设计目的及要求：
“机械设计与制造”方向课程设计是“机械工程及自动化”专业学生在学习了《机械制造技术基础》、《机械制造装备设计》等专业课程和“机械设计与制造”方向课程之后进行的一个实践性的教学环节，其目的是巩固和加深理论教学内容，锻炼学生专业知识的综合运用能力，培养学生具有工艺装备设计（专用道具、专用量具）的工程实践能力。通过方向课程设计，应使学生达到以下要求：
（1）初步掌握非标准刀具的设计内容、步骤和方法。
（2）初步掌握光滑极限量规的设计内容、步骤和方法。
（3）学生绘制非标准刀具、量具的工作图，真确标注技术条件。
（4）学会使用各种设计资料、手册和国家标准。
一．拉刀的设计
1.1零件的图样及工艺要求分析
题图（1.1）
+0.025其中：工件材料:50Cr ,内孔直径φ500，公差等级IT7、表面粗糙度1.6；倒角
１×４５°。
热处理：正火，ＨＢＳ≤229。
1.2拉刀结构式及材质
（a）拉刀结构式的确定
由于工件要加工的部位是φ50内孔，故本设计的拉刀为圆孔拉刀；又根据拉刀的分类形式，根据被加工的材料来选择拉刀，一般情况下，在拉削韧性比较
大的金属材料时选用综合式拉刀。
（b） 拉刀的材料确定
根据工件的材质50Cr，属于高合金钢，具有高的强度和高的耐磨 性，故根据根据常用拉刀的材质选择，选用拉刀材料：W6Mo5Cr4V2
1.3 校准齿的直径（以角坐标x表示校准齿的直径）
根据公式：
d ox = d mmax + δ
式中：δ—收缩量，根据《金属切削刀具课程设计指导书》表4.16 查的δ=0.011 则d ox = 50.025+0.011=50.036 mm
1.4拉削余量的确定
（a）按照经验公式法
根据《金属切削刀具课程设计指导书》表4.1查的。当预制孔采用钻削加工时，A的初始值为
Ａ＝0.005ｄm+0.1L
式中：ｄm = 50mm、L=50mm 则 Ａ＝0.096mm
（b）采用极限法
由于采用的是φ49的钻头，故最小的孔径为d wmin =49mm，拉削余量为：
A = d ox - d wmin =50.036-49=1.036mm
1.5各部分齿升量的确定
齿升量的确定一般原则：
1）粗切齿齿升量 为了缩短拉刀长度，应该尽量加大，使得各刀齿切除总
余量的0.6－0.8。
2）精切齿齿升量 按拉削表面质量要求选取，一般在0.01－0.02mm。
3）过渡齿齿升量 在各齿上是变化的，变化规律在粗切齿与精切齿之间递
减。
4）校准齿齿升量 一般取0，是起修光和校准拉削表面作用。
再根据相关数据推荐值，故取粗切齿的齿升量为 af = 0.04mm
故其余各齿升量 fz（Ⅰ－粗切齿 Ⅱ－过渡齿 Ⅲ－精切齿 Ⅳ－校正齿 ） 选fzⅠ=0.04 fzⅡ=0.035、0.030、0.025 fzⅢ=0.020、0.015、 0.010、0.005 fzⅣ=0
过渡齿与精切齿切除的余量为： 0.5
Ag + Aj = 2×（0.035＋0.030＋0.025+0.020+0.015+0.010+0.005）=0.28mm 由于粗切齿的第一个齿升量为零，故粗切齿的齿升量为：
Zc=（Ａ－（Ag + Aj））/2af +1=10
粗切齿、过渡齿、精切齿共切削余量为：（10-1）×2×0.04+0.28=1 mm
因为总的切削余量为1.036mm 故还留有加工余量 0.036mm因而要多加一个精切齿；再调整各个精切齿的加工余量可以得到如下图（1.2）：
按照《金属切削刀具课程设计指导书》表4.15查得取校准齿为7个，则可确定粗切齿为10个、过渡齿3个、精切齿5个、校准齿7个，共25个。
1.6确定拉刀的几何参数
（a）前角γ0：根据加工材料性能选取，按照《金属切削刀具课程设计指导书》表4.2可查得取γ0=15°，精切齿与校准齿前刀面倒棱，bγ1=0.5-1mm，γ01=5°. （b）后角α0和刃带宽ba：根据切削原理中后角的选择原则，应取较大的后角。但后角过大，刀齿直径减小，拉刀寿命下降；故按照表4.3可得粗切齿后角α0=3°，倒棱宽ba1≤0.2mm，精切齿的后角α0=2°，ba1=0.3mm，校准齿α0=1°，ba1=0.6 mm。
1.7计算校核容削槽
1.7.1 计算齿距
根据《金属切削刀具课程设计指导书》表4.8查得，粗切齿与过渡齿齿距为:
P=(1.3～1.6)×L0.5=10mm
根据粗切齿齿距来确定精切齿和校准齿齿距：（Pｊ代表精切齿齿距 ）
Pｊ=（0.6～0.8）P=7mm
1.7.2校验同时工作齿数
根据《金属切削刀具课程设计指导书》表4.8查得公式：
A）最小同时工作齿数 Zemin=Lmin/P =50/10=5
由于最小工作齿数为3 故在合格范围内
B）最大同时工作齿数 Zemax=Lmax/P＋1=50/10＋1=6
由于最大工作齿数最大值为8 故在合格范围内
1.7.3设计容削槽形式及尺寸并校验
（a）设计容削槽
根据《金属切削刀具课程设计指导书》表4.9 选择容削槽的形状为曲线齿
背。根据表4.9可查得选择基本槽形，故粗切齿和过渡齿的容削尺寸为：h=4mm、g=3mm、r=2mm、R=7mm；精切齿与校准齿尺寸为：h=2.5mm、g=3.5mm、r=1.3mm、R=4mm如图拉到工作图所示
（b）校验容削槽
根据校验证公式：
h≥1.13（K×2afL）
0.50.5 式中：h=4mm，按照《金属切削刀具课程设计指导书》表4.11查得K=3，故计算可得1.13（K×2afL）=3.8≤4，在允许范围内，校验合格。
1.7.4设计分削槽
本次设计的是圆孔综合式拉刀，故选择粗切齿和过渡齿为弧形分削槽，精切齿和校准齿为三角形分削槽。根据《金属切削刀具课程设计指导书》表4.12和
4.13查得：
槽宽 a = d0minsin90°/nk-（0.3～0.7）
式中：d0min=49mm，nk=12，故计算得a=6mm
三角形分槽数 nk =（1/7-1/6）πd0
式中：d0=50，故计算可得nk=24，槽宽b=1～1.2mm槽深h′=0.5mm。
1.8设计拉刀其他部分设计及校验
(a)前柄部分设计
由于设计的是圆孔拉刀，故采用2型-A式无周向定位面的圆柱形前柄，根据《金属切削刀具课程设计指导书》表4.18查得选用d1=45mm、d2=34mm。 （b）拉刀其余部分设计
根据《金属切削刀具课程设计指导书》表4.20，取前导部分直径d3 =
dwmin=49mm，前导部分长度L3=L=50mm
后导部分直径d7= dxmin=50mm，长度L7=（0.5～0.7）L=30mm。
前柄端面到第一齿的距离为：
L1′= L3′＋m＋Bs＋A＋l4
式中：L3′=110mm，m=18mm，Bs=100mm，A=50mm，
l4=50mm 故计算可得L1′=328mm。
拉刀颈部直径d3 = d1－（0.3～0.5）=45-0.4=44.6mm
过渡锥的长度取15mm
由于拉刀的直径只有φ50，比较较小，故不设计后柄部分。
（c）计算和校验总长度
粗切齿和过渡齿的总长度 L5 =（10＋3）×10=130mm
精切齿和校准齿的总长度 L6 =（5＋7）×7=84mm
拉刀的总长度L = L1′＋ L5＋L6＋L7= 328＋130＋84＋30=572mm
最后确定拉刀的总长度为580mm，修正L1′=336mm。
1.9校核拉刀的强度及机床的载荷及技术要求
（a）校核拉刀强度及机床载荷
根据《金属切削刀具课程设计指导书》表4.21拉削力公式为：
Fmax=Fz∑awZemaxk0k1k2k3k4×10KN
式中：1）∑aw=1/2πd0 其中d0—拉刀直径；
′′2）Fz按照表4.23选取，按照1倍的粗切齿齿升量查得Fz=296N/mm； ′-3
3）根据表4.23查得k0=1.1、k1=1.1、 k2=1.13、k3=1、k4=1；
4）Zemax为最大工作齿数，故其值为6
因此Fmax=F′
z∑awZemaxk0k1k2k3k4×10=296×1/2×50×π×6×1.1×1.15
-3-3×1.13×1×1×10=199.3KN
按照《金属切削刀具课程设计指导书》表4.25查得拉床工作状态系数k，新拉床0.9，较好状态的旧拉床0.8，不良状态的旧拉床0.5～0.7，这里取值k=0.6 再根据表4.24查得L6140公称拉力为F=400KN，故拉床允许的拉力为:
F×K=240KN﹥199.3KN
因此拉床载荷校验合格。
柄部的最小断面处为危险断面，故应该校验其拉应力：
根据公式 σ= Fmax/Amin
其中，Fmax为最大拉力，Amin为拉刀最小断面截面积，故
σ= 4×199.3/34×π=0.22GPa
按照表4.26，许用拉应力为0.35 GPa故拉刀的许用应力校验合格。
2
（b）制定技术条件
1.拉刀材料：W6Mo5Cr4V2
2.拉刀热处理硬度：到齿及后导部HRC63～66；前导部HRC60～66;前柄部HRC40～52；允许进行表面强化处理。
3.No18～25齿外圆直径尺寸的一致性为0.005mm，且不允许有正锥度。
4.No1～16齿外圆表面对A－B基准轴线的径向圆跳动公差0.030mm。
5.No17～25齿外圆表面对A－B基准轴线的径向圆跳动公差0.007mm。
6.拉刀各部径向圆跳动应在同一方向上。
7.拉刀按GB 3381－83验收。
二．光滑极限量规的设计
2.1被测零件分析
题图（2.1）
+0.025其中：工件材料50Cr ,内孔直径φ500，公差等级 IT7、表面粗糙度1.6；
倒角１×４５°。本次所要测量的是内孔直径φ50+
00.025设计塞规要达到在零件大
批大量生产时，快速测量工件是否达到设计要求。
2.2确定量规的结构式
根据被测孔的零件图可知，选择全形工作塞规；再根据《量具设计手册》可得选用“三牙锁紧式圆柱”塞规；塞规的轴向尺寸根据《量具设计手册》选取，
详细可见零件图。
2.3量规工作尺寸的计算
（1）原始条件：内孔直径φ50+
00.025mm、长度50mm 、公差等级HT7 。
（2）确定制造公差T位置要素Z值
根据《互换性与技术测量》表5.2可得：T =3、Z=4
（3）计算各种量规的极限偏差或工作尺寸
孔：ES=＋0.025mm
EI=0
塞规制造公差T=0.003mm
塞规位置要素Z=0.004mm
塞规形状公差T/2=0.0015mm
参照量规公差带图计算各种量规的极限偏差：
（a）“通规”（T）
上偏差=EI＋Z＋T/2=0＋0.004＋0.0015=＋0.0055mm
下偏差=EI＋Z－T/2=0＋0.004－0.0015=＋0.0025mm
磨损极限=EI=0
（b）“止规”（Z）
上偏差=ES＝＋0.025mm
下偏差=ES－T=0.025－0.003=＋0.022mm
（c）φ50+
00.025mm量规公差带图，如图2.2：
图（2.2）
2.4量规的技术要求
1.量规的测量面不应有锈迹、毛刺、黑斑、划痕等缺陷。其他的表面不应有锈斑和裂纹。
2.量规的测头和手柄联结应牢靠，在使用过程中不应松动。
3.量规表面通常用淬火钢制造，其表面硬度应为58～65HRC。
三．参考文献
[1]、徐嘉元，曾家驹主编《机械制造工艺学》机械工业出版社 97.8
[2]、李硕根、莫雨松主编《互换性与技术测量》中国计量出版社
[3]、熊良山、严晓光主编《机械制造技术基础》华中科技大学出版社 2000
[4]、王娜君主编《金属切削刀具课程设计指导书》哈尔滨工业大学出版社
[5]、大连理工大学工程图学教研室编《机械制图》第六版
设计目的及要求：
“机械设计与制造”方向课程设计是“机械工程及自动化”专业学生在学习了《机械制造技术基础》、《机械制造装备设计》等专业课程和“机械设计与制造”方向课程之后进行的一个实践性的教学环节，其目的是巩固和加深理论教学内容，锻炼学生专业知识的综合运用能力，培养学生具有工艺装备设计（专用道具、专用量具）的工程实践能力。通过方向课程设计，应使学生达到以下要求：
（1）初步掌握非标准刀具的设计内容、步骤和方法。
（2）初步掌握光滑极限量规的设计内容、步骤和方法。
（3）学生绘制非标准刀具、量具的工作图，真确标注技术条件。
（4）学会使用各种设计资料、手册和国家标准。
一．拉刀的设计
1.1零件的图样及工艺要求分析
题图（1.1）
+0.025其中：工件材料:50Cr ,内孔直径φ500，公差等级IT7、表面粗糙度1.6；倒角
１×４５°。
热处理：正火，ＨＢＳ≤229。
1.2拉刀结构式及材质
（a）拉刀结构式的确定
由于工件要加工的部位是φ50内孔，故本设计的拉刀为圆孔拉刀；又根据拉刀的分类形式，根据被加工的材料来选择拉刀，一般情况下，在拉削韧性比较
大的金属材料时选用综合式拉刀。
（b） 拉刀的材料确定
根据工件的材质50Cr，属于高合金钢，具有高的强度和高的耐磨 性，故根据根据常用拉刀的材质选择，选用拉刀材料：W6Mo5Cr4V2
1.3 校准齿的直径（以角坐标x表示校准齿的直径）
根据公式：
d ox = d mmax + δ
式中：δ—收缩量，根据《金属切削刀具课程设计指导书》表4.16 查的δ=0.011 则d ox = 50.025+0.011=50.036 mm
1.4拉削余量的确定
（a）按照经验公式法
根据《金属切削刀具课程设计指导书》表4.1查的。当预制孔采用钻削加工时，A的初始值为
Ａ＝0.005ｄm+0.1L
式中：ｄm = 50mm、L=50mm 则 Ａ＝0.096mm
（b）采用极限法
由于采用的是φ49的钻头，故最小的孔径为d wmin =49mm，拉削余量为：
A = d ox - d wmin =50.036-49=1.036mm
1.5各部分齿升量的确定
齿升量的确定一般原则：
1）粗切齿齿升量 为了缩短拉刀长度，应该尽量加大，使得各刀齿切除总
余量的0.6－0.8。
2）精切齿齿升量 按拉削表面质量要求选取，一般在0.01－0.02mm。
3）过渡齿齿升量 在各齿上是变化的，变化规律在粗切齿与精切齿之间递
减。
4）校准齿齿升量 一般取0，是起修光和校准拉削表面作用。
再根据相关数据推荐值，故取粗切齿的齿升量为 af = 0.04mm
故其余各齿升量 fz（Ⅰ－粗切齿 Ⅱ－过渡齿 Ⅲ－精切齿 Ⅳ－校正齿 ） 选fzⅠ=0.04 fzⅡ=0.035、0.030、0.025 fzⅢ=0.020、0.015、 0.010、0.005 fzⅣ=0
过渡齿与精切齿切除的余量为： 0.5
Ag + Aj = 2×（0.035＋0.030＋0.025+0.020+0.015+0.010+0.005）=0.28mm 由于粗切齿的第一个齿升量为零，故粗切齿的齿升量为：
Zc=（Ａ－（Ag + Aj））/2af +1=10
粗切齿、过渡齿、精切齿共切削余量为：（10-1）×2×0.04+0.28=1 mm
因为总的切削余量为1.036mm 故还留有加工余量 0.036mm因而要多加一个精切齿；再调整各个精切齿的加工余量可以得到如下图（1.2）：
按照《金属切削刀具课程设计指导书》表4.15查得取校准齿为7个，则可确定粗切齿为10个、过渡齿3个、精切齿5个、校准齿7个，共25个。
1.6确定拉刀的几何参数
（a）前角γ0：根据加工材料性能选取，按照《金属切削刀具课程设计指导书》表4.2可查得取γ0=15°，精切齿与校准齿前刀面倒棱，bγ1=0.5-1mm，γ01=5°. （b）后角α0和刃带宽ba：根据切削原理中后角的选择原则，应取较大的后角。但后角过大，刀齿直径减小，拉刀寿命下降；故按照表4.3可得粗切齿后角α0=3°，倒棱宽ba1≤0.2mm，精切齿的后角α0=2°，ba1=0.3mm，校准齿α0=1°，ba1=0.6 mm。
1.7计算校核容削槽
1.7.1 计算齿距
根据《金属切削刀具课程设计指导书》表4.8查得，粗切齿与过渡齿齿距为:
P=(1.3～1.6)×L0.5=10mm
根据粗切齿齿距来确定精切齿和校准齿齿距：（Pｊ代表精切齿齿距 ）
Pｊ=（0.6～0.8）P=7mm
1.7.2校验同时工作齿数
根据《金属切削刀具课程设计指导书》表4.8查得公式：
A）最小同时工作齿数 Zemin=Lmin/P =50/10=5
由于最小工作齿数为3 故在合格范围内
B）最大同时工作齿数 Zemax=Lmax/P＋1=50/10＋1=6
由于最大工作齿数最大值为8 故在合格范围内
1.7.3设计容削槽形式及尺寸并校验
（a）设计容削槽
根据《金属切削刀具课程设计指导书》表4.9 选择容削槽的形状为曲线齿
背。根据表4.9可查得选择基本槽形，故粗切齿和过渡齿的容削尺寸为：h=4mm、g=3mm、r=2mm、R=7mm；精切齿与校准齿尺寸为：h=2.5mm、g=3.5mm、r=1.3mm、R=4mm如图拉到工作图所示
（b）校验容削槽
根据校验证公式：
h≥1.13（K×2afL）
0.50.5 式中：h=4mm，按照《金属切削刀具课程设计指导书》表4.11查得K=3，故计算可得1.13（K×2afL）=3.8≤4，在允许范围内，校验合格。
1.7.4设计分削槽
本次设计的是圆孔综合式拉刀，故选择粗切齿和过渡齿为弧形分削槽，精切齿和校准齿为三角形分削槽。根据《金属切削刀具课程设计指导书》表4.12和
4.13查得：
槽宽 a = d0minsin90°/nk-（0.3～0.7）
式中：d0min=49mm，nk=12，故计算得a=6mm
三角形分槽数 nk =（1/7-1/6）πd0
式中：d0=50，故计算可得nk=24，槽宽b=1～1.2mm槽深h′=0.5mm。
1.8设计拉刀其他部分设计及校验
(a)前柄部分设计
由于设计的是圆孔拉刀，故采用2型-A式无周向定位面的圆柱形前柄，根据《金属切削刀具课程设计指导书》表4.18查得选用d1=45mm、d2=34mm。 （b）拉刀其余部分设计
根据《金属切削刀具课程设计指导书》表4.20，取前导部分直径d3 =
dwmin=49mm，前导部分长度L3=L=50mm
后导部分直径d7= dxmin=50mm，长度L7=（0.5～0.7）L=30mm。
前柄端面到第一齿的距离为：
L1′= L3′＋m＋Bs＋A＋l4
式中：L3′=110mm，m=18mm，Bs=100mm，A=50mm，
l4=50mm 故计算可得L1′=328mm。
拉刀颈部直径d3 = d1－（0.3～0.5）=45-0.4=44.6mm
过渡锥的长度取15mm
由于拉刀的直径只有φ50，比较较小，故不设计后柄部分。
（c）计算和校验总长度
粗切齿和过渡齿的总长度 L5 =（10＋3）×10=130mm
精切齿和校准齿的总长度 L6 =（5＋7）×7=84mm
拉刀的总长度L = L1′＋ L5＋L6＋L7= 328＋130＋84＋30=572mm
最后确定拉刀的总长度为580mm，修正L1′=336mm。
1.9校核拉刀的强度及机床的载荷及技术要求
（a）校核拉刀强度及机床载荷
根据《金属切削刀具课程设计指导书》表4.21拉削力公式为：
Fmax=Fz∑awZemaxk0k1k2k3k4×10KN
式中：1）∑aw=1/2πd0 其中d0—拉刀直径；
′′2）Fz按照表4.23选取，按照1倍的粗切齿齿升量查得Fz=296N/mm； ′-3
3）根据表4.23查得k0=1.1、k1=1.1、 k2=1.13、k3=1、k4=1；
4）Zemax为最大工作齿数，故其值为6
因此Fmax=F′
z∑awZemaxk0k1k2k3k4×10=296×1/2×50×π×6×1.1×1.15
-3-3×1.13×1×1×10=199.3KN
按照《金属切削刀具课程设计指导书》表4.25查得拉床工作状态系数k，新拉床0.9，较好状态的旧拉床0.8，不良状态的旧拉床0.5～0.7，这里取值k=0.6 再根据表4.24查得L6140公称拉力为F=400KN，故拉床允许的拉力为:
F×K=240KN﹥199.3KN
因此拉床载荷校验合格。
柄部的最小断面处为危险断面，故应该校验其拉应力：
根据公式 σ= Fmax/Amin
其中，Fmax为最大拉力，Amin为拉刀最小断面截面积，故
σ= 4×199.3/34×π=0.22GPa
按照表4.26，许用拉应力为0.35 GPa故拉刀的许用应力校验合格。
2
（b）制定技术条件
1.拉刀材料：W6Mo5Cr4V2
2.拉刀热处理硬度：到齿及后导部HRC63～66；前导部HRC60～66;前柄部HRC40～52；允许进行表面强化处理。
3.No18～25齿外圆直径尺寸的一致性为0.005mm，且不允许有正锥度。
4.No1～16齿外圆表面对A－B基准轴线的径向圆跳动公差0.030mm。
5.No17～25齿外圆表面对A－B基准轴线的径向圆跳动公差0.007mm。
6.拉刀各部径向圆跳动应在同一方向上。
7.拉刀按GB 3381－83验收。
二．光滑极限量规的设计
2.1被测零件分析
题图（2.1）
+0.025其中：工件材料50Cr ,内孔直径φ500，公差等级 IT7、表面粗糙度1.6；
倒角１×４５°。本次所要测量的是内孔直径φ50+
00.025设计塞规要达到在零件大
批大量生产时，快速测量工件是否达到设计要求。
2.2确定量规的结构式
根据被测孔的零件图可知，选择全形工作塞规；再根据《量具设计手册》可得选用“三牙锁紧式圆柱”塞规；塞规的轴向尺寸根据《量具设计手册》选取，
详细可见零件图。
2.3量规工作尺寸的计算
（1）原始条件：内孔直径φ50+
00.025mm、长度50mm 、公差等级HT7 。
（2）确定制造公差T位置要素Z值
根据《互换性与技术测量》表5.2可得：T =3、Z=4
（3）计算各种量规的极限偏差或工作尺寸
孔：ES=＋0.025mm
EI=0
塞规制造公差T=0.003mm
塞规位置要素Z=0.004mm
塞规形状公差T/2=0.0015mm
参照量规公差带图计算各种量规的极限偏差：
（a）“通规”（T）
上偏差=EI＋Z＋T/2=0＋0.004＋0.0015=＋0.0055mm
下偏差=EI＋Z－T/2=0＋0.004－0.0015=＋0.0025mm
磨损极限=EI=0
（b）“止规”（Z）
上偏差=ES＝＋0.025mm
下偏差=ES－T=0.025－0.003=＋0.022mm
（c）φ50+
00.025mm量规公差带图，如图2.2：
图（2.2）
2.4量规的技术要求
1.量规的测量面不应有锈迹、毛刺、黑斑、划痕等缺陷。其他的表面不应有锈斑和裂纹。
2.量规的测头和手柄联结应牢靠，在使用过程中不应松动。
3.量规表面通常用淬火钢制造，其表面硬度应为58～65HRC。
三．参考文献
[1]、徐嘉元，曾家驹主编《机械制造工艺学》机械工业出版社 97.8
[2]、李硕根、莫雨松主编《互换性与技术测量》中国计量出版社
[3]、熊良山、严晓光主编《机械制造技术基础》华中科技大学出版社 2000
[4]、王娜君主编《金属切削刀具课程设计指导书》哈尔滨工业大学出版社
[5]、大连理工大学工程图学教研室编《机械制图》第六版