，在设计刀
具的结构尺寸事都要考虑刀具重磨后容屑槽容积的改变。
合理确定刀具的结构参数，包括刀体的尺寸，刀齿的形状
和尺寸，容屑槽的形状和尺寸，刀齿的齿数，装恰部分的
尺寸等．设计刀具结构参数是，必须考虑一系列的问题，
如强度，精度，生产率，容屑要求等．
设计刀具结构参数时，一个值得注意的方面是对大尺
寸刀具应尽量采用装配式结构，可降低刀具的成本.确定刀
具的结构参数时，要特别注意运用标准，目前许多刀具结
构尺寸都有自己的一定标准．
（６）正确设计刀具的廓形，廓形的设计精度将直接影响加工件的精度，应努力提高，这一点在目前尤为重要．
2.矩形花键拉刀
2.1花键孔尺寸
外径 0.1
050e D φ+=
内径 0.025046d φ+=
键宽 0.09009d +=
倒角 45c ?? 键数 n=8 2.2拉削长度
l =70mm
2.3工件材料
45#钢 硬度HBS175 强度σb =600Mpa
2.4 刀具结构参数及各部分功用
2.4.1拉刀的结构
图1
表1
2.4.2 切削方式：采用分层拉削方式中的成形式拉削方式
2.4.3拉削余量：对于花键孔A=
2.4.4拉刀刀齿结构：
表2
2.5设计步骤
（1）切削齿几何参数
根据表4-2，查得拉刀的前角γ
o
=16-18o
根据表4-3，查得粗切齿的后角3100
0+
=
a，刃带b a=0.1～0.2
精切齿的后角α
o =230
0.'
+‘，刃带b
a
=0.2～0.3；校准齿的后角α
o =130
0.
+，刃带b
a
=0.4。
（2）确定校准齿直径倒角不设校准齿
查表4—16得花键齿圆形齿的扩张量均为5微米，则花键齿校准齿和圆形齿校准齿直径为
=
d hx50.1-0.005=50.095mm
=
d yx46.025-0.005=46.02mm
(3) 矩形花键拉刀倒角齿参数计算查表4—29得：
（4）计算拉削余量：
按表4—1得圆孔预制孔拉削余量为
A=0.005d m+（0.1～0.2）L=1.2 mm 所以预制孔径为44.70mm 实际拉削余量A=46.02-44.70=1.32mm,
A d=48.02-45.00=3.02mm
A h=50.095-48.12=1.975mm
（5）选择齿升量，按表4—4得
a f=0.065 mm（槽拉刀和键槽拉刀栏）
a fh=0.05mm（矩形花键拉刀栏）
a fy=0.05mm（综合式拉刀栏）
（6）设计容屑槽
1．齿距
按表4—7得 P=(1.25～1.5)
L
=12mm
P 校=(0.6～0.8)*11=9mm 2.选择容屑槽
按表4—8得 采用曲线槽 粗切齿用深槽h=(4.5mm) 精切齿用基本齿
3.校验容屑条件：
查表4—8得容屑系数k=3。倒角齿齿升量大时，应校验之，应使满足式h ≥1.13l K a f :
1.13l K a f =1.1370*065.0*3=4.17 因为h=4.5,所以h ≥1.13l K a f ，合格。 4.校验同时工作齿数： 根据表4—7得 p
l Z e /min =
1/max +=p l Z e
Z e =6～7满足3≤≤Z e 8， 所以合格。 （7）花键齿截形设计：
B h max =9.036-0.005=9.031mm
B h min =9.031-0.01=9.021mm b ?=0.01mm
(8) 确定分屑槽系数 除校准齿和与其相邻的一个精切齿外，拉刀切削齿均
磨出三角形分屑槽（表4—13）。由于在每个圆形齿
上都存在着不工作刃段，圆形齿段不必磨分屑槽。（19）选择拉刀前柄：
查表4—17选A—无周向定位面的圆柱形前柄。公称尺寸d1=45mm卡爪底
径d2=34mm
其余见图
（10）校验拉刀强度和拉床载荷：
通过计算分析，确认倒角齿拉削力最大，因而应计算拉刀倒角齿拉削力见表（4—20，4—21， 4—22）
∑a w=Z*(B h max+2f)=8*(9.031+2*0.9)=86.65mm
F m ax F Z'*∑a w*Z e max*k0*k1*k2*k3*k4*0.001=124.3KN
=
拉刀最小截面积在卡槽底劲处，则拉力
σ=F max/A min=124.3*4/34*34*3.14=0.14Gpa<［σ］
(表4-25),拉刀强度校验合格。根据表4—23，4—24得拉床拉力为
200*0.8KN=160KN比F max大，拉床载荷校验合格。
（11）确定拉刀齿数及每齿直径：
1.倒角齿齿数：Z dc=A d/2*a fd
2.86/2*0.65=22.23 取Z dc=24
齿升量0.065mm
2.花键齿齿数以及齿升量:
A h A"）/2*a fd+1=20.25
花键粗切齿齿数Z hc=（-
取18齿.
考虑到切屑余量.
取花键粗切齿18个，齿升量0.05
过渡齿3个，齿升量0.04
精切齿2个，齿升量0.0075
3. 圆形齿齿数：初拟方案与花键齿相同，即拟切去A"余量，计算圆
形粗切齿齿数为
Z yc=（A y—A"）/2*a fy=（1.22-0.18）/2*0.05=10.4 取
11齿，增加精切齿，其齿升量为0.015mm，这样圆形齿段具有粗
切齿11个，过渡齿3个(齿升量0.04)，精切齿2个。
4. 校准部齿数：倒角齿不设校准齿。圆形齿和圆锥齿校准齿齿数查表
4—14得
花键校准齿齿数：Z hx=4
圆形校准齿齿数：Z yx=4
5. 各齿直径基本尺寸：见下表
-0.015
（12）拉刀齿部长度
倒角齿段长度l d =12*24=288mm
花键齿段长度l h =12*18+3*12+6*9=306mm 圆形齿段长度l y =12*14+9*6=222mm 拉刀齿部长度l chi =l d +l h +l y =816mm （13） 设计拉刀其他部分
查表4—17 ，4—19 ，4—23得 前柄l 1=110mm d 1=45f8(
025.0064
.0--)
劲部mm A m l B l
s 1052035751532
=-++=-++=
mm d d 5.445.012=-=
过渡锥320mm l = 前导部mm l 404=
)(
78.44025.005
.0min 4--==f d d w
前柄伸入夹头长度mm mm l l 10551
1'=-=
前柄端部至第1刀齿的距离275114''=++++=l B l L A m S mm
后导端mm l 407= )(746025.005
.0min 7--==f d d my
后柄 mm l 1208= )(
828020
.0053
.08--=f d
(14)拉刀总长及其检验：
'780275816401201251311chi L l l l l d =+++=+++=<
所以拉刀长度校验合格。
（15）制定技术条件
1. 拉刀各部分的表面光洁度
表3
1.拉刀外圆直径在全长上的最大径向跳动量之差
2.切削齿外圆直径偏差：0.020
3.精切齿外圆直径偏差按-0.01mm
4.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
5.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0.02mm 3）花键齿圆周不等分累积误差
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；倒角齿对拉刀轴线不对称度不大于0.05mm
6) 拉刀倒角齿计算值M的偏差：－0.02mm
6.键槽拉刀的尺寸偏差
1)切齿齿高偏差（mm）
2)
3)刀体侧面和底面不直度偏差：键宽为3－12mm时为0.06/100
4)键宽偏差取为工件槽宽公差的1/3，但不大于0.02mm，符号取（－）
5)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时取±2mm。
2) 切削部分长度偏差取±2mm。
3) 校准部分长度偏差取±1mm。
4) 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。
3．矩形花键铣刀
已知条件：
3.1花键轴尺寸
外径 0.310
0.47050a D φ--= 内径 0.0250.05046f D φ--=
键数 Z ＝8
键宽 0.0400.0989b --=
键底圆角半径 r ＝1
3.2拉削长度
L=70mm
3.3工件材料
45#钢 硬度 HBS175 强度σb =600Mpa 3.4 设计步骤