矩形花键拉刀的设计

目 录

1 前 言 ......................................................... 1 2 绪论 .......................................................... 1 2.1 刀具的发展 .................................................. 2 2.2 本课题研究的目的 ............................................ 2 3 刀具设计 ...................................................... 3 3.1 矩形花键拉刀设计 ............................................ 3 3.2刀具结构参数及各部分功用 .................................... 3 3.3拉刀几何参数的选择和设计 .................................... 5 3.4花键齿部分的计算 ............................................ 7 3.5圆孔齿部分的计算 ............................................ 9 3.6其他部分的计算 ............................................. 10 3.7拉削力计算及校验 ........................................... 12 3.8对技术条件的说明 ........................................... 13 3.9对刀具的安装、使用的要求 ................................... 14 4 小结 ......................................................... 15 5 致谢 ........................................................ 16 6参考文献................................................. 17

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1 前 言

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。刀具课程设计是在学完刀具课以后，进行一次学习设计的综合性练习，也是一次理论联系实际的训练。通过设计，运用所学过的基础课、技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固、加深和扩大所学知识的目的。同时学习查阅有关的设计手册、设计标准和资料，达到积累设计知识和提高设计能力的目的。本次课程设计完成了矩形花键拉刀刀具的设计和计算工作，说明书包括刀具类型材料的选择，刀具结构参数、几何参数的选择，刀具的全部计算，对刀具的技术使用要求，安装使用要求，巩固深化了课堂理论教学内容，运用各种设计资料、手册和国家标准进行设计，培养了我们独立分析解决问题的能力。

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。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。

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2 绪论 2.1 刀具的发展

随着社会的发展，时代的进步，刀具在生产中的用途越来越广.刀具的发展在一定程度上决定着生产率，中国加入WTO后，各行各业面临的竞争越来越激烈，一个企业要有竞争力，其生产工具必须具有一定的先进性.中国作为一个农业大国，其在机械方面的发展空间相当大，而要生产不同种类的零件，不管其大小与复杂程度，都离不开刀具. 目前，在金属切削技术领域中，我国和先进的工业国家之间还存在着不小的差距，但这种差距正在缩小。随着工厂、企业技术改造的深入开展，各行各业对先进刀具的需要量将会有大幅度的增长，这将有力地促进金属切削刀具的发展 2.2 本课题研究的目的

课程设计作为工科院校大学生的必修环节，不仅是巩固学生大学所学知识的重要环节，而且也是在检验大学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。

通过本课题设计可以达到以下目的：

（1）综合运用学过的专业理论知识，能独立分析和拟订某个刀具合理的工艺路线，具备设计中等复杂刀具零件的能力。

（2）能根据被加工零件的技术要求，运用刀具设计的基本原理和方法，掌握一些专用刀具设计方法，完成刀具结构设计，提高刀具设计能力。

（3）熟悉和学会使用各种手册，能善于使用网络搜寻一些设计的相关资料，掌握一定的工艺制订的方法和技巧。

（4）进一步提高计算机操作的基本技能﹑CAD及Pro/engineer软件应用能力(造型设计与自动编程)﹑仿真模拟软件的应用。

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3 刀具设计

3.1 矩形花键拉刀设计 3.1.1被加工零件 如图（1）所示

（图1）

3.1.2工件材料为：硬铝LY12；硬度HBS115 ；强度σb =490Mpa；工件长度L=40mm 3.2刀具结构参数及各部分功用 3.2.1拉刀的结构

图（2） 表1

代号 名 称 1 2 柄部 颈部 功 用 夹持拉刀，传递动力 连接柄部和后面各部，其直径与柄部相同或略小，拉刀材3

料及规格等标记一般打在颈部。 3 4 5 6 过度锥 前导部 切削部 校准部 颈部到前导部的过渡部分，使拉刀容易进入工件孔中。 起引导拉刀切削部进入工件的作用， 担负切削工作，包括粗切齿、过渡齿及精切齿。 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。 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。 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。 7 后导部 8

尾部 3.2.2切削方式

采用分层拉削方式中的同廓式拉削方式 3.2.3拉削余量 对于花键孔A=De-Do 3.2.4拉刀刀齿结构：

表（2）

名称 前刀面 后刀面 副后刀面 刃带 切削流出的表面 最终形成已加工表面的面 功用 刀齿上和已加工表面相对的表面、分屑槽两侧面 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 副切削刃 过渡刃 刀尖 容屑槽 分屑槽 是前后刀面的交线 是前刀面和副后刀面的交线，分屑槽中也有两条副切削刃 可以是直线或圆弧，它有助于减缓刀尖的磨损 主副切削刃的相交点 其形状必须有利于切屑卷曲，并能宽敞地容纳切屑 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，4

从而改善拉削状况 棱 齿背 刀齿后刀面与齿背的交线 容屑槽中靠近后刀面的部分 3.3拉刀几何参数的选择和设计 3.3.1拉刀材料 W18Cr4v 3.3.2齿升量af

查表5-1(书)得3.3.3齿距P

粗切齿p(1.25~1.5)l 过渡齿p过p粗

精切齿，当p10mm时，p精p

（0.6~0.8）p 校准齿p校

故：

5

p粗7.7~9.2 取p粗8mm；

p过8mm；

p精8mm；

p校4.8~6.4 取p校5mm； 3.3.4同时工作齿数Ze

Zel1 (略去小数) p40Ze816

3.3.5拉削余量切除顺序

根据表4-27（手册）加工顺序为: 倒角，花键，圆孔 3.3.6 倒角齿测量值M 书上公式

B1B2f sin1B1/d 倒角值 30

x901

Mdmaxcosx(表4-42) 2B16218

sin10.3076

117.92

x903017.9242.079

M=9.6

3.3.7倒角与键侧交点的直径dB tanBBsin

dsin(1)BcosB sinB dB tanB0.2127

B12

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dB28.83 mm

3.3.8最后一个倒角齿直径d2

d2dB(0.1~0.3) d228.93~29.13 取d229mm 3.3.9倒角齿切削余量A倒

A倒d2D0min A倒29263mm

3.3.10倒角齿齿数Z倒

A倒 Z倒

2af 取整数 Z倒30

3.3.11倒角齿部分的长度l倒

l倒pZ倒18

l倒258

3.4花键齿部分的计算 3.4.1第一个花键齿直径D花1 D花1d20.1 D花1290.128.9 3.4.2花健校准齿直径D花校

D花校Demax D花校32.098mm 3.4.3花键拉削余量A花

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A花D花校D花1 A花32.09828.93.198mm

3.4.4花键切削齿齿数Z花切

Z花切A花2af(3~5)

Z花切35

3.4.5花键切削部分长度l花切

l花切pZ花切

3.4.6花键校准齿齿数Z花校； 查表5-4：

取 Z花校=6

3.4.7花键校准部分长度l花校

l花校p校Z花校

l花校5630mm

3.4.8花键齿部分总长l花

l花l花校l花切12

l花322mm

3.4.9花键齿廓形尺寸；齿宽度b；棱面宽f；副偏角r/； 由表4-28得：

bBmax

f=0.8 — 1 mm

'1~130'

b6.03

取f1mm 取'1

3.5圆孔齿部分的计算 3.5.1圆孔校准齿直径D圆校

D圆校dmax

8

D圆校0

26.021mm

3.5.2圆孔拉削余量

0.005dm0.075l

0.76

3.5.3圆形切削齿齿数Z圆

Z圆2af(3~5)

Z圆10

3.5.4圆形齿部分长度l圆切

l圆切pZ圆 l圆切80mm

3.5.5圆形校准齿齿数Z圆校 查表5-4

Z圆校6

3.5.6圆形校准部分长度l圆校

l圆校p校Z圆校

l圆校30mm

3.5.7圆形齿部分总长l圆

l圆l圆切l圆校

l圆110mm

3.6其他部分的计算

3.6.1容屑槽尺寸h r g R 查表4—28（手册）取基本槽

h2.5mm

g3mmr1.3mm

R=5mm

3.6.2校准齿容屑槽尺寸h校 r校 g校 R校

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由表 4—28

h校2mm r校1mm

g校3mm

R5mm

3.6.3分屑槽 查表4-13

3.6.4前导部尺寸d3 l3

3.6.5后导部尺寸d4 l4

3.6.6切削角度及刃带宽0 查表5-3查表4-2得：校b=6mm, s=2.0mm(类型I）

H'=0.5 B'=1.0mm

d3d

l3l

d3260.625.4mm

l340mm

d4dm

l4(0.5~0.7)l

d426mm

l420~28mm

取l428mm

0 ba o16

粗削齿03 刃带b10.110



精切齿0130' b10.1 校准齿01 b10.5

3.6.7过度锥长度l3/

l3/10~20mm

l315mm

3.6.7柄部尺寸d1 d1' L1 L2 L3 c 查表4—19

0.020d1250.053mm

'd1'1900.210mm

L125mm

L232mm

L390mm

C=4mm

3.6.8颈部长度l2

l2mBAl3/ m10~20

B,A见表 4—30

取m=15mm 床壁厚度 B=60mm 发兰盘A=30mm

l21560301590mm

3.6.9由柄部前端到第一个切削齿的距离lr

'lr'l3L3l2

lr409090220mm

3.6.10拉刀总长L

LL'rL倒L花L圆L后导部

L22025832211028938mm

3.7拉削力计算及校验

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3.7.1最大拉削力

FmaxF 查表4-22

'zdm2Ze

Fz'160

Ze5

dm26.021mm

Fmax32N

3.7.2拉削强度校验

Fmax Amin 直径最小的截面为柄部由表4—25查得

= 490

Amin

4d1'283.385mm2

2114.28MPa

合格

3.8对技术条件的说明 3.8.1拉刀各部分的表面光洁度

表（3）

部 位 刃带 前后刀面；前后导部；各种花键拉刀齿形表面 柄部；过渡锥；矩形花键拉刀表面侧隙面 容屑沟底及齿背，颈部 花键刀齿底径 （1）拉刀各部分尺寸偏差 12

Ra 0.4 0.8 1.6 3.2 12.5 （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-0.01mm

（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

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 3.8.2键槽拉刀的尺寸偏差

齿齿高偏差（mm） 表（4）

齿升量 0.05－0.08 齿高偏差 ±0.025 相邻齿高偏差 0.025 ②精切齿及校准齿齿高偏差取－0.015mm 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 3.8.3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 3.9对刀具的安装、使用的要求

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矩形花键的定位配合方式主要有大径定心、小径定心两种方式，采用大径定心配合方式，内花键大径通常在淬火处理前加工完成，在淬火后无法对内花键大径进行修整，由于热处理变形，造成内花键孔精度难以保证，容易导致在装配过程中内、外花键出现较大的配合间隙，而小径定心方式，具有加工工艺性好、稳定性高，加工精度易于保证的特点，并能采用热处理后进行磨削的工艺方案，使得花键获得较高的加工精度，不但可以克服大径定心热处理造成的矩形内花键大径严重变形影响而无法 修整的缺陷，且可以使设计精度等级进一步，有利于提高以花键作为基准孔的渐开线圆柱齿轮配合的精度，确保变速箱的稳定运行。

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4 小结

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。

大学三年的学习即将结束，在我们即将进入大四，踏入社会之前，通过课程设计来检查和考验我们在这几年的所学的知识，同时对于我们自身来说，这次课程设计很贴切地把一些实践性的东西引入我们的设计中和平时所学的理论知识相关联。为我们无论是在将来的工作或者是继续学习的过程中打下一个坚实的基础。

通过这一学期的学习和对有关资料的查阅，我运用所学的专业知识和从与专业相关联的课程为出发点，设计了刀具零件的工艺、编制了刀具零件的加工程序，并复习了所学软件AUTOCAD、PRO/E的运用，同时学习了其他一些相关软件的应用。在设计思想中尽可能体现了我所学的、掌握和了解的知识。

其次我从这次课程设计中获益匪浅，在以后的工作中，肯定会遇到许多困难，但回想起这设计经历的时候，我就萌发出那种和困难做斗争的勇气。 当然由于设计经验的不足，在设计过程中难免有不足和缺点，但是我绝得得到教训也算是一种收获吧。

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5 致谢

通过这次实践机会，我熟悉了矩形花键拉刀的结构及其功能，将理论知识运用到实践中，并且学会利用图书资料及网络材料查询自己需要的知识，总体上提高了设计能力。本次设计是在老师的悉心指导下完成的。他学识渊博、工作务实、积极进取的勇气和魄力、以及对学生从严要求的治学态度都深深感染了我，值得我终身学习。他无私的奉献精神是我毕生学习和追求的目标。在今后的学习和生活之中，老师的教诲必将激励我不断奋发向上。

同时也要感谢与我相关的课题组的同学，他们在设计中给了我很大的帮助，和他们的讨论时常使我豁然开朗，他们给了我很多很好的设计建议，使我的设计加快了进程。 在此向所有给予我帮助和支持的老师和同学表示深深的谢意！

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6 参考文献

[1]刘华明.金属切削刀具设计简明手册.北京：机械工业出版社，1997 [2]乐兑谦.金属切削刀具.北京：机械工业出版社,2005

[3]上海市金属切削技术协会编.金属切削手册.上海：上海科学技术出版社,1982.5 [4]公差与配合手册.北京：机械工业出版社,2000 [5]拉刀设计与使用.北京：机械工业出版社,1984

[6]庞学慧、武文革、成云平.《互换性与测量技术基础》.北京：国防工业出版社,2006 [7]杨晶、刘云.机械工程材料基础．北京：兵器工业出版社，2002.12

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