中北大学
课 程 设 计 说 明 书
学生姓名： 张远锋 学 号： 0702014135 学 院： 机械工程与自动化学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 题 目： 成形车刀及矩形花键拉刀设计
指导教师： 庞学慧 职称: 教授 指导教师： 武文革 职称: 教授
2010年5月31日
中北大学
课程设计任务书
学期
学 院： 机械工程与自动化学院
专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 张远锋 学 号：
课程设计题目： 成形车刀及矩形花键拉刀设计 起 迄 日 期： 5月31日～6月5日
课程设计地点： 工字楼 指 导 教 师： 庞学慧、武文革
系 主 任： 王 彪
下达任务书日期: 2010年5月31日
课 程 设 计 任 务 书
课 程 设 计 任 务 书
课题名
——设计任务33
1. 成形车刀设计
被加工零件如图1. 所示，工件材料为：灰铸铁HT200；硬度HBS170。
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 = 610Mpa ；工件长度L=38mm。
金属切削刀具课程设计的目的
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。
通过金属切削刀具课程设计，具体应使学生做到： (1) 掌握金属切削刀具的设计和计算的基本方法； (2) 学会运用各种设计资料、手册和国家标难；
(3) 学会绘制符合标准要求的刀具工作图，能标注出必要的技术条件。
二、设计内容和要求
完成成形车刀、棱体成形车刀两种刀具的设计和计算工作，绘制刀具工作图和必要的零件图以及编写一份正确、完整的设计说明书。
刀具工作图应包括制造及检验该刀具所需的全部图形、尺寸、公差、粗糙度要求及技术条件等；说明书应包括设计时所涉及的主要问题以及设计计算的全部过程；设计说明书中的计算必须准确无误，所使用的尺寸、数据和计量单位，均应符合有关标准和法定计量单位；使用A4纸打印，语言简练，文句通顺。
具体设计要求见附页。
一、拉刀的设计
（一）选定刀具类型和材料的依据
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。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。
拉刀结构复杂，造价昂贵，因此要求采用耐磨的刀具材料，以提高其耐用度；考虑到还应有良好的工艺性能，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W6Mo5Cr4V2。
（二）刀具结构参数、几何参数的选择和设计
被加工成型的工件如下图（1）：
设计步骤
1、选择拉刀材料及热处理硬度
拉刀材料选用W6Mo5Cr4V2高速钢。热处理硬度见图技术条件。
2、拟订拉削余量切除顺序和拉削方式
拉削作量的切除顺序为：倒角—键侧—与大径—小径，拉刀切削齿的顺序是：倒角齿—花键齿—圆形齿。实际采用分层拉削渐放式。
本节用脚标d,h,y 表示倒角齿，花键齿和圆形齿；用脚标c,g,j 和x 表示粗切。过渡，精切和校准齿；用脚标w 和m 表示工件预制孔和拉削孔。
3、选择切削几何参数
粗切齿：前角γ=17° 后角α=2︒30, 0过渡齿：前角γ=17° 后角α=2
+1︒
b a 1=0. 1 b a 1=0. 15
,
︒+30
,
校准齿：前角γ=17° 后角α=1
︒+300
b a 1=0. 25
4、确定校准齿直径
倒角齿不设校准齿
查表4－16，花键齿, 圆形齿的扩张量为10um ，则花键齿校准齿和圆形齿校准齿直径为
d hx =(30.084-0.010) =30.074mm d yx =(26.021-0.010) =26.011mm
5．计算倒角齿参数 查表4－29知倒角的工艺角度为 θ=45︒。按表4－
29 计算如
B +2ftg θ6+2⨯0.5⨯tg 30︒
sin φ1=min ==0.253
d y max 26
下：
φ1=arcsin 0.253=14.6︒
11
d y max sin(θ+φ1) =⨯26⨯sin(30︒+14.6︒) =9.13mm 22
2M 2⨯9.13
ctg φB =-ctg θ=-ctg 30︒=4.3546mm
B min sin θ6⨯sin 30︒M =
φB =12.93
d B =
B min 6==26.81mm sin φB sin12.93︒
d 2=d B +(0.3~0.6) mm =28.00mm
倒角齿如图（2）：
如图（2）
6. 计算拉削余量
按表4－1计算 圆形拉削余量为
1mm ，预制孔径为
25，实际拉削余量
A y (26.021-25) mm =1.021mm
倒角余量 A d =28-25=3.00mm
花键余量A h =30.084-(28.00-0.1) =2.184mm
7．选择齿升量
按表4－4选择为
倒角齿：a fd =0. 065mm （槽拉刀和键槽拉刀栏）
花键齿：a fh =0. 050mm （矩形花键拉刀栏） 圆形齿：a fy =0. 050mm （综合式拉刀栏）
8．设计容屑槽
1）齿距计算 按表4－7
P =(1. 2~=) 取P =9mm
P g =P j =(0. 6~0. P =8) 取P =7mm
2）选择容屑槽 按表4-8采用曲线槽，粗切齿用深槽（图（3）），h=4mm,精切齿用基本槽（图（4））。 如图：
(1. m m 5=) 38~ m 4(m 7. 9. 2)
~(5. 4mm 7.
图（3） 图（4）
3）校验容屑条件 查表4-9得容悄系数k=3.5。倒角齿齿升量大时，就校验之，应使满足式h ≥1. 13Ka f l ：
1. =
16=5 38
3. 08
因式h=4.00,所以h ≥1. 13Ka f l 式满足，校验合格。
4）校验同时工作齿数 据表4-7得知l/p=4,即z θmin =4, z θmax =4+1=5，满足
3≤z 0≤8的校验条件
9. 花键齿截形设计
花键齿如图（5）：
图（5）
花键齿键宽B b 按下式计算，精确到0.001mm ： B h m x -δb a =B m a x B b m i n =B h
m a x
-∆ b
式中，B b max 为内花键键槽宽最大极限尺寸；δb 为拉削扩张量（查表4-16得
δb =0.010mm）;
∆b 为拉刀键齿宽制造公差带宽，为保证键齿尺寸耐用度高，∆b 应在制造条件允许范围内取小值，取∆b =0.010mm。则
B hma x =(6.030-0.001)mm=6.029mm B h min =(6.029-0.010)mm=6.019mm
拉刀键齿面应制出K r =0 的修光刃f ，其下应磨出侧隙角1 30' 。
10. 确定分屑槽参数
除校准齿和与其相邻的一个精切齿外，拉刀切削齿均磨制三角形分屑槽。由于在每个圆形齿上都存在着不工作的刃段，圆形齿段不必磨分屑槽。如图（6）：
图（6）
11. 选择拉刀前柄
按表4—17选择Ⅱ型—A 无周向定位面的圆柱形前柄，公称尺寸d 1=20mm , 卡爪底径d 2=15mm , 前柄如图（8）：
图（8）
其余见工程图图
12. 校验拉刀强度
通过计算分析，确认倒角齿拉削力最大，因而应计算拉刀倒角齿拉削力 拉刀花键齿拉削力:
∑a w =zB h max =6⨯6.029mm =36.174mm F max =F z '∑a w z e max k 0k 1k 2k 3k 4⨯10-3
=160⨯36.174⨯5⨯1.2⨯1.15⨯1.34⨯1⨯0.9⨯1⨯10-3kN =48.15kN
其中修正系数k 0=1.2, k 1=1.15, k 2=1, k 3=0.9, k 4=1 拉刀最小截面积在卡槽底颈处，则拉应力 σ=
F m a x F m a x 48. 15
==GPa =0. 09GPa 1 3. 14A m i n
⨯262530. 664
σ
13. 确定拉刀齿数及每齿直径
1）倒角齿齿数 z dc =
A d 3. 00
取24 ==23. 0 8
2a fd 2⨯0. 065
2）花键齿齿数 初拟花键过渡齿与精切齿的齿升量为0.04，0.03，0.02，0.01，0.005mm ，逐步递减，共切除余量A " =0. 21mm 。花键粗切齿齿数 z hc =
A h -A " 2. 18-40. 21
+1=+1=20. 742a fh 2⨯0. 05
取21齿，多切去了0.26⨯0.05⨯2mm=0.026mm的余量，应减去0.026mm 的余量，因此，减去一个精切齿并将齿升量调整为0.04，0.03，0.015，0.007，后两个齿升量
3) 圆形齿齿数 初拟方案与花键齿相同, 即拟切去A " 余量, 计算圆形粗切齿
1
a fh 为精切齿，前两个为过渡齿。 2
齿数为z yc =
Ay -A " 1. 0-210. 21
+1=+1=11. 0取111齿, 少切了2a fy 2⨯0. 05
0. 0⨯10.05⨯2=0.00余1量, 需将最后一个精切齿切齿齿升量为mm 的
0.0075mm. 这样, 圆形齿段具有粗切齿11个, 过度齿3个, 精切齿2个. 4）校准部齿数 倒角齿不设校准齿。圆形齿和花键齿校准齿齿数查表4-14，得
花键校准齿齿数 z bx =4 圆形校准齿齿数 z yx =5 各齿直径基本尺寸, 见表（1）
矩形花键拉刀齿序表
表（1）
14. 拉刀齿部长度 参照工程图。
倒角齿段长度 l d =9⨯17=15 m 3m
m 花键齿段长度 l h =9⨯21+7⨯4=21 7
圆形齿段长度 l y =9⨯11+7⨯9=1m 6m 2 拉刀齿部长度 l 齿=532mm
15. 设计拉刀其他部分
按表4-17，4-19，4-23计算：
0.053
前柄l 1=90mm d 1=20f 8(--0.020) mm
颈部l 2=m +B s +A -l 3=(15+100+50-90) mm =75 d 2=φ120-0. 1 80过渡锥l 3=10mm
-0. 020前导部l 4=40mm d 4=w m i = 25f 7) n -(0. 0m 51m
前柄深入夹头长度l 1'=l 1-5mm =85mm 前柄端部至第1刀齿的距离
L 1'=l 1'+m +B s +A +l 4=85+10+100+50+40=285mm
后导部l 7=20mm d 7=d my
m i n
0. 051
=25f 7--(0. mm 0) 20
0. 016
后柄l 8=80mm d 8=15f 8- ) m -(0. 04m 3
16. 拉刀总长及其校验
L =L 1'+l 齿+l 4+l [8]=285+532+20+80=917mm
根据表4-26, 允许拉刀总长为960mm, 拉刀长度校验合格.
17. 绘制拉刀图
拉刀图如图（9）所示：
图（9）
二、成形车刀的设计
结构参数的选择及计算
成形的工件如下图（10）所示:
柄部HRC40-52；
选用普通高速钢W18Cr4V 。整体制造
2. 选择前角和后角
由表2-4，取前角γf =10︒, 后角αf =12︒。
3. 画出刀具廓型计算图，附打印B4纸上
标出工件廓型上各组成点1—9，确定1所在水平线为基准线，计算出1-9各点处的计算半径r jx （为了避免尺寸偏差值对计算精确性的影响，故采用计算尺寸——计算半径、计算长度和计算角度来计算）
取k r =20︒，a=3mm,b=2mm,c=8mm,d=1.5mm如图（11）所示：
图（11）
r jx =基本半径±r j 1=9-(22-
半径公差
2
(22) +(10) ) =6.6mm
2
2
r j 2=9mm
0. 1
25r j 3=-=12.475mm
22
r j 4=11mm
r j 5=11-
r j 6=13mm
2
=10.29mm 2
r j 7=r j 6+d ⨯tg 20︒=14. 32mm r j 9=9+b ⨯ctg 20︒=11. 7mm
再以1点为基准点，计算长度l jx
l jx =基本长度±l j 2=10mm
l j 3=15+
0. 30. 15
-=15. 075mm 22
l j 4=37mm
l j 4，=42-20+10=32mm
l
j 5
=l j 4+
2
=37. 7mm 2
l
j 5'
=c -tg 20︒(l j 6-l j 5) =42. 695mm
l j 6=l j 5+5=37. 7+5=42. 7mm
l j 7=l j 6+tg 20︒⨯6=42. 701mm
4. 计算切削刃总宽度Lc ，并校验a=2mm,b=1.5mm,c=7mm,d=1.5mm
Lc
d
之值
min
d c =47+1+a +b +c +d =48+2+1.5+7+1.5=60mm L Lc
d
当
=
min
60
=4.54>2.5 13.2
大于许用值或Lc ≥80mm （为经验值），可采取下列措施：
Lc
d
min
1、将工件廓型分段切削，改用两把或数把成形车刀； 2、改用切向进给成形车刀；
3、如已经确定径向进给，可在非切削部分增设辅助支撑——滚轮托架，以增加工艺系统的刚度。
如果将工件将廓型分段切削，改用两把或数把成形车刀则第一把刀切过一部分廓型，卸下刀具装第二把刀则很难将刀对准。现在确定了用径向进给，所以在非切削部分增设辅助支撑——滚轮托架，如车床的尾部顶座。
4、确定结构尺寸
根据表2-1
Lc=50.301mm,H=80mm,E= mm,B=60mm,F=50mm
M =62.26
-0.14
mm
5、求廓型深度
用计算法求出N-N 剖面内刀具廓型上各点至点1所在后刀面的垂直距离Px. 之后选择3-3’段廓线为基准线（因为在本段工件的精度要求最高），计算出刀具廓形上各点到该基准线的垂直距离∆
刀具廓型深度作图求法如图（12）
p
x
，即为所求刀具廓型深度。
N
图（12）
p =c cos(γ
x
x
f
+αf )
p
2
=2.844cos(10︒+12︒) =2.636
p p p p p p
3
=5.9406cos(10︒+12︒) =5.508 =4.3956cos(10︒+12︒) =4.075 =3.434cos(5︒+12︒) =3.184 =6.4287cos(10︒+12︒) =5.960 =7.7603cos(10︒+12︒) =7.195 =42.366cos(10︒+12︒) =3.928
4
5
6
7
9
则各点和和基准点之间的距离∆
p
x
为：
∆
p
x
=
p -p
x
3
∆p =
1
p
3
=5.508
∆p =
2
p -p
2
3
=2.872 =1.433 =2.384 =0.452 =1.687 =1.58
∆p =
4
p -p
4
3
∆p =
5
p -p
56
3
∆p =
6
p -p p -p
7
3
∆p =
7
3
∆p =
9
p -p
9
3
6、确定公差
根据表2-5可确定各点的∆
可以取∆
p
x
公差
p
x
的上下偏差都为0.04mm.
7、校验最小后角
对于棱体成形车刀，最小后角出现在1点，也就是12︒，由于12︒>3︒，所以满足条件
8. 确定棱体成形车刀廓形宽度l xl
查表2-5，取廓形宽度的上下偏差为0.1；
l
l
l
2
=l j 2=10±0. 1mm
0. 30. 15-=15. 075±0. 1mm 22
l 3=l j 3=15+
4
=l j 4=37mm
=l j 4，=42-20+10=32±0. 1mm
=l j 4+
2
=37. 7±0. 1mm 2
4'
l 5=l
j 5
l 5' =l
j 5'
=c -tg 20︒(l j 6-l j 5) =42. 695±0. 1mm
l
6
=l j 6=l j 5+5=37. 7+5=42. 7±0. 1mm
l
l
l
7
8
=l j 7=l j 6+tg 20︒⨯6=42. 701 0. 1mm
=1±0. 1mm
=2. 6±0. 1mm
9
9、确定刀具的夹固方式
采用燕尾槽斜块式
10、 表面粗糙度
1）前后刀面为Ra0.2μm 2）基准表面为Ra0.8μm 3）其余表面为Ra1.6~3.2μm
11、成行车刀尺寸公差
1）两侧面对燕尾槽基准面垂直误差在100mm 长度上不得超过0.02~0.03mm
2) 廓形对燕尾槽基准面平行度误差在100mm 长度上不得超过0.02~0.03mm 3）刀具高度H 的偏差取为±2mm
4）宽度L 0和厚度B 如未标出可按h11选取
5）楔角β(β=90︒-γ-αf ) 的偏差取为±（10’~30’）
f
f
f
6）廓型角度如未标出，可取±1
总 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。
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，恳请老师指正批评！
谢谢！
参 考 文 献:
1. 武文革主编 《互换性与测量技术基础》 2006年 国防工业出版社 2. 陈日曜主编 《金属切削刀具设计》第二版 2002年 机械工业出版社
4. 乐兑谦主编《金属切削刀具》第二版 北京 2001年 机械工业出版社 5. 刘华明主编 《 金属切削刀具课程设计简明手册》 1996年机械工业出版社