金属切屑刀具设计圆体成形车刀棱体成形车刀圆拉刀的设计.docx

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金属切屑刀具设计圆体成形车刀棱体成形车刀圆拉刀的设计

湖南工学院

金属切屑刀具课程设计说明书

题目圆体成形车刀、棱体成形车刀和圆拉刀的设计

专业级班

姓名学号

指导老师职称

20**年6月12日

圆体成形车刀设计

设计说明及计算

备注

设计课题：

工件如下图所示，材料为σb=0.65GPa碳钢棒料，成形表面粗糙度为Ra3.2um，在C1336型单轴自动车床上加工。

要求设计圆体成形车刀。

设计步骤如下：

1）选择刀具材料

查高速钢牌号及用途表，选用普通高速钢W18Cr4V制造。

2）选择前角γf及后角αf

根据材料的力学性能，查成形车刀的前角和后角表得：

γf=10°，αf=12°。

3）画出刀具廓形（包括附加刃）计算图如下

取kr=20°，a=2mm，b=1.5mm，c=5mm，d=1mm。

标出工作廓形各组成点1-12。

以0-0线（通过9-10段切削刃）为基准（以便于对刀），计算出1-12各点处的计算半径rjx（为避免尺寸偏差值对计算准确性的影响，故常采用计算尺寸、计算半径、计算长度和计算角度来计算）：

a、b、c、d------成形车刀的附加刀刃；

a------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—3mm；

b------为考虑工件端面的精加工和倒角而设的附加刀刃宽度，其数值应大于端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kr=15°--45°，b值取为1—3mm；如工件有倒角，kr值应等于倒角角度值，b值比倒角宽度大1—1.5mm；

c------为保证后续切断工序顺利进行而设的预切槽刀刃宽度，c值常取3—8mm；

d------为保证成形车刀刃延长到工件毛坯表面之外而设的附加刀刃宽度，常取d=0.5—2mm。

rjx=基本半径±（半径公差/2）

rj1=22.64/2mm=11.32mm

rj2=28/2mm=14mm

rj4=25/2mm=12.5mm

再以1点为基准点，计算出计算长度ljx

lj2=10mm

lj3=20mm

lj4=27mm

lj5=35mm

4）计算切削刃总宽度Lc，并校验Lc/dmin之值

Lc=lj5+a+b+c+d=35+2+1.5+5+1=44.5mm

dmin=2×rj1=2×11.32=22.64mm

则

，允许。

5）确定结构尺寸

应使

查带销孔圆体成形车刀结构尺寸表得：

C1336单轴转塔自动车床用圆体成形车刀：

d0=68mm，d=16mm，又知毛坯半径为15mm，则Amax=15-rj1=15-11.32=3.68mm≈3.7mm，代入上式，可得

可选取e=12mm，m=10mm，并选用带销孔的结构形式。

6）用计算法求圆体成形车刀廓形上各点所在圆的半径Rx

计算结果列于下表:

廓形组成点

rjx

γfx=arc

sin（rj0/

rjxsinγf）

Cx=rjxcosγfx-

rj0cosγf

Bx=B0-Cx

εx

=arctg

（hc/Bx）

Rx=hc/

sinεx

ΔR=（R1-Rx）

+δ

11,12（作为0点）

10.82

10°

ΔP0

=0.465±0.1

1

11.32

γf1=arc

sin（10.82

/11.32×sin10°）=9.56°

C1=11.32×cos9.56°-10.82×cos10°=0.5072

B1=31.5243

-0.5072=

31.0171

ε1=arctg

（12.7366

/31.0171）=

22.32°

R1=12.7366

/sin22.32

=33.535

0

2,3

14

7.71°

3.2178

28.3065

24.225°

31.041

2.494±0.2

4,5

12.5

8.644°

1.7024

29.8201

23.128°

32.426

1.109±0.1

6,7

9.753

11.107°

-1.0853

32.6096

21.335°

35.008

-1.473±0.1

7）根据上表计算数值确定各点廓形深度ΔR的公差。

8）校验最小后角

5-6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a0=arctg[tg（ε6-γf6）sin20°]=arctg[tg（21.335-11.107）sin20°]=3.53°

一般要求最小后角不小于2°-3°，因此校验合格。

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（公差是按刀具设计手册第29页表2-5成形车刀廓形公差表确定）

l2=lj2=（10+0.2）mm

l3=lj3=（20+0.1）mm

l4=lj4=（27+0.2）mm

l5=lj5=（35+0.2）mm

10）画出车刀零件图及样板图

车刀零件图及样板图见零件图和样板图图纸。

高速钢牌号及用途表出自金属切削刀具设计简明手册第113页附表5。

注：

在本课程设计中本书后面简称刀具设计手册。

成形车刀前角和后角表见刀具设计手册第28页表2-4。

此表出自刀具设计手册第27页表2-3

此表内公差根据刀具设计手册第29页表2-5成形车刀廓形公差表确定

棱体成形车刀设计

设计说明及计算

备注

设计课题

如图所示，材料为易切钢，σb=0.49GPa，成形表面粗糙度为Ra3.2um。

要求设计棱体成形车刀。

设计步骤如下：

1）选择刀具材料

查高速钢牌号及用途表，选用普通高速钢W18Cr4V制造。

2）选择前角γf及后角αf

根据材料的力学性能，查成形车刀的前角和后角表得：

γf=20°，αf=15°。

3）画出刀具廓形（包括附加刃）计算图如下

取kr=20°，a=2mm，b=1.5mm，c=5mm，d=1mm。

标出工作廓形各组成点1-12。

以0-0线（通过9-10段切削刃）为基准（以便于对刀），计算出1-12各点处的计算半径rjx（为避免尺寸偏差值对计算准确性的影响，故常采用计算尺寸、计算半径、计算长度和计算角度来计算）：

a、b、c、d------成形车刀的附加刀刃；

a------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—3mm；

b------为考虑工件端面的精加工和倒角而设的附加刀刃宽度，其数值应大于端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kr=15°--45°，b值取为1—3mm；如工件有倒角，kr值应等于倒角角度值，b值比倒角宽度大1—1.5mm；

c------为保证后续切断工序顺利进行而设的预切槽刀刃宽度，c值常取3—8mm；

d------为保证成形车刀刃延长到工件毛坯表面之外而设的附加刀刃宽度，常取d=0.5—2mm。

rj1=16/2mm=8mm

rj3=12/2mm=6mm

rj5=18/2mm=9mm

rj7=rj5-1/tg20°=6.253mm

rj11=rj1-1=7mm

rj13=rj1-1.5=6.5mm

再以1点为基准点，计算出计算长度ljx

lj2=2mm

lj3=5mm

lj4=8mm

lj5=12mm

lj6=15mm

Lc=lj6+a+b+c+d=15+2+1.5+5+1=24.5mm

4）确定刀具结构尺寸

查棱体成形车刀结构尺寸表，根据Lc确定各参数如下：

F=20mm，B=25mm，H=75mm，E=7.2，f=5mm，d’=5mm，M=27.870-0.1

5）用计算法求出N-N剖面内刀具廓形上各点至12、13点（零点）所在后刀面的垂直距离，之后选择1-2段廓形为基准线，计算出刀具廓形上各点到该基准线的垂直距离ΔPx，即为所求的刀具廓形深度，并确定各点ΔPx公差，计算结果列于下表:

h=rj0sinγf=6.5×sin20°=2.223A0=rj0cosγf=6.5×cos20°=6.108

廓形

组成点

rjx

γfx=arc

sin（h/rjx）

Ax=rjx

cosγfx

Cx=Ax-A0

Px=Cxcos

（γf+af）

ΔP=

（px-p1）+δ

12,13作为零点

6.5

20°

ΔP0=

-1.292±0.1

1,2

8

γf1=arc

sin（2.223/8）

=16.135°

A1=8×cos

16.135°=

7.685

C1=7.685-

6.108=

1.577

P1=1.577×

cos（15+20）

=1.292

0

3,4

6

21.746°

5.573

-0.535

-0.438

-1.73±0.1

5,6

9

14.3°

8.721

2.613

2.14

0.848±0.1

7,8

6.253

20.824°

5.845

-0.263

-0.215

1.507±0.1

11

7

18.516°

6.638

0.53

0.434

-0.858±0.05

6）校验最小后角

6-7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a0=arctg[tg（ε7-γf7）sin20°]=arctg[tg（80.252-20.824）sin20°]=30.07°

一般要求最小后角不小于2°-3°，因此校验合格。

7）确定棱体成形车刀廓形宽度lx，即为相应工件廓形的计算长度ljx，其数值及公差如下（公差是按刀具设计手册第29页表2-5成形车刀廓形公差表确定）

l2=（2+0.04）mm=2.04mm

l3=（5+0.06）mm=5.06mm

l4=（8+0.06）mm=8.06mm

l5=（12+0.1）mm=12.1mm

l6=（15+0.1）mm=15.1mm

8）确定刀具的夹固方式

采用燕尾斜块式。

9）绘制棱体成形车刀的零件图与样板图

棱体成形车刀零件图及样板图见零件图和样板图图纸。

高速钢牌号及用途表出自刀具设计手册第113页附表5。

成形车刀前角和后角表见刀具设计手册第28页表2-4。

棱体成形车刀结构尺寸表出自刀具设计手册第25页表2-1

表中公差根据刀具设计手册第29页表2-5成形车刀的廓形公差表确定

圆孔拉刀设计

设计说明及计算

备注

设计课题

如图所示，材料为σb=0.735GPa的45钢料，硬度为185—220HBS。

内孔尺寸φ20H7×30mm；在L6120型卧式拉床上加工，拉床工作状态良好。

要求设计圆拉刀。

拉前预制孔用麻花钻或扩孔钻作出。

设计步骤如下：

1）选择拉刀的材料及热处理硬度，查高速钢牌号及用途表选择W6Mo5Cr4V2高速钢按整体式制造拉刀，热处理要求：

刀齿及后导部63—66HRC；前导部60—66HRC；前柄45—58HRC。

2）确定拉削方式综合式拉刀较短，适于拉削碳钢和低合金钢，拉削精度和表面质量并不低于其它拉削方式，且拉刀耐用度较高。

因此，本例选择综合式拉削。

3）选择刀齿几何参数查拉刀前角及后角推荐值表，选择拉刀前角γ0=15°，粗切齿：

α0=3°30′,ba1=0.1精切齿：

α0=2°30′,ba1=0.15　校准齿:

α0=1°30′,ba1=0.2。

4）确定校准齿直径

d拉刀校准齿=d拉削孔+δ=20.035mm

式中δ-----拉削变形（收缩）量，δ=0.01mm.

5）确定拉削余量，计算余量为

按GB1439-78《锥柄长麻花钻》第1系列取φ19.0mm的钻头。

这样实际拉削余量为

A=20.035-19.0=1.035mm

6）选取齿升量查分层式拉刀粗切齿齿升量表，选取粗切齿齿升量af=0.03mm。

7）设计容屑槽

（1）计算齿距查拉刀齿距及同时工作齿数表，粗切齿与过渡齿齿距为

取p=8mm.

精切齿和校准齿齿距取为

（2）选取拉刀容屑槽查拉刀容屑槽形状及尺寸表，选曲线齿背型，粗切齿和过渡齿取深槽，h=3mm；精切齿和校准齿取基本槽，h=2mm。

（3）校验容屑条件查拉刀容屑槽容屑系数表取容屑系数k=3.0，则

h’

（4）校验同时工作齿数查表拉刀齿距及同时工作齿数表，得（l/p）=30/8=3，zemin=3，zemax=3+1=4。

满足3≤ze≤8的校验条件，校验合格。

8）确定分屑槽参数拉刀粗切齿与过渡齿采用弧形分屑槽，精切齿（最后一个精切齿除外）采用三角形分屑槽。

弧形槽按圆拉刀弧形分屑槽参数设计，当d0min=19mm，槽数nk=6，槽宽

切削宽度

因aw>a，可使拉削表面质量较好，前后刀齿重叠拉削而无空隙。

三角形槽按圆拉刀三角形分屑槽参数设计，d0=20mm，槽数

槽宽b=0.8—1mm，槽深h’=0.4mm，槽形角ω≥90°。

前后刀齿的分屑槽应在圆周方向错开半个槽距，交错排列。

9）选择拉刀前柄查圆柱形前柄GB3832.2-83选用Ⅱ型-A无周向定位面的圆柱形前柄，取d1=18mm，卡爪处底径d2=13.5mm，其他见拉刀零件图。

拉刀不设后柄。

10）校验拉刀强度与拉床载荷

（1）拉削力的计算

查拉削力计算公式及修正系数表和拉刀切削刃切削力表，根据综合式拉削特点，切削厚度ac=2af:

（2）拉刀强度校验

拉刀最小断面为前柄卡爪底部，其面积为：

危险断面部位的拉应力为：

查高速钢拉刀许用应力表高速钢圆拉刀许用应力[σ]=0.35—0.4GPa，显然σ<[σ]，拉刀强度校验合格。

（3）拉床拉力校验

已知使用的拉床L6120状态良好，查拉床参数表得知L6120公称拉力为200KN，查拉床工作状态修正系数表得修正系数k=0.8，所以拉床实际拉力

显然，Fmax

11）确定拉刀齿数和每齿直径尺寸

取过渡齿与精切齿齿升量为：

0.025,0.02,0.015,0.01,0.01mm，共切除余量

其中，前2齿为过渡齿；后3齿为精切齿。

粗切齿齿数为：

粗切齿、过渡齿、精切齿共切除余量

因（1.035-1.04）mm=-0.005mm，切除过多，因此将最后一个精切齿齿升量改为0.005mm。

查拉刀校准部齿数表取校准齿6个，其直径dox=20.035。

这样拉刀的总齿数为：

各齿直径尺寸及其公差见下表:

齿号

直径基本尺寸D（mm）

直径尺寸公差（mm）

1

19.000

±0.015

2

19.080

3

19.160

4

19.240

5

19.320

6

19.400

7

19.480

8

19.560

9

19.640

10

19.720

11

19.800

12

19.880

13

19.930

±0.010

14

19.970

15

20.000

-0.010

16

20.020

17

20.030

18

20.035

0

-0.005

19

20.035

20

20.035

21

20.035

22

20.035

23

20.035

12）设计拉刀其他部分

查拉刀刀柄颈部、过渡锥部、前导部和后导部参数设计表，选取参数如下：

前柄l1=80mm，d1=18mm

颈部l2=m+Bs+A-l3=10+75+35-10≈110mm，d2=17.5mm

过渡锥l3=10mm

前导部l4=40mm，d4=dwin=19f7mm

后导部l7=20mm,d7=dmmin=20f7mm

拉刀前柄端面至第1刀齿的距离

13）计算和校验拉刀总长

粗切齿与过渡齿长l5=8×（12+2）=112mm

精切齿与校准齿长l6=5×（3+6）=45mm

拉刀总长

查圆孔拉刀的最大总长度参数表，得知此拉刀最大允许长度为：

显然L

14）绘制圆孔拉刀零件图

见圆孔拉刀零件图。

高速钢牌号及用途表出自刀具设计手册第113页，附录表-5

拉刀前角及后角推荐表出自刀具设计手册第66页表4-2，表4-3

分层式拉刀粗切齿齿升量表出自刀具设计手册第67页表4-4，拉刀齿距及同时工作齿数表出自刀具设计手册第69页表4-7,拉刀容屑槽形状及尺寸表出自刀具设计手册第69页表4-8，拉刀容屑槽容屑系数表出自刀具设计手册第71页表4-10

圆拉刀弧形分屑槽参数设计和拉刀三角形分屑槽参数设计参考刀具设计手册第71，72页表4-11，表4-12

圆柱形前柄GB3832.2-83参考刀具设计手册第73页表4-17

拉削力计算公式及修正系数表和拉刀切削刃切削力表参考刀具设计手册第76，77页表4-20，表4-21，表4-22

拉床参数表及拉床工作状态修正系数表参考刀具设计手册第78页表4-23，表4-24

拉刀校准部齿数表参考刀具设计手册第73页表4-14

拉刀刀柄颈部、过渡锥部、前导部和后导部参数设计表参考刀具设计手册第75页表4-19

圆孔拉刀的最大总长度参数表参考刀具设计手册第78页表4-26

设计小结

这次刀具课程设计，是我们第一次较全面的金属切削刀具知识的综合运用，通过这次练习，使得我们对金属切削刀具基础知识有了一个较为系统全面的认识，加深了对所学知识的理解和运用，将原来看来比较抽象的内容实现了具体化，初步掊养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用相关课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展了有关金属切削刀具设计方面的知识。

通过制订设计方案，合理选择各种参数，正确计算金属切削刀具的各项尺寸，以及针对课程设计中出现的问题查阅资料，大大扩展了我们的知识面，培养了我们在本学科方面的兴趣及实际动手能力，对将来我们在此方面的发展起了一个重要的作用。

本次课程设计是我们对所学知识运用的一次尝试，是我们在刀具知识学习方面的一次有意义的实践。

在本次课程设计中，我独立完成了自己的设计任务，通过这次设计，弄懂了一些以前书本中难以理解的内容，加深了对以前所学知识的巩固。

在设计中，通过老师的指导，使自己在设计思想、设计方法和设计技能等方面都得到了一次良好的训练。

参考文献

[1]金属切削原理，陈日曜主编，北京：

机械工业出版社，2007

[2]金属切削刀具，乐兑谦主编，北京：

机械工业出版社，2007

[3]金属切削刀具设计简明手册，刘华明主编，北京：

机械工业出版社，2005

[4]刀具设计手册，袁哲俊，刘华明主编，北京：

机械工业出版社，1999

[5]非标刀具设计手册，许先绪主编，北京：

机械工业出版社

附件图纸

圆拉刀零件图

棱体成形车刀廓形计算图

棱体成形车刀零件图

棱体成形车刀样板图

圆体成形车刀零件图

圆体成形车刀廓形

圆体成形车刀样板图