目录
1、前言 ..................................................................... 1 2、绪论 ..................................................................... 1
2.1刀具的发展 ................................................................................................................................................. 1 2.2本课题研究的目的 ..................................................................................................................................... 2
3、矩形花键拉刀的设计 ....................................................... 3
3.1设计要求 ............................................................. 3 3.2设计步骤 ............................................................. 3
3.2.1 花键孔尺寸 ..................................................... 3 3.2.2 切削几何参数选择 ............................................... 3 3.2.3 齿升量的选择 ................................................... 3 3.2.4 确定校准齿直径 ................................................ 4 3.2.5 倒角齿参数计算 ................................................. 4 3.2.6 确定拉削余量A ................................................ 5 3.2.7确定齿距p及同时工作齿数 ....................................... 5 3.2.8 容削槽的设计 .................................................. 5 3.2.9 花键齿截型设计 ................................................. 6 3.2.10 粗算切削齿齿数 ............................................... 7 3.2.11计算切削齿部分长度 ............................................ 9 3.2.12 拉刀尺寸设计 ................................................. 9 3.2.13 拉刀强度及拉床拉力校验 ...................................... 12 3.3 确定圆孔拉刀的技术条件 ............................................ 12 4、小结 .................................................................... 13
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5、致谢 .................................................................... 13 6、参考文献 ................................................................ 13
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1、前言
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。
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。
拉刀种类繁多，它可加工各种形状通孔，直槽，螺旋槽和直线或曲线的外表面。它是一种高生产率刀具，它切削速度低，耐用度高，寿命高。拉刀是多刃切削刀具，切削力较大但机床结构简单，成本高，只适用于大批量生产。
铣刀是一种应用非常广泛的切削加工方法，不仅可以加工平面、沟槽、台阶，还可以加工螺纹、花键、齿轮及其他成形表面。铣刀又是一种多齿刃多回转刀具，铣削速度较高且无空行程，故加工生产效率较高，已加工表面粗糙度较小。他的种类繁多。
我的课程设计课题是矩形花键拉刀,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，比如金属切削原理及刀具、以及所学软件AUTOCAD的运用。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，同时又可以在设计当中查找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遇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程度，所以设计中我们的设计会有一些不尽如人意的地方, 为了共同提高今后设计设计的质量，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、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
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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、矩形花键拉刀的设计 3.1设计要求
被加工零件如图2 所示，工件材料为：硬铝LY11；硬度HBS100 ；强度σb = 420MPa；工件长度L=30mm。 3.2设计步骤
3.2.1 花键孔尺寸
外径： D=34+0.10 内径： d= d=28+0.025
键宽： B=70.036错误!未找到引用源。 键数： Z=6
3.2.2 切削几何参数选择
粗切齿：前角错误!未找到引用源。=20° 后角α=2°30'+1° 刃带错误!未找到引用源。=0.1
精切齿：前角错误!未找到引用源。=20° 后角α=2°+30' 刃带错误!未找到引用源。=0.15
校准齿：前角错误!未找到引用源。=20° 后角α=1°+30' 刃带错误!未找到引用源。=0.25
3.2.3 齿升量的选择
3
0
0
0
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通过查可知，选择齿升量 错误!未找到引用源。=0.05 3.2.4 确定校准齿直径
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：错误!未找到引用源。=Dmax±δ
花键齿校准齿：错误!未找到引用源。花=34.100-0.005=34.095mm 圆形齿校准齿：错误!未找到引用源。圆=28.025-0.005=28.020mm 3.2.5 倒角齿参数计算
一直键槽宽度B=7mm，矩形花键拉刀的校准齿直径错误!未找到引用源。圆=28.020mm，倒角角度θ=30°，倒角尺寸f=1mm 错误!未找到引用源。=B+2f=7+2=9mm
9错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。=28=0.321
错误!未找到引用源。=18.77°
错误!未找到引用源。=B/2N =B/(20E-2NE)错误!未找到引用源。 错误!未找到引用源。=90°-θ-错误!未找到引用源。=41.230°
M=错误!未找到引用源。=10.528mm
错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。=21.057mm 错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。=6.062mm
错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。-错误!未找到引用源。=14.995mm 错误!未找到引用源。=0.234
错误!未找到引用源。=13.2°
错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。=30.701mm 最后一个倒角齿直径: 错误!未找到引用源。= 30.901mm
3.2.6 确定拉削余量A
由于加工花键，孔型为花键孔，且外圆ф34H10，内圆ф28H7 此处假设加工工件的孔径错误!未找到引用源。为ф27 倒角齿切削余量错误!未找到引用源。= 30.701-27=3.701mm 圆孔拉削余量错误!未找到引用源。=28.025-27=1.025mm
花键拉削余量错误!未找到引用源。=dmmax−dB错误!未找到引用源。
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=34.100-30.701=3.399mm
3.2.7确定齿距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的大小主要影响容屑槽的尺寸和同时工作齿数的多少。确定齿距P时首先应满足容屑空间的需要，其次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=（1.2～1.5） 式中L——拉削长度。精切齿可适当减小。
P=（1.25~1.5）错误!未找到引用源。=（1.75~2）错误!未找到引用源。=(9.585~10.954)mm
取P=10
确定同时工作齿数z
z=错误!未找到引用源。+1=3+1 取z=4
3.2.8 容削槽的设计 ⑴容削槽的形状
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，适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确定容削系数K
容削系数K是拉刀容削槽的有效面积A与切削层面积Ad的比值，即K=错误!未找到引用源。 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错误!未找到引用源。
1.13错误!未找到引用源。=1.13错误!未找到引用源。
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因为h=4.5>3.96 所以满足，校验合格
⑷拉刀的分削槽形状
常用分削槽的形状有圆弧形和角度形两种。圆弧形分削槽主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）槽数错误!未找到引用源。=10 精切齿（角度型分削槽）槽数错误!未找到引用源。=14
3.2.9 花键齿截型设计
花键齿键宽错误!未找到引用源。按下式计算，精确到0.001mm 刀齿键宽 b=Bmax±δ
Bmax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，应由试验确定。扩张时取“-”号，收缩时取“+”，拉削钢材通常为0。
b=8.036-0.005=8.031mm
副偏角 错误!未找到引用源。=1°~1°30' 在刀齿高度1.5mm时，刀齿侧刃上磨出副偏角。 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。
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
3.2.10 粗算切削齿齿数
由于切削工序为倒角—花键—外圆，所以先计算倒角切削齿齿数。根据确定的拉削余量A，选定的齿升量f，按照下式估算齿数
Z=错误!未找到引用源。+X
其中X为精切齿，过度齿和校准齿齿数，查表确定
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中北大学信息商务学院课程设计说明书 加工孔精度 IT7~IT8 粗切齿齿升量 过度齿齿数 0.06~0.15 >0.15~0.3 >0.3 3~5 5~7 6~8 2~3 3~5 精切齿齿数 4~7 校准齿齿数 5~7 IT9~IT10 ~0.2 >0.2 2~5 4~5
估算齿数的目的是为了估算拉刀的长度，如果拉刀的长度超过要求，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。
花键齿齿数错误!未找到引用源。=3.399/0.14+4=28.279 取错误!未找到引用源。=28 倒角齿齿数错误!未找到引用源。=3.701/0.14+4=30.435取错误!未找到引用源。=30
外圆齿齿数错误!未找到引用源。=1.025/0.14错误!未找到引用源。+4=12.035取错误!未找到引用源。=10
矩形花键拉刀齿序表
齿型 齿号 直径基本尺寸 1 2 3 28．010 28．020 28．030 花 25 26 27 齿型 齿号 直径基本尺寸 28．350 28．360 28．370 花 49 50 51 齿型 齿号 直径基本尺寸 28．590 28．600 28．610 7
中北大学信息商务学院课程设计说明书 圆 形 齿 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 28．040 28．050 28．060 28．070 28．080 28．160 28．220 28．260 28．280 28．290 28．290 28．290 28．290 28．290 28．290 28．290 28．300 28．310 28．320 28．330 28．340 键 齿 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 28．380 28．390 28．400 28．410 28．420 28．430 28．440 28．450 28．460 28．470 28．480 28．490 28．500 28．510 28．520 28．530 28．540 28．550 28．560 28．570 28．580 齿 键 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 28．620 28．630 28．640 28．650 28．660 28．670 28．680 28．690 28．770 28．830 28．870 28．890 28．900 28．900 28．900 28．900 28．900
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3.2.11计算切削齿部分长度
倒角齿部分长度错误!未找到引用源。=p×错误!未找到引用源。=10×30=300mm 花键齿部分长度错误!未找到引用源。=p×错误!未找到引用源。=10×28=280mm 外圆齿部分长度错误!未找到引用源。=p×错误!未找到引用源。=10×10=100mm 拉刀部分总长度错误!未找到引用源。=lw+lh+ld错误!未找到引用源。=100+280+300=680mm
3.2.12 拉刀尺寸设计 ⑴拉刀柄部结构形式及尺寸设计 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。
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错误!未找到引用源。=25mm
查表，可知错误!未找到引用源。=19mm，错误!未找到引用源。=24.7，错误!未找到引用源。=20mm，错误!未找到引用源。=25mm，错误!未找到引用源。=90mm， c=4mm
⑵颈部长度错误!未找到引用源。
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。拉刀颈部长度错误!未找到引用源。可由下式计算，即
错误!未找到引用源。≥m+B+A-错误!未找到引用源。 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
错误!未找到引用源。--过渡锥长度，通常取10mm，15mm，20mm。 取m=20mm，B=60mm，A=30mm，错误!未找到引用源。=20mm 错误!未找到引用源。=100mm
⑶前导部、后导部和支托部设计
前导部长度错误!未找到引用源。是由过渡锥终端到第一个切削齿的距离，一般等于
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拉削孔的长度l；若孔的长度和直径之比大于1.5时，可取错误!未找到引用源。=0.75l，但不小于40mm。前导部的直径错误!未找到引用源。等于拉削前孔的最小直径错误!未找到引用源。，公差按e查得。
错误!未找到引用源。=50mm 错误!未找到引用源。=34f6mm
后导部长度错误!未找到引用源。=（0.5~0.7）l，但不小于20mm，后导部直径错误!未找到引用源。取拉削后孔的最小直径错误!未找到引用源。，公差取f6。
错误!未找到引用源。=34f6mm 错误!未找到引用源。=36mm
拉刀支托部长度错误!未找到引用源。=（0.5~0.7）错误!未找到引用源。，但不小于20mm~25mm。错误!未找到引用源。为拉削后孔的公称直径。支托部直径也可以取为错误!未找到引用源。=（0.5~0.7）错误!未找到引用源。，随拉床托架尺寸具体而定。
错误!未找到引用源。=28f8mm 错误!未找到引用源。=20mm
⑷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=错误!未找到引用源。+错误!未找到引用源。+错误!未找到引用源。+错误!未找到引用源。+错误!未找到引用源。+错误!未找到引用源。+错误!未找到引用源。=981mm
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、热处理设备等因素的限制，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 最大总长度 10~18 18~30 30~40 40~50 50~60 >60 28错30错28错26错25错24错1500 误!未误!未找误!未找误!未找误!未找误!未找找到到引用到引用到引用到引用到引用引用源。 源。 精密圆孔拉刀一般不超过20错误!未找到引用源。 源。 源。 源。 源。
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3.2.13 拉刀强度及拉床拉力校验
⑴拉削力
拉削时，虽然拉刀每个刀齿的切削厚度很薄，但由于同时参加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错误!未找到引用源。用下式计算，即
错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。x错误!未找到引用源。zN=184.632kg 符合要求 ⑵拉刀强度校验
拉刀工作时，主要承受拉应力，可按下式校验，即 σ=错误!未找到引用源。≤[σ]
σ=F max/Amin =184.632/615.44=0.3MPa<[σ]] 符合要求 ⑶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，即错误!未找到引用源。≤KmFm Km取0.8
0.8×184.632kN=147.701kN，符合要求 3.3 确定圆孔拉刀的技术条件
由GB3813-83确定 拉刀材料及热处理：
拉刀用W18Cr4V高速工具钢制造的拉刀热处理硬度 刀齿和后导部 63 66HRC 前导部 60 66HRC 柄部 40 52HRC 允许进行表面强化处理
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4、小结
通过本次金属切削刀具课程设计我学到了：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、PRO/E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，同时又可以在设计当中查找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。而且： （1） 通过本次设计活动将理论与实践结合起来，巩固和加深所学的理论知识； （2） 在整个设计过程中的各个环节可以更好的培养我们的创新思维能力、观察分析
能力、工程实践能力及综合能力。
（3） 加强了对自己专业的深刻认识，对金属切削刀具有了新的认识。
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。 5、致谢
通过这次实践机会，我熟悉了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。本次设计是在庞俊忠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！
6、参考文献
1．刘华明主编．《金属切削刀具设计简明手册》．北京：机械工业出版社，1994.7 2．乐兑谦主编．《金属切削刀具》．北京：国防工业出版社，1984.6
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