成形车刀设计

1. 前言------------------------------------------------------------（2） 2. 设计内容和要求--------------------------------------------------（3） 3. 成形车刀设计----------------------------------------------------（3） 3.1选择刀具材料--------------------------------------------------（3） 3.2选择前角及后角------------------------------------------------（3） 3.3画出刀具廓形--------------------------------------------------（3） 3.4计算切削刃总宽度----------------------------------------------------------------------（5）3.5确定结构尺寸-----------------------------------------------------------------------------（5） 3.6用计算法求圆体成形车刀廓形上各点所在圆的半径Rx------------------------（6）3.7廓形深度公差 ---------------------------------------------------------------------------（6）3.8检验最小后角-----------------------------------------------------------------------------（6） 4.1选定刀具类型、材料的依据---------------------------------------（8） 4.2刀具结构参数、几何参数的选择和设计----------------------------（8）4.3刀具的全部计算（包括计算公式和计算结果------------------------（14） 4.4对技术条件的说明---------------------------------------------（18） 5. 总结-----------------------------------------------------------（20） 6. 参考文献-------------------------------------------------------（21） 7. 附表-----------------------------------------------------------（21）

1. 前言

大学三年的学习即将结束，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，为早日扎实掌握技术，灵活运用知识步入社会为工作打好一定的基础我们做设计是必要的，这让我感到很欣慰并充满力量，但是确实通过课程设计检验了我们在这几年中的所学，，发现我们所掌握的所运用的程度还远远不够。

我的课程设计课题目是成形车刀与矩形花键拉刀的设计。在设计过程当中, 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、金属切削原理、金属切削刀具、以及所学软件AUTOCAD 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，同时也在设计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。

由于水平有限, 设计编写时间也比较仓促, 在我的设计中会出现一些技术和专业知识等方面的问题，因此会有一些不尽如人意的地方, 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正, 我将认真学习改正，谢谢老师。

06020142班李大宇

2009年6月

2．设计内容和要求

1. 成形车刀设计

被加工零件如图1. 所示，工件材料为：45钢；硬度HBS175 ；强度σb = 600Mpa。 2. 矩形花键拉刀设计

被加工零件如图2. 所示，工件材料为：45钢；硬度HBS175 ；强度σb = 600Mpa ；工件长度L=80mm。

图1 图2

3成形车刀设计

按刀身本身的结构和形状分，有平体、棱体和圆体三种，圆体成形车刀的可重磨次数更多，它可用来加工内、外成形表面的工件，制造也较方便，因而决定采用圆体成形车刀。

3.1选择刀具材料

参考高速钢的牌号和用途，选用普通高速钢W18Cr4V 制造。 3.2选择前角γf 及后角αf 查表得：γf =10︒，αf =10︒

3.3画出刀具廓形（包括附加刃）计算图（见图1）取k r =20︒，a=3mm, b=2mm, c=6mm, d=0.5mm

a ——是为避免切削刃转角处过尖而设得附加刀刃宽度，常取为0.5～3mm ；

b ——是考虑工件端面的精加工和倒角而设的附加刀刃宽度，其数值应大于断面精加工余量和倒角宽度。为使该段刀刃在主剖面内有一定后角，常做成偏角k r =15︒～45︒，b 值取为1～3mm ；

c ——是为保证后续切断工序顺利进行预切槽刀刃宽度，常取为3～8mm ；

d ——是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，常取为0.5～2mm ；

图1：圆体成形车刀廓形计算图

标出工件廓形各点1—12，以0—0线为基准(通过11－12段切削刃，以便对刃) ，计算出1—12各点处的计算半径r jx （为避免尺寸偏差值对计算准确度的影响，故常采用计算尺寸、计算半径、计算长度和计算角度计算）：

半径公差

； r jx =基本半径±

r j 1=() mm =11mm =r j 2

250. 1r j 3=(-) mm =r j 4=12. 475mm

2418

r j 5=() =9mm

(384-13) ⨯2r j 6==6. 596

218

r j 7=() =9mm

r j 8=(r j 1-1) mm =10mm

r j 9=r j 10=r j 1-(1+1) mm =9mm

mm =6. 252mm tg 20︒

再以1点为基准点，计算出计算长度l jx r j 11=r j 12=r j 7-

l jx =基本长度±l j 2

公差

；2

=(47-42) mm =5mm =l j 3

l j 4=(5+15) mm =20mm

l j 5=20mm l j 6=10mm l j 7=47mm

3.4计算切削刃总宽度Lc, 并校验

L c =l j 7

L c

之值 d min

+a +b +c +d =(47+3+2+6+0. 5) mm =58. 5mm ，取L c =59mm

L c 59

=≈4. 4724 d min 13. 192

d min =2r j 6=2⨯2⨯3. 298mm =13. 192mm , 则

L c

之值大于最大许用值，故在已确定径向进给的情况下，在工件非切削部分增设助支承d min

——滚轮托架，以增加工艺系统刚度。

3.5确定结构尺寸

应使d o =2R o ≥2(A m ax +e +m ) +d

因

R o ——刀具廓形的最大半径；

(d M -d m in ); 2

e ——是考虑有足够的容屑空间需要的。可按切削厚度和切屑的卷曲程度选取，一般取为3～12 mm。当工件为脆性材料时取小值，反之取大值； m ——刀体壁厚。由强度决定，一般取为5～8mm ；

d ——内孔直径。它应保证心轴和刀体有足够的强度和刚度。需按切削用量和切削力的大小选取，一般取为0.25～0.45d o ，计算后再取相近之标准值。 A max ——工件最大廓形深度，A m ax =

由表差得，C1336单轴转塔自动车床所用圆体成形车刀：d o =68mm , d =16mm

又已知毛坯半径为14mm ，则A m ax =16-r j 8=(16-10) mm =6mm ，代入上式，可得：

=(34-6-8) mm =20mm 2

可选取 e=12mm , m=8mm , 并选用带销孔得结构形式。

3.6用计算法求圆体成形车刀廓形上各点所在圆的半径Rx

其计算过程见表1：

标注廓形径向尺寸时，应选公差要求最严的12段廓形作为尺寸标注基准，其他各点用廓形深度表示其径向尺寸。

表1：圆体成形车刀廓形计算表

(e +m ) ≤R o -A m ax -

3.7廓形深度公差

查表得各点廓形公差为±0. 1mm

3.8检验最小后角

7-11段切削刃与进给方向(即工件端面方向) 的夹角最小, 因而这段切削刃上后角最小, 其值为 α0=αrctg [tg (ε11-γf 11) sin 20︒]=5. 27︒

一般要求最小后角不小于2︒~3︒, 因此检验合格

3.9车刀廓形宽度lx 即为相应工件廓形的计算长度ljx, 其数值及公差如下(公差值是按表2-5成形车刀的廓形公差确定的, 表中为列出者可酌情取为±0. 2mm ): l 2=l j 2=(5±0. 05) mm =l 3

l 4=l j 4=(20±0. 1) mm l 5=l j 5=(20±0. 1) mm l 6=l j 6=(10±0. 1) mm l 7=l j 7=(47±0. 1) mm

3.10画出刀具工作图（见图）

4. 矩形花键拉刀设计

4.1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=B×n ×Zi ，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。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。根据表30，选择W18Cr4V ，HRC62-65 4.2 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

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 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a f =0.05-0.08mm，在这取a f =0.07mm。5）拉刀几何参数

（（（（

根据表4-9，查得拉刀的前角γo =16-18o

根据表4-10，查得粗切齿的后角αo =3o+30‘，刃带b a =0.05-0.15；

精切齿的后角αo =1o ±15‘，刃带b a =0.05-0.15；校准齿的后角αo =1o ±15‘，刃带b a =0.7mm。（6）齿距及同时工作齿数

根据表4-12，拉刀齿距计算公式：l=80mm时，t=（1.3-1.6）l 1/2（mm ）同时工作齿数：Ze=（l/t）+1（取整）经计算得t=11.6-14.3，按表4-13取标准值为：t=14，Ze=6 （7）容屑槽

根据表4-14

，直线齿背容屑槽尺寸：

图2

t=14时，g=4.5mm，I 型的h=5.5mm，r=2.8mm

根据表4-16，容屑系数K 值当t=14，a f =0.07mm时，K=3.2 （8）分屑槽

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4-17, 每个刀齿的分屑槽数n k =b/5-10（取小值）当b=9时，s=3.0，b c =1.0，n c =0.5。

图3

9）校准部前角γ

o o o 校

=5，后角α

o 校

=1，齿距t 校=（0.6-0.8）t=8.4-11.2mm，取t 校=11mm

根据表4-23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=11X5=55mm 10）柄部

根据表4-25

查得圆拉刀柄部尺寸为：

图4

1=25mm，D ＇=19h13mm，D 2=35mm，l 1=75mm，l ＇=15mm，l ＇＇=28h13mm，c=5mm σb =35kg/mm2时刀茗强度允许拉力为23100kg 。 11）颈部及过度锥

拉刀颈部长度按下式计算：l 2≥m+B+A-l3＇mm

式中：B-机床床壁厚度，根据表4-30查得机床型号L6120，B=75mm 花盘法兰厚度，根据表4-30查得机床型号L6120，A=35mm

（（ D （ A-

m-卡头与机床床壁间隙，可取m=10-20mm，在这取20mm l3＇-过渡锥长度，一般l 3＇=10-20mm，在这取20mm 因此求得l 2≥110mm

。

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D 2可比柄部直径D 1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：L 1＇=l1+l2+l3＇+l3，其中l 1为拉刀进入卡头部分的长度，l 3为前导部长度。（12）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：

图6

说明：1、D 3等于前把拉刀最后刀齿的直径，偏差为表4-32。 2、d 3等于加工的花键孔最小内径减0.5mm ，只准许负偏差。

3、b 3等于前一把拉刀花键齿宽减0.02mm 。 4、l 3=（0.75-0.1）l 5、a=5-10mm

后导部：

图7

说明：1、d 4等于拉刀花键齿最大外径减0.05mm ，偏差取-0.2mm 。 2、b 4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。

（13）拉刀总长度

L=L1＇+l切+l校+l后+l尾，一般拉刀总长度与直径比L/do ≤35 根据表4-33，当d o=30mm 时，L max =1300mm （14）拉刀强度校检 1o 拉削力计算

根据表4-34，F max =P＇·n ·b ·Z e （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 ＇=19.6（kg/mm） Ze—最大同时工作齿数，Ze=6 n—花键键数，n=6 b—键宽，b=7mm

因此F max =19.6×46.3×5=4537.4（kg ）

2o 拉刀强度校验

校验公式：σ=Fmax /Amin ≤[σ]

式中：F max —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（mm 2）

[σ]—拉刀材料允许的拉应力，表4-36查得[σ]=35-40（kg/mm2）柄部D=29mm，A=768.185mm2，所以σ=Fmax /Amin =4537.4/768.185=591≤[σ] 因此，合格。 3o

拉床拉力校验校验公式：F max ≤k[Qmax ]

式中：[Qmax ]—拉床允许的最大拉力，由表4-30得[Qmax ]=20000kg k—系数，由于是良好状态的旧机床，k 取0.8。因此，k[Qmax ]=0.8×20000=16000kg＞F max

所以，合格。

4.3 刀具的全部计算（包括计算公式和计算结果）

表2

4.4 对技术条件的说明 4.4.1 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 ）

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

5`前导部，后导部长度偏差取±1mm 。

6`容屑槽深偏差：当h

5. 总结：

金属切削刀具课程设计是我们在学完《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。通过本次课程设计，我学到了：课程设计作为工科院校大学生的必修环节，不仅是巩固大学生大学所学知识的重要环节，而且也是在检验毕业生综合应用知识的能力、自学能力、独立操作能力和培养创新能力，是大学生参加工作前的一次实践性锻炼。

在这次课程设计中，通过对有关知识的梳理，对各手册的查阅，并在复习并运用所学软件AUTOCAD 的运用后我的设计水平有所增加，而且它对能力的提高也很有帮助。具体有以下几点收获：

1. 掌握了金属切削刀具的设计和计算方法； 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，能标出必要的技术条件。

这次设计圆满结束了，以后面对的是工作和学习中更多的学习和需要解决的问题，我会在这次设计经历的鼓舞下更有信心地走下去，不断努力做得更好！ 6参考文献

[1]刘华明编. 金属切削刀具设计简明手册. 机械工业出版社， [2]东华大学编 . 画法几何及工程制图 . 上海科学技术出版社， [3]乐兑谦编. 金属切削刀具（第2版） . 机械工业出版社. [4]庞学慧，武文革编. 互换性与测量技术基础. 国防工业出版社， 7 附表1矩形花键拉刀齿序表