矩形花键拉刀矩形花键铣刀设计说明书刀具课程设计.doc

目录
1 说明······································································3
2 矩形花键拉刀··························································4
2．1 设计规定···························································4
2．2 设计环节···························································4
2.2.1 花键孔尺寸····················································4
2.2.2 拟定拉削余量··················································4
2.2.3 齿升量的选择··················································5
2.2.4 切削几何参数选择·············································5
2.2.5 拟定校准齿直径················································6
2.2.6 倒角齿参数计算················································6
2.2.7 拟定齿距p及同时工作齿数····································7
2.2.8 容削槽的设计··················································7
2.2.9 拉刀的分削槽形状·············································8
2.2.10 花键齿截型设计··············································8
2.2.11 粗算切削齿齿数··············································9
2.2.12 计算切削齿部分长度········································10
2.2.13 拉刀尺寸设计···············································10
2．3 拉刀强度及拉床拉力校验··········································13
2.3.1 拉削力·······················································13
2.3.2 拉刀强度校验················································13
2.3.3 拉床拉力校验················································13
2．4 拟定拉刀的技术条件················································14

3 矩形花键铣刀·························································15
3．1 设计规定··························································15
3．2 设计环节··························································15
3.2.1 花键轴尺寸···················································15
3.2.2 具体参数设计················································15
3.2.3 齿形高度和宽度··············································16
3.2.4 铣刀的孔径和外径············································16
3.2.5 铣刀的齿数··················································17
3.2.6 铣刀的后角及铲削量·········································17
3.2.7 铣刀的容削槽和分削槽·······································18
3.2.8 校验·························································18
3．3 矩形花键铣刀的技术条件··········································19
3.3.1 表面粗糙度（按GB1031－68）·································19
3.3.2 尺寸公差·····················································19
3.3.3 形状位置公差················································19
3.3.4 齿形误差·····················································20
3.3.5 材料及热解决················································20
4 参考文献······························································21
1 说明
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中的所学，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。
我的课程设计课题目是矩形花键拉刀与矩形花键铣刀的设计。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。我运用本次课程设计的机会对以往所有所学知识加以梳理检查，同时又可以在设计当中查找自己所学的局限性从而加以填补，使我对专业知识得到进一步的了解和系统掌握。
由于本人水平有限,设计编写时间也比较仓促,在我们设计的过程中会碰到一些技术和专业知识其它方面的问题，再加上我们对知识掌握的限度，所以设计中我们的设计会有一些不尽如人意的地方, 为了共同提高此后设计设计的质量，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,不胜感激之至.

2 矩形花键拉刀
2．1 设计规定

被加工零件如图1.所示
工件材料为 45钢；
硬度 HBS180；
强度 σb = 610Mpa；
工件长度 L=30mm。

2．2 设计环节
2.2.1 花键孔尺寸
外径：
内径： d=
键宽：
键数：

2.2.2 拟定拉削余量
拉削余量A是拉刀各刀齿应切除金属层的厚度总和。应在保证去除前道工序导致的加工误差和表面破坏层前提下，尽量使拉削余量减小，缩短拉刀长度。拉削余量的计算公式如课本表15-1所列。
由于加工花键，孔型为花键孔，且外圆ф46H10，内圆ф42f7
此处假设加工工件的孔径为ф41
倒角齿切削余量：
= -44.944-41.000=3.944mm
圆孔拉削余量：
=d-42.025-41.000=1.025mm
花键拉削余量：
==46.100-44.944=1.156mm

2.2.3 齿升量的选择
齿升量 在拉削余量拟定的情况下，齿升量越大，则切除所有余量所需的刀齿数越少，拉刀的长度缩短，拉刀制造较容易，生产效率也可提高。但齿升量过大，拉刀会因强度不够而拉断，并且拉削表面质量也不容易保证。
通过课本表15-4知，=0.05～0.08。
取=0.07。

2.2.4 切削几何参数选择
⑴ 前角 拉刀前角一般是根据加工材料的性能选取。材料的强度（硬度）低时，前角选大一些。根据课本表15-5，工件材料钢材、硬度HBS180，得前角=16°～18°、精切齿与校准齿倒棱前角 =5°。
⑵ 后角 拉削时切削厚度很小，根据切削原理中后角的选择原则，因取较大后角。由于内拉重磨前刀面，如后角取的很大，刀齿直径就会减小的不久，拉刀试用寿命会显著缩短。因此，内拉刀切削齿后角都选得较小，校准齿后角比切削齿的更小。但当拉削弹性大的材料（如钛合金）时，为减小切削力，后角可取得稍大一些。根据课本表15-6，花键拉刀粗切齿后角 =2°30'+1°、刃带=0.05～0.15，花键拉刀精切齿后角 =2°+30'、刃带=0.1～0.2，花键拉刀校准齿后角 =1°+30'、刃带=0.2～0.3。
⑶ 刃带宽度 拉刀各刀齿均留有刃带，以便于制造拉刀时控制刀齿直径；校准齿的刃带还可以保证沿前刀面重磨时刀齿直径不变。
⑷ 小结
粗切齿：前角=17° 后角 =2°30'+1° 刃带=0.1
精切齿：前角=17° 后角 =2°+30' 刃带=0.15
校准齿：前角=17° 后角 =1°+30' 刃带=0.25

2.2.5 拟定校准齿直径
花键齿和圆形齿的扩张量，查表可得为5µm，倒角齿不设校准齿
根据公式：=±δ
花键齿校准齿：花=46.100-0.005=46.095mm
圆形齿校准齿：圆=42.025-0.005=42.020mm

2.2.6 倒角齿参数计算
倒角刀齿用于切出键槽底所需倒角尺寸f，也可用作为清除键槽齿毛刺之用。
已知键槽宽度B=8mm，圆孔拉刀的校准齿直径圆=42.020mm，倒角角度θ=30°，倒角尺寸f=1mm
=B+2f=8+2=10mm
===0.238
==13.768°
==
=90°-θ-=46.232°
M==14.527mm
==29.054mm
==6.928mm
=-=22.126mm
=0.181
=10.259
==44.944mm
最后一个倒角齿直径: = 45.144mm

2.2.7 拟定齿距p及同时工作齿数
齿距P为相邻两刀齿间的轴向距离。齿距P的大小重要影响容屑槽的尺寸和同时工作齿数的多少。拟定齿距P时一方面应满足容屑空间的需要，另一方面应使同时工作齿数多于3个。拉刀切削齿距P一般按下列经验公式求也：P=（1.75～2） 式中L——拉削长度。过渡齿齿距等于P，精切齿及校准齿齿距为（0.6～0.8）P。
粗切齿齿距P=（1.75～2）=（1.75～2）=9.585～10.954
取P=10
则过渡齿齿距 P=10
精切齿及校准齿齿距 P=7
拟定同时工作齿数z
z=+1=3+1
取z=4

2.2.8 容削槽的设计
⑴ 容削槽的形状
拉刀属于封闭式切削，切下的切削所有容纳在容削槽中，因此，容削槽的形状和尺寸应能较宽敞地容纳切削，并能使切削卷曲成较紧密的圆卷形。
为减少加工容削槽的成形车刀和样板的种类，应尽量将容削槽的形状和尺寸系列化，标准化。目前常用的容削槽形状有直线齿背型，曲线齿背型和直线齿背双圆弧型三种，直线齿背双圆弧槽型槽型容削空间大，制造较简便，目前生产的拉刀大多采用这种槽型，合用于组合式及分块式的拉削和齿升量大的拉刀上，故应选用直线齿背双圆弧槽型。
⑵ 拟定容削系数K
容削系数K是拉刀容削槽纵向截面面积与切削纵向截面面积的比值
即K=
取K=3.2
⑶ 容削槽的尺寸
粗切齿用深槽，h=4.5mm，g=3，r=2.3，R=7
使满足式h≥1.13
1.13=1.13
由于h=4.5>3.96
所以满足，校验合格

2.2.9 拉刀的分削槽形状
拉刀分削槽的作用在于将刀削分割成较小宽度的窄切削，便于切削的卷曲、容纳和清除。拉刀的分削槽，前后刀齿上应交错磨出。
常用分削槽的形状有圆弧形和角度形两种。圆弧形分削槽重要用于轮切式拉刀的切削齿和组合式拉刀的粗切削齿和过度齿上，角度形分削槽用于同廓式拉刀的切削齿和组合式拉刀的精切齿上。
故粗切齿时采用圆弧形分削槽，若精切齿时采用角度形分削槽。
取粗切齿（圆弧型分削槽）槽数=10
精切齿（角度型分削槽）槽数=14

2.2.10 花键齿截型设计
花键齿键宽按下式计算，精确到0.001mm
⑴ 刀齿键宽：
b=±δ
为工件键槽最大极限尺寸，δ为拉削后键槽宽的扩张量或收缩量，应由实验拟定。扩张时取“-”号，收缩时取“+”，拉削钢材通常为0。
b=8.036-0.005=8.031mm
⑵ 副偏角：
=1°～1°30'
在刀齿高度1.5mm时，刀齿侧刃上磨出副偏角。
⑶ 刃带宽度：
f=0.8mm±0.2mm
在刀齿高度1.5mm时，刀齿侧面应磨出刃带，以保证重磨后刀齿宽度减少较少及起修光作用。
⑷ 过度刃：
r=0.25mm～0.3mm
也可以做成45°倒棱，倒棱宽度可以取0.2mm～0.3mm

2.2.11 粗算切削齿齿数
由于切削工序为倒角—花键—圆孔，所以先计算倒角切削齿齿数。根据拟定的拉削余量A，选定的齿升量f，按照下式估算齿数
Z=+X
其中X为精切齿，过度齿和校准齿齿数，查表拟定
加工孔精度
粗切齿齿升量
过度齿齿数
精切齿齿数
校准齿齿数

IT7～IT8
0.06～0.15
3～5

4～7

5～7
>0.15～0.3
5～7
>0.3
6～8
IT9～IT10
～0.2
2～3
2～5
4～5
>0.2
3～5

估算齿数的目的是为了估算拉刀的长度，假如拉刀的长度超过规定，需要设计成两把一套的套拉刀。
其中倒角齿不设校准齿，也不设精切齿。
⑴ 倒角齿齿数：
=+4=28.171+4
取=32
⑵ 花键齿齿数：
=+4=8.26+4
取=12
⑶ 圆孔齿齿数
=+4=7.32+5
取=15

2.2.12 计算切削齿部分长度
⑴ 倒角齿部分长度：
=p×=10×32=320mm
⑵ 花键齿部分长度
=p×=10×12=120mm
⑶ 外圆齿部分长度
=p×=10×15=150mm
⑷ 拉刀部分总长度
==320+120+150=590mm

2.2.13 拉刀尺寸设计
⑴ 拉刀柄部结构形式及尺寸设计
拉刀柄部结构和尺寸都已标准化，选用时可取略小于预制孔直径值，并采用快速装夹的形式。
拉刀基本结构形式分为：
I型----A，无周向定位面
I型----B，有周向定位面
II型----A，无周向定位面
II型----B，有周向定位面
I型用于柄部直径小于18mm的拉刀，II型用于柄部直径大于18mm的拉刀。I型和II型又可分为无周向定位面和有周向定位面。当拉刀用于实现工作行程和返回行程的自动循环时，需要有后柄结构，后柄放置在拉刀后导部的后边，后柄结构形式有I型和II型-两种，I型为整体式，II型-为装配式，一般在后柄直径较大时采用。
故该拉刀选择II型----A，无周向定位面的圆柱形前柄形式，I型圆柱形后柄形式。

=32mm
查表，可知=24.6mm，=24.6mm，=20mm，=32mm，=75mm， c=8mm
==75mm

⑵ 颈部长度
颈部直径可与柄部相同或略小于柄部直径，颈部长度与拉床型号有关。拉刀颈部长度可由下式计算，即
≥m+B+A-
式中 m—拉床夹头与拉床床壁的间隙，m=10mm～20mm
B—拉床床壁厚度
A—拉床花法兰盘
过渡锥长度，通常取10mm，15mm，20mm。
取m=20mm，B=70mm，A=30mm，=20mm
=100mm
⑶ 过渡锥设计
通常取成10、15、20，这里取=10mm。
⑷ 前导部、后导部和支托部设计
前导部长度是由过渡锥终端到第一个切削齿的距离，一般等于拉削孔的长度l；若孔的长度和直径之比大于1.5时，可取=0.75l，但不小于40mm。前导部的直径等于拉削前孔的最小直径，公差按e查得。
=50mm
=42mm
后导部长度=（0.5~0.7）l，但不小于20mm，后导部直径取拉削后孔的最小直径，公差取f6。
=42mm
=30mm
拉刀支托部长度=（0.5～0.7），但不小于20mm～25mm。为拉削后孔的公称直径。支托部直径也可以取为=（0.5～0.7），随拉床托架尺寸具体而定。
=40mm
=26mm
⑸ 拉刀总长度计算
拉刀总产度L是拉刀所有组成部分长度的总和，即
L=+++++++=75+100+10+50+590+150+42+26=1043mm
拉刀总长度受到拉床允许的最大行程、拉刀刚度、拉刀生产工艺水平、热解决设备等因素的限制，一般不超过下表中给出的规定数值。否则，需修改设计或改为两把以上的成套拉刀。总长在1000mm以内的，偏差取±0.2mm，在更长时取±3mm。
拉刀直径
6～10
10～18
18～30
30～40
40～50
50～60
>60
最大总长度
28
30
28
26
25
24
1500
精密圆孔拉刀一般不超过20
所以，符合总长度允许值。

2．3 拉刀强度及拉床拉力校验
2.3.1 拉削力
拉削时，虽然拉刀每个刀齿的切削厚度很薄，但由于同时参与工作的切削刃总长度很长，因此拉削力依旧很大。
综合式圆孔拉刀的量大拉削力用下式计算，即
=xzN=1016.8kg
符合规定

2.3.2 拉刀强度校验
拉刀工作时，重要承受拉应力，可按下式校验，即
σ=≤[σ]
σ===9.1MPa<[σ]
符合规定

2.3.3 拉床拉力校验
拉到工作时的最大拉削力一定要小于拉床的实际拉力，即
≤
取0.8
0.8×200kN=160kN
符合规定

2．4 拟定拉刀的技术条件
由ZBJ 41008-89《矩形花键拉刀技术条件》拟定
拉刀材料及热解决：
拉刀用W6Mo5Cr4V2高速工具钢制造的拉刀热解决硬度
刀齿和后导部 63～66HRC
前导部 60～66HRC
柄部 40～52HRC
允许进行表面强化解决

3 矩形花键铣刀
3．1 设计规定

被加工零件如图2.所示
工件材料为 45钢；
硬度 HBS180；
强度 σb =610 Mpa；
工件长度 L=30mm。

3．2 设计环节
3.2.1 花键轴尺寸
外径：
内径： d=
键宽：
键数：

3.2.2 具体参数设计
⑴ 齿槽半角
花键铣刀铣削的是花键之间的部分，所以，铣刀的齿顶轮廓为矩形花键两键之间齿槽的廓形，齿槽的半角大小为
＝180/Z=180/8=22.5o
⑵ 齿顶圆弧中心角
ψ＝= ==
⑶ 齿顶宽
铣刀齿顶宽度等于键槽底部宽度。

⑷ 铣刀齿顶圆弧半径
铣刀齿顶圆弧半径等于键槽底部圆弧半径。

⑸ 铣刀前角
选择铲齿成形铣刀，前刀面是平面，刃磨很方便，所以

3.2.3 齿形高度和宽度
⑴ 齿廓高度

⑵ 铣刀宽度

取B=12

3.2.4 铣刀的孔径和外径
⑴ 铣刀孔径
铣削宽度
铣刀孔径
一般切削
重切削
＜6
13
13
＞6～12
16
22
＞12～25
22
27
＞25～40
27
32
＞40～60
32
40
＞60～100
40
50

根据切削宽度B=12查表，可得d=16mm
⑵ 铣刀外径
下表为铣刀直径的推荐值，是按铣刀直径公式计算，并为5的整数倍。
孔径d
铣刀齿形高度
4
6
8
10
12
15
18
20
22
25
28
30
32
35
13
45
55
70
-
-
-

-
-
45
50
55
70

16
50
55
70
90
-
-
-
-

45
45
50
55
60
65
70
90

22
65
65
70
90
110
-
-
-
-
-

55
55
60
65
70
75
80
90
100
115

27
70
75
80
90
110
135
-
-
-
-
-
-

65
65
70
75
80
85
90
95
100
115
125
135

32
85
90
95
100
110
135
160
-
-
-
-
-
-
-
75
75
80
85
90
95
100
105
110
115
125
135
145
160
40
105
110
110
115
125
135
160
-
-
-
-
-
-
-
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
150
160
注：表中上栏为平底型容削槽的铣刀外径，下栏为加强式容削槽的铣刀外径。
已算得孔径16、齿形高度4，查表得 ，铣刀外径

3.2.5 铣刀的齿数
铲齿成形铣刀齿数：
查表

3.2.6 铣刀的后角及铲削量
⑴ 铣刀后角

故可满足规定
⑵ 铲削量

取K=5

3.2.7 铣刀的容削槽和分削槽
⑴ 容屑槽形式
在铣削深度较小和刀齿强度足够的情况下，应采用平底式；在铣削深度较大时，宜采用加强式。 故该容屑槽选择采用平底式。
⑵ 容屑槽半径
一般取r=1mm～5mm，并为0.5的整数倍。

取r=1
⑶ 容屑槽间角

⑷ 容屑槽深度

⑸ 分屑槽尺寸
由于该铣刀宽度小于20，故切削刃上不需做分屑槽

3.2.8 校验
⑴ 验刀齿强度
齿根宽度C

所以刀齿强度满足规定
⑵ 检查刀体强度

所以刀体满足规定

3．3 矩形花键铣刀的技术条件
3.3.1 表面粗糙度（按GB1031－68）
（1） 刀齿前刀面，内孔表面、端面及铲磨铣刀的齿背表面－－不低于7
（2） 铲齿铣刀的齿背面－－不低于6
（3） 其余部分－－不低于4

3.3.2 尺寸公差
序号
名称
符号
公差
1
铣刀外径
do
h16
2
铣刀宽度
B
h12
3
铣刀孔径
d
H7
4
铣刀键槽宽度
b
（Dc7）
5
内孔至键底距离
t1’
H14

3.3.3 形状位置公差
序号
项目
铣刀尺寸范围
公差
1
切削刃的径向及端面跳动
do<100
do≥100
0.03
0.04
2
刀体端面跳动
do<100
do≥100
0.02
0.03
3
前面的径向性（只许凹入）
H≤10
10<H≤20
20<H≤30
H>30
0.04
0.06
0.09
0.12

3.3.4 齿形误差
铣刀齿形高度h
透 光 度
齿形的基本部分
齿顶及圆角部分
≤4
4－12
12－22
>22
0.03
0.05
0.07
0.08
0.06
0.09
0.12
0.15

3.3.5 材料及热解决
铣刀材料一般用高速钢，热解决后硬度应为HRC63－66。在铣刀的工作部分，不得有脱碳层和软点

参 考 文 献
[1] 刘华明主编．金属切削刀具设计简明手册．机械工业出版社，1994.7
[2] 乐兑谦主编．金属切削刀具．机械工业出版社，2023.6
[3] 刘华明主编．刀具课程设计指导书．哈尔滨工业大学出版社，1981
[4] 花键刀具生产图册编制工作组主编．花键刀具生产图册．技术标准出版社，1979
[5] 机械工程手册电机工程手册编辑委员会主编．机械工程手册 第47篇 金属切削刀具．机械工业出版社，1980
[6] 袁哲俊、刘华明主编．刀具设计手册．机械工业出版社，1999