(完整word版)圆孔拉刀课程设计说明书

目录

1、前言 (3)

2、绪论 (3)

2.1刀具的发展 (3)

2.2圆孔拉刀的相关介绍 (3)

2.3设计的目的及要求 (4)

3、圆孔拉刀的设计 (4)

3.1原始条件和设计要求 (4)

3.2拉削的特点 (5)

3.3设计步骤 (5)

3.3.1选择拉刀材料 (5)

3.3.2拉削方式 (5)

3.3.3拉削余量 (6)

3.3.4几何参数 (6)

3.3.5齿升量 (6)

3.3.6确定齿距 (6)

3.3.7确定同时工作齿数 (7)

3.3.8容屑槽形状 (7)

3.3.9确定容屑系数 (7)

3.3.10确定容屑槽尺寸 (7)

3.3.11拉刀的分屑槽形状及尺寸 (7)

3.3.12确定拉刀的齿数和每齿直径 (8)

3.3.13柄部结构形式及尺寸 (9)

3.3.14颈部直径与长度 (10)

3.3.15过渡锥长度 (10)

3.3.16前导部直径长度 (10)

3.3.17后导部直径长度 (11)

3.3.18柄部前端到第一齿长度 (11)

3.3.19计算最大切削力 (11)

3.3.20拉床拉力校验 (11)

3.3.21拉刀强度校验 (11)

4、拉刀的制造工艺及检验方法 (12)

4.1拉刀的检验方法 (12)

4.2拉刀的制造工艺 (12)

5、总结 (13)

6、致谢 (14)

7、参考文献 (14)

1 前言

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，通过这次课程设计来检查和考验我们在这几年中的所学，是一件非常有意义的事。对于我们自身来说，这次课程设计很巧妙地把一些实践性的东西带入我们的设计，并和我们平时所学的理论知识联系在了一起。这为我们是在将来的工作或者是继续学习的过程中打下一个良好的基础。

我的课程设计课题目是圆孔拉刀的设计。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。

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大幅增长，这将有力地促进金属切削刀具的发展

2.2圆孔拉刀的相关介绍：

圆孔拉刀只是拉刀中的一种，具有切削条件差、能获得高的加工精度及光洁表面，耐用度高、生产率高等特点。因此，圆孔拉刀深受加工行业的欢迎。在大批量、高精度生产中，圆孔拉刀发挥了巨大的作用。

圆孔拉刀只是金属切削原理及刀具这门课程介绍的众多刀具中的一种，研究

这两种刀具有助于我们加深对该课程知识的理解，同时也可提高我们动手解决问题的能力。

2.3 设计的目的及要求： 2.

3.1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。 2.3.2 设计的要求：

完成拉刀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。

3 圆孔拉刀的设计

3.1原始条件和设计要求

工件直径 mm 40=D φ, 工件拉削孔长度 40mm =L , 拉削表面粗糙度不得大于m Ra1.6μ,孔内无空刀槽,工件拉削孔部截面图如下:

工件材料: 20号钢硬度: HBS120 强度

400MPa

=

b

选用L6120型号的拉床

3.2拉削的特点

拉削是利用拉刀切削金属的高生产率加工方法，可用来加工各种形状的通孔、槽以及简单或复杂形状的外表面。拉削加工与其他切削方法相比，其特点表现在：生产率高、加工精度和表面粗糙度高、成本低、机床结构简单、操作简单等。

3.3设计步骤

3.3.1选择拉刀材料

拉刀材料选用20号钢，20号钢，塑性高，也具有良好的焊接性能和冷冲压性能。通过渗碳和热处理，使工件心部具有一定的强度和较高的韧性，而表面获得高的硬度和耐磨性。查【工程材料应用基础】表6-7该拉刀材料选W6Mo5Cr4V2。

3.3.2拉削方式

拉刀有三种拉削方式：普通（分层）拉削、轮切（分块）拉削、综合拉削。拉削方式不同，拉刀的结构随之而异。所谓综合拉削方式，即在同一只拉刀上采用了两种拉削方式的组合。它的粗精切削齿都不分组,粗切削齿上开圆弧形分屑

槽,槽宽略小于刃宽,前后刀齿上分屑槽交错排列,故粗切削齿上齿升量较大,拉削表面质量高,拉刀制造容易,适用于拉削余量较多的圆孔,是目前常用的一种拉削方式。因为综合拉削方式具有不少的优点，所以圆孔拉刀一般都采用这种拉削方式。 3.3.3拉削余量

假设拉削前的孔是用钻头加工的，则其拉削余量可用如下公式查【金属切削原理及刀具】表15-1:

计算余量 A=0.005dm+(0.1～0.2)?

=0.005?40.030+0.15?按GB1438-78《锥柄麻花钻》第1系列取 mm 39=φ

实际余量

m m

03.139-03.40d -d wmin ox ===A

max ox m d d =+δ 0.05δ= 3.3.4几何参数

拉刀的几何参数主要指刀齿上的前角,后角和后刀面上的刃带宽,为制造方便,其校准齿上的前角通常与切削齿相同。 查【金属切削原理及刀具】表15-5有:

切削齿: 前角=1618?~? 后角= 2°30′+1° 表15-6有：校准齿: 前角=1618?~? 后角=1°+30′ 精切齿： 前角=1618?~? 后角= 2°30′

刃带宽: 粗切齿0.1≤ 精切齿:0.1~0.2 校准齿:0.2~0.3

3.3.5齿升量f a

查【金属切削原理及刀具】表15-4

粗切齿: f a =0.03mm mm 06.0a 2h f d == 3.3.6确定齿距

查【金属切削原理及刀具】表15-7有 粗切齿齿距: P=(1.25～

～9.49 取P=9mm

精切齿齿距,校准齿齿距:（0.6~0.8）P=5.4～7.2取 P=6mm

3.3.7确定同时工作齿数

由计算式: 最少同时工作齿数

4.4

9

40

P

L

=

Z

min

=

=

取4

=

Z

min

最多同时工作齿数

4.5

1

max

=

+

=

P

L

Z

取5

m ax

=

Z

且满足3≤e Z≤8

3.3.8容屑槽形状

拉刀属于封闭切削，为保证拉刀的强度，在相同的齿距下，可以选用基本槽、深槽或浅槽。为减少加工容屑槽的成形车刀和样板的种类，应尽量将容屑槽的形状和尺寸标准化，系列化。目前常用的容屑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.选用曲线齿背型。

3.3.9确定容屑系数K

容屑系数K根据

c

a=0.06 取K=3.0

3.3.10确定容屑槽尺寸

（图1）容屑槽

为保证拉刀有足够的容削空间查【金属切削原理及刀具】表15-8

粗切齿和过渡齿取深槽，h=4mm,g=3mm,r=2mm, R=7mm;

精切齿和校准齿取基本槽，h=2mm，g=2mm,r=1mm, R=4mm

3.3.11拉刀的分屑槽形状及其尺寸

常用分屑槽的形状有圆弧形和角度形两种。圆弧形分屑槽主要用于轮切式拉刀的切削齿和组合式拉刀的粗切齿和过度齿上；三角形分屑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。

弧形槽按表3-52【机械工程专业课程设计指导】设计

min d = 39mm ， 槽数k n =10

槽宽a =0min d 90sin

k

n ?-(0.3~0.7) =6mm

切削宽度 w a =20min d 90sin

k

n ?-a =6.09mm

三角形槽按表3-51【机械工程专业课程设计指导】设计，前后刀齿的分屑槽应在圆周方向错开半个槽距，交错排

0d =40mm ，槽数n =011

()76

d ~π=28

槽宽b =1~1.2mm ，深0.5h mm '=，槽形角ω≥90?

3.3.12确定拉刀齿数和每齿直径尺寸

过度齿齿数g z =3～5,精切齿齿数j z =4～7,校准齿齿数x z =5～7

取过渡齿与精切齿齿升量递减为：0.025、0.020、0.015、0.015、0.01、0.01mm ，

切除余量g j A A +，其中，前2齿齿升量大于1

2f a ，可属过渡齿；后4齿齿升量

较小，属精切齿。

g j A A +=2×（0.025+0.020+0.015+0.015+0.010+0.010）=0.19mm 粗切齿齿数c z =

12g j f

a A -(A +A )

+=15

粗切齿、过渡齿、精切齿共切除余量:[（15－1）×2×0.03＋0.19] mm=1.030mm 剩下（1.040-1.030）mm =0.010mm 的余量未切除，需增设一个精切齿切到要求的尺寸。

按表【机械工程专业课程设计指导】取校准齿7个，则拉刀总齿数为：

c g j x z z z z +++= 15+2+5+7=29

按齿号列出了各齿直径尺寸及其公差见表1：

（表1）各齿直径尺寸及其公差

3.3.13柄部结构形式及尺寸

拉刀圆柱形前柄的结构形式可分为Ⅰ型和Ⅱ型，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，后柄的结构形式有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型式.查表【机械工程专业课程设计指导】知:

前柄 31120L l ==

025.0-064

.0-118f 40d φ==D

'020.2503812D d h -==Φ

'25l = ''32l = 5c = 如下图2：

（图 2） 前柄 3.3.14颈部直径2d 与长度2l

颈部直径可取与前柄直径相同值,也可略小于前柄直径.颈部长度要保证拉刀第一个刀齿尚未进入工件之前,拉刀前柄能被拉床的夹头夹住.因此可得拉刀颈部长度计算公式

颈部长度： 23110s l m B A l mm ≥++-=

对于L6120型号的拉床,其尺寸如下:

式中: 2l --颈部长度 m=10～20 取m=15 s B --拉床床壁厚度75 mm A --法兰盘厚度35mm

3l --过渡锥长度10，15或20mm ，这里选3l =15mm 颈部直径；21d d =-(0.3~0.5) 取m m 5.395.0-d d 12== 3.3.15过度锥长度3l 3l =15mm

3.3.16前导部直径4d ,长度4l

030

.0-060

.0-wmin 4f 39d d φ==

4l l =或440l ≥ 取4l =40mm 3.3.17后导部直径7d ,长度7l

7l l =(0.5~0.7)或720l ≥ 取7l =20mm

030.0-060

.0-m i n 7f740d d φ==

3.3.18柄部前端到第一齿长度'

1L 拉刀前柄端面至第1刀齿的距离

''114s L l m B A l =++++=120+15+75+35+40=285mm

'1l 前柄伸入夹头的长度 1'1l l =-(5~10)或1'1l l = 取'1l =120mm

3.3.19计算最大切削力max c F

按表3-62【机械工程专业课程设计指导】计算最大拉削力。根据综合式拉

削特点，切削厚度2c f a a =

33max max 0123455102335 1.27 1.150.9110132.232

z W e F F a Z k k k k k π

--='?=???????=∑KN

式中: z F '-切削刃单位长度上的切削力 查表【机械工程专业课程设计指导】有z F '=233N 3.3.20拉床拉力校验

实际拉力还应小于拉床的额定拉力F 额，新拉床F 实际≤0.9F 额；良好状态的旧拉床F 实际≤0.8F 额；不良好状态的旧拉床F 实际≤（0.5~0.7）F 额。 校验后若发现超过许可值，可减小齿升量或加长齿距以减少拉削力Fmax,当拉床拉力不够也可更换大拉床来加工。 其中L6120型拉床的公称拉力r F =200 KN 故max

F ≤0.8r F =0.8?200=160 KN,所以拉床拉力足够.

3.3.21拉刀强度校验

为防止拉刀拉断,拉削时产生的拉应力应小于拉刀材料的许用应力,即

σ=max F /min A ≤[]σ,

式中: min A --拉刀上的危险截面积,一般在柄部或颈部. []σ--拉刀材料的许用应力,高速钢的[]σ=0.35GPa

min A = 2

22d π =2

3.14382?=113

4.12mm

σ=max F /min A =132.23/1134.1=0.116GPa<[]σ 所以拉刀强度符合要求.

3.3.22计算校验拉刀

粗切齿与过渡齿长 59(152)153l mm =?+= 精切齿与校准齿长 66(57)72l mm =?+=

拉刀的总长 15672851537220530L L l l l ='+++=+++=mm

按下表允许拉刀总长为024********d mm mm =?=，显然，设计拉刀比允许拉刀短的多，所以长度校验符合要求。

4 拉刀的制造工艺及检验方法

4.1拉刀的检验方法：

1.拉刀外观检验：切削刃是否锋利，切削刃是否有烧伤痕迹，是否残留有未

磨掉的磨损部分，前后表面的表面粗糙值

a

R 应小于0.4um

2、拉刀容屑槽的检验：前面和容屑槽槽底应平滑连接，不允许有凸台，用样板检验

3、拉刀前角：用万能角度尺和多刃量角器检验

4、拉刀后角：用游标万能角度尺或百分表测量

5、拉刀齿升量检验：用千分尺或杠杆卡尺检验，允差为0.010mm

~0.007

4.2拉刀制造工艺

根据文献【工程材料应用基础】拉刀材料的制造工艺要点如下：

拉刀热处理用W6Mo5Cr4V2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 45~58HRC

允许进行表面强化处理

拉刀表面不得有裂纹,碰伤,锈迹等影响使用性能的缺陷。

拉刀切削刃应锋利,不得有毛刺,崩刃和磨削烧伤。

拉刀容屑槽的连接应圆滑,不许有台阶。

5 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。

金属切削原理及刀具课程设计虽然只有短短一周的时间，但是我从中学到了很多东西。这是第三次经历课程设计，所以没有像原来的机械原理课程设计那样茫然。

刚开始以为金属切削原理及刀具这门课程比较简单，一看课程设计的题目，我才发现上课的教材讲的东西很多，但是讲解得不是那么详细，所以我查阅了相关的文献资料。课程设计中，我发现自己的相关知识储备不足，还是存在应付式的学习，学过的知识，有很多已经忘得差不多了。比如说上学期学过的互换性与技术测量，在这次课程设计中也用到了相关知识。大一时候学的AutoCAD也忘了一大部分，这次的课程设计，我从图书馆借了一本关于CAD的书并且看了些相关的教学视频，算是对CAD的复习。最后的大图画得还是比较顺利吧！对AutoCAD 软件的应用能力得到了一定的提高，绘图技巧、综合分析问题方面也有了很大的提高。

圆孔拉刀的设计涉及到了材料力学、CAD、机械制造基础、互换性与测量技术基础等相关学科知识，所以我们在今后的学习中，需要储备丰富的专业知识，

要能学以致用，讲理论与实践相结合，才能更好德掌握知识，提高自己的专业基础素质。

尽管在金属切削原理及刀具课程设计中，我力求做到最好，但是，限于我目前专业知识基础薄弱及相关学识水平的不足，课程设计中难免有一定的差错，恳请指导老师进行指正，谢谢！

6 致谢

本次设计是在老师的悉心指导和同学之间的互帮互助下完成的。他们渊博的知识、勤奋的工作作风、务实的学习和工作态度、积极进取的勇气和魄力深深感染了我，值得我终身学习。他们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，同学的帮助必将让我发奋图强。

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，和他们讨论时使我的思路豁然开朗，他们给了我很多很好的设计性建议，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们表示深深的谢意！

7 参考文献

[1] 武文革、辛志杰主编《金属切削原理及刀具》北京：国防工业出版社，2012.6

[2] 刘云主编《工程材料应用基础》北京：国防工业出版社，2014.5

[3] 庞学慧《互换性与测量技术基础》北京：电子工业出版社，2015.5

[4] 张进生《机械工程专业课程设计指导》北京：清华大学出版社，2010.5