刀具设计举例 1、棱形成形车刀设 2、组合式圆孔拉刀设计 3、带导向硬质合金铰刀设计 铲齿成形铣刀设计 形成形车刀设计举例 已知条件 加工零件如右图 材料:Y15易切钢,ob=0.49Gpa 1×45 选取前角Yf=15°后角af=12 设计要求 设计计算棱形成形车刀截形,绘制成形车刀 及样板图 三.设计计算过程: 零件计算分析图 2、零件平均尺寸计算:
- 1 - 刀具设计举例 1、棱形成形车刀设计 2、组合式圆孔拉刀设计 3、带导向硬质合金铰刀设计 4、铲齿成形铣刀设计 形成形车刀设计举例 一．已知条件 加工零件如右图 材料：Y15 易切钢，σb＝0.49Gpa 选取前角 γf ＝15° 后角 αf ＝12° 二．设计要求 设计计算棱形成形车刀截形，绘制成形车刀 及样板图 三．设计计算过程： 1、零件计算分析图 2、零件平均尺寸计算：
取刀具上1(2)为刀具轮廓形设计计准点。节点1、2、3、4、5、6、7平均 直径分别为 d7=(2525+254)/2=25325r7=12663B2、7=10 d1、2=2×(12.6632-102)05r1、2=7.769B2、1=20 d、4=2×(17.85+18)/2=17925r3、4=8963B2、3=48 d5、6=2×(199+20)/2=19.95r5、6=9.975 56=(1485+15.3)/2=15.075 3、计算刀具廓形深度: h=r1、2 Siny f=7.769×Sinl5°=201l r1、2 Cosy f=7.769×Cos15°=7.504 s(rf Px=[(rx-(r1, 2 SinYf P3、4=(89632-4044)03-7.50410.891=1096 P5、6=(99752-4044)05-750410.891=2019 P7=[(12662-404405-7.50410.891=4453 计算近似圆弧半径R7 Tan0=P7/2”7”=4453/3=0.4453 R7=2”7”/Sin20=10/Sin48°=13.459 圆心的位置对称圆弧中心线 校验4”5”切削刃上后角ao4”5” 因κr4”5”=0,故a。4”5”=0改善措施,磨出κr4”5”=8° 校验刀具廓形宽度∑L<=3dmm
- 2 - 取刀具上 1 ， (2 ， ) 为刀具轮廓形设计计准点。节点 1、2、3、4、5、6、7 平均 直径分别为： d7 ＝(25.25＋25.4)／2 ＝25.325 r7 ＝12.663 B 2、7 ＝10 d1、2 ＝2×（12.6632－102）0.5 r1、2 ＝7.769 B 2、1 ＝20 d3、4 ＝2×（17.85＋18）／2 ＝17.925 r3、4 ＝8.963 B 2、3 ＝48 d5、6 ＝2×（19.9＋20）／2 ＝19.95 r5、6 ＝9.975 B5、6 ＝(14.85＋15.3) ／2 ＝15.075 3、计算刀具廓形深度： h ＝r 1、2 Sinγf ＝7.769×Sin15°＝2.011 h 2＝4.044 r 1、2 Cosγf ＝7.769×Cos15°＝7.504 Cos（γf ＋αf）＝Cos（15°＋12°）＝0.891 P x ＝[ ( rx 2－（r1、2 Sinγf ）2 － r1、2 Cosγf）0.5 ] Cos（γf ＋αf） P 3、4 ＝[( 8.9632－4.044）0.5 － 7.504] 0.891 ＝ 1.096 P 5、6 ＝[( 9.9752－4.044）0.5 － 7.504] 0.891 ＝ 2.019 P 7 ＝[( 12.6632－4.044）0.5 － 7.504] 0.891 ＝ 4.453 计算近似圆弧半径 R 7 Tanθ＝P 7／2 ” 7 ” ＝4.453／3 ＝0.4453 θ＝24° R 7＝2 ” 7 ”／ Sin 2θ＝10／Sin48°＝13.459 圆心的位置对称圆弧中心线 4、校验： 校验 4 ” 5 ” 切削刃上后角αo 4 ” 5 ” 因 κr 4 ” 5 ” ＝0 , 故αo 4 ” 5 ” ＝0 改善措施，磨出κr 4 ” 5 ” ＝8° 校验刀具廓形宽度 ∑L <= 3d min
∑L=49+7=56(7附加刀刃宽度) 6=∑L<=3×18=54 5、刀体尺寸 max T7=4894 B=14,H=75,E=6,A=25,F=10,r=0.5 燕尾测量尺寸为 6、廓形深度尺寸标注 刀具廓形深度设计基准为d1、2.刀具廓形深度标注基准为d5、6 基准不重合,故标注廓形深度应为: P5、6=2.019≈2.02 P5、6-P3、4=2019-1.096=0.923≈0.92 P7-P5、6=4453-2.019=2434≈243 四.棱形车刀设计图 1.工作部分材料W6MoCr4V2 热处理硬度63~66HRC 体材料40Cr,热处理硬度40~45HRC 2刀具前面、切削刃不允许有裂纹,烧伤 3.成形表面按工作样板制造 4.标记:+可=15+12 棱形成形车刀设计图 标记处数更改文件号字旧日期 重比例 图617棱形车刀设计图 五.样板设计图
- 3 - ∑L＝49+7＝56 （7 附加刀刃宽度） 56＝∑L <= 3×18＝54 5、刀体尺寸 Tmax ＝T7 ＝4.894 B＝14, H＝75, E＝6, A=25, F=10 , r＝0.5 燕尾测量尺寸为： d＝6，M＝29.46 6、廓形深度尺寸标注 刀具廓形深度设计基准为 d 1、2 , 刀具廓形深度标注基准为 d 5、6 基准不重合，故标注廓形深度应为： P 5、6 ＝2.019 ≈2.02 P 5、6 －P 3、4＝2.019－1.096＝0.923 ≈0.92 P 7－P 5、6 ＝4.453 －2.019＝2.434 ≈2.43 四．棱形车刀设计图 五．样板设计图
组合式圆孔拉刀设计举例 已知条件 加工零件如右图 材料:40Cr钢,σb=0.98Gpa硬度210HBS 拉前孔径中190 拉后孔径中20 拉后表面粗糙度Ra0.8um 拉床型号L6110拉刀材料W6Mo5Cr4V2许用应力[o]=350Mpa 二.设计要求 设计计算组合式圆孔拉刀,绘制拉刀工作图 三.设计计算过程 1、直径方向拉削余量A A=Dmax-dmn=20.021-19=1.02lmm 2.齿升量fz(I一粗切Ⅱ一过渡Ⅲ一精切Ⅳ一校正) 选fz1=0.03f2zm=0.025、0.02、0.015z=0.01fzN=0
- 4 - 返回 组合式圆孔拉刀设计举例 一．已知条件 加工零件如右图 材料：40Cr 钢，σb＝0.98Gpa 硬度 210HBS 拉前孔径 φ19 拉后孔径 φ20 拉后表面粗糙度 Ra 0.8 μm 拉床型号 L6110 拉刀材料 W6Mo5Cr4V2 许用应力 [σ]=350Mpa 二．设计要求 设计计算组合式圆孔拉刀，绘制拉刀工作图 三．设计计算过程： 1、直径方向拉削余量 A A=Dmax –dmin =20.021-19=1.021mm 2. 齿升量 fz （Ⅰ－粗切 Ⅱ－过渡 Ⅲ－精切 Ⅳ－校正 ） 选 fzⅠ=0.03 fzⅡ=0.025、0.02、0.015 fzⅢ=0.01 fzⅣ=0 +0.10 0 +0.021 0
计算齿数 初选Z=3Zm=4ZN=6计算Z1 ZI=A-(AZn+AZm/2×fz =[1.021-(2×(0.025+0.02+0.015)+(4×0.01)/2×0.03 取Z1=13余下未切除的余量为: 2A={1.021-[13×2×0.03+2×(0.025+0.02+0015)+(4×2×0.01)} 将0.041未切除的余量分配给过渡齿切,则过渡齿数Zn=5 过渡齿齿升量调正为:fz=0.025、0.02、0.015、0.01、001 最终选定齿数Z1=13+1Zn=5Zm=4+1ZN=6 Z=ZI+ZI+Zm+Z 直径Dx 1)粗切齿Dx1=dmmn=19.00Dx2=Dx1+2fz1 D-Dx14=19.06、19.12、1918、19.24、19.30、19.36、1942、19.48、1954 19.60、19.66、19.72、19.78 (2)过渡齿Dx15-D×19=1983、19.87、19.90、19.92、1994 3)精切齿Dx20-Dx24=1996、19.98、20.00、20.02、20.021 (4)校准齿Dx25-Dx30=20.021 5.几何参数 Yo=15 1.5°~2.5°ba1=0.1~0.3 齿距P/mm P=15×10.5=15×5005=10.6 选取P=11 7.检验同时工作齿数Ze Ze=L/P+1=50/11+1=5.5>3 8.计算容屑槽深度h
- 5 - 3．计算齿数 Z 初选 ZⅡ=3 ZⅢ=4 ZⅣ=6 计算 ZⅠ ZⅠ=[A－(A ZⅡ+A ZⅢ)]／２×fzⅠ =[1.021－(２×(0.025+0.02+0.015) +(4×0.01)]／２×0.03 =13.68 取 ZⅠ= 13 余下未切除的余量为： 2A={1.021－[13×2×0.03＋2×(0.025＋0.02＋0.015)＋(4×2×0.01)]}} =0.041 mm 将 0.041 未切除的余量分配给过渡齿切，则过渡齿数 ZⅡ=5 过渡齿齿升量调正为： fzⅡ=0.025、0.02、0.015、0.01、0.01 最终选定齿数 ZⅠ= 13＋1 ZⅡ=5 ZⅢ= 4＋1 ZⅣ= 6 Z ＝ZⅠ＋ZⅡ＋ZⅢ＋ZⅣ ＝ 30 4．直径 Dx ⑴ 粗切齿 Dx1＝dmin =19.00 Dx2 ＝Dx1＋2fzⅠ …………………… Dx2 －Dx14＝19.06、19.12、19.18、19.24、19.30、19.36、19.42、19.48、19.54、 19.60、19.66、19.72、19.78 ⑵ 过渡齿 Dx15 －Dx19 ＝19.83、19.87、19.90、19.92、19.94 ⑶ 精切齿 Dx20 －Dx24 ＝19.96、19.98、20.00、20.02、20.021 ⑷ 校准齿 Dx25 －Dx30 ＝20.021 5．几何参数 γo=15° αo=1.5°～2.5° bα1=0.1～0.3 6．齿距 P/mm P=1.5× L 0.5 =1.5 ×500.5=10.6 选取 P=11 mm 7. 检验同时工作齿数 Ze Ze =L / P＋1 =50 / 11＋1 =5.5 >3 8. 计算容屑槽深度 h
h=113×(kLh0.5=1.13×(3×50×0060.5=39 9.容屑槽形式和尺寸 形式:圆弧齿背形 尺寸 粗切齿:p=11、g=4、h=4、r=2、R=7 精切齿、校准齿:p=9、g=3、h=3.5、r=1.8、R=5 0.分屑槽尺寸 弧形槽:n=6、R=25 角度槽:n=8、bn=7、ω=90° 槽底后角:an=5° 11.检验 检验拉削力:Fe<FQ Fc=Fc’× bD x Ze×k 195×rD/2×Ze×k=195×3.1416×20/2×5×10-3kN 30.6kN FQ=100×0.75kN=75kN 检验拉刀强度 <o [o]=350MPa 0=Fc/Amin Amin=m(Dz1-2h)214=3.1416(19-8)2/4 d=30615N/94Mpa=325Mpa<350MPa 前柄 D1=180 d1=13.5018 L1=16+20=36 13.过渡锥与颈部 过渡锥长:13=15 颈部:D2=1812=100 14.前导部与后导部
- 6 - h = 1.13 × (k L hD ) 0.5 = 1.13 × (3×50×0.06 ) 0.5 = 3.39 9. 容屑槽形式和尺寸 形式：圆弧齿背形 尺寸： 粗切齿： p=11、g=4、h=4、r=2、R=7 精切齿、校准齿：p=9、g=3、h=3.5、r=1.8、R=5 10. 分屑槽尺寸 弧形槽：n=6、R=25 角度槽：n=8、bn =7、ω=90° 槽底后角：αn =5° 11．检验 检验拉削力：Fc< FQ Fc = Fc’ × bD × Ze × k ＝ 195×πD/2 ×Ze ×k = 195 ×3.1416 ×20/2 ×5 ×10 －3 kN ＝ 30.6 kN FQ ＝ 100×0.75 kN ＝75 kN Fc< FQ 检验拉刀强度： σ< [σ] [σ] =350 MPa σ= Fc / Amin Amin =π(Dz1－2h)2 /4 = 3.1416（19－8）2／4＝ 942 mm σ = 30615 N／94 Mpa =325 Mpa < 350 MPa 12. 前柄 D1 = 18 d1 = 13.5 L1=16＋20＝36 13． 过渡锥与颈部 过渡锥长：l3 =15 颈部： D2=18 l2 =100 14. 前导部与后导部 -0.016 -0.043 D 1 = 18 -0.018 0
前导部:D4=dmin=19.00053 后导部:D6=Dmim=2000116=40 15.长度L L=前柄+过渡锥+颈部+前导部+刀齿部+后导部 36+15+100+50+(18×11+11×9)+40=538 ≈540mm 16.中心孔 两端选用带护准中心孔 d=2d1=63t1=2.54t=2 17.材料与热处理硬度 材料:W6Mo5CrV2 刀齿与后导部63~66HRC 前导部60~66HRC 柄部40~52HRC 18.技术条件 参考国标确定。(GB3831-83JB/I6457-92) 19.绘图 型直m是/m A 四可 194 20a1-0∞ 合式圆拉刀设计图 不带都灯和快季6(试405 字 尺寸一致性为0.005mm,25-30齿不允许有正锥
- 7 - 前导部：D4 = dmin =19.00 l 4 ＝ 50 后导部：D6 = Dmin =20.00 l 6 ＝ 40 15. 长度 L L ＝前柄＋过渡锥＋颈部＋前导部＋刀齿部＋后导部 ＝36＋15＋100＋50＋（18×11＋11×9）＋40 ＝538 ≈540mm 16. 中心孔 两端选用带护准中心孔 d=2 d1= 6.3 t1 = 2.54 t =2 17. 材料与热处理硬度 材料：W6Mo5CrV2 刀齿与后导部 63～66HRC 前导部 60～66HRC 柄部 40～52HRC 18．技术条件 参考国标确定。（GB3831-83 JB/T6457-92 ） 19．绘图 返回 -0.02 -0.053 -0.041 -0.02
带导向硬质合金铰刀设计举例 在Z32K摇臂钻窗上精饺中19 mm铸铁(H1200)孔,余量A=0.2mm,切削 速度ve=8m/min,进给量f=0.8mm/r,使用柴油作为切削液,加工示意图如下: 设计步骤与计算方法入下 1、直径及公差 取孔的最小收缩量 Amax=0.1=0.1×0.033=0.0033 取铰刀制造公差G=0.351=0.35×0.033=001155。考虑一般厂能接受的加工精度, 减少G值,以提高铰刀使用寿命,最终选取G=0.006mm 铰刀直径: dmax= wmax+ Amin=19.033+0.003=19036 dmn= wmax+Pamn-G=19.033+0.003-0.006=19030 2、铰刀材料于热处理 铰刀材料:刀体材料9CrSi 刀片材料YG6 刀片型号E505,尺寸L=22B=3.5C=2R=25 热处理柄部硬度30~45HRC 导向部硬度57~62HRC 3、齿数z=6等齿距分布 4、槽型参数 槽型:圆弧直线齿背 4.024 参数:D2=18 H=12.8
- 8 - 带导向硬质合金铰刀设计举例 在 Z32K 摇臂钻窗上精饺 φ19 mm 铸铁 (HT200)孔，余量 A=0.2mm，切削 速度 vc =8m／min，进给量 f =0.8mm／r ，使用柴油作为切削液，加工示意图如下： 设计步骤与计算方法入下： 1、直径及公差 取孔的最小收缩量 P amax =0.1IT=0.1×0.033 =0.0033 取铰刀制造公差 G=0.35IT=0.35×0.033＝0.01155。考虑一般厂能接受的加工精度， 减少 G 值，以提高铰刀使用寿命，最终选取 G=0.006 mm 铰刀直径： dmax =dwmax＋Pamin =19.033＋0.003=19.036 dmin =dwmax＋Pamin－G=19.033＋0.003－0.006=19.030 2、铰刀材料于热处理 铰刀材料：刀体材料 9CrSi 刀片材料 YG6 刀片型号 E505 , 尺寸: L=22 B=3.5 C=2 R=25 热处理 柄部硬度 30～45HRC 导向部硬度 57～62HRC 3、齿数 Z=6 等齿距分布 4、槽型参数 槽型：圆弧直线齿背 参数：D2=18 H=12.8 θ=85° -0.033 0 -0.024 0 -0.024 ‘.0243 3
5、齿槽方向:直槽 6、几何角度:xr5°Yp=0° 切削部分ao=8°ba1=0.01~0.07 校正部分ao=10°ba1=0015 后锥角=3°,后锥长度=3mm 7、前导引 前导锥长13=1~2 锥角 8、切削部长度l1=(1.3~14)Acotκr =14×0.1×1143≈1.6 9、工作部长度1=(0.8~3)d =1.1×19=21,取等于刀片长度 10、颈部直径d4和长度16 16=34-22=12 ll、导向部直径D3及公差 D3=20H6/g5=20 0.016 12、导向部分结构 采用齿槽式结构0=85°H=12.8f=0.1202=30 13、导向部长度l5 取铰刀切出长度为15 l5=34+38+10+13+15-22+12=76 14、铰刀柄部 用3#莫氏锥柄 15、总长L L=98+7+76+34=215
- 9 - 5、齿槽方向：直槽 6、几何角度：κr=5°γp＝0° 切削部分 αo＝8° bα1＝0.01～0.07 校正部分αo＝10°bα1＝0.015 后锥角=3°, 后锥长度＝3mm 7、前导引 前导锥长 l3=1～2 锥角 ＝5° 8、切削部长度 l1=(1.3～1.4) A cotκr =1.4×0.1×11.43 ≈1.6 9、工作部长度 l = (0.8～3) d = 1.1×19 ＝21 , 取等于刀片长度 10、颈部直径 d 4 和长度 l 6 d 4 = D2 = 18 l 6 = 34 －22 ＝12 11、导向部直径 D3 及公差 D3 = 20 H6／g5 = 20 12、导向部分结构 采用齿槽式结构 θ= 85° H=12.8 f=0.12 θ2= 30° 13、导向部长度 l5 取铰刀切出长度为 15 l5 = 34＋38＋10＋13＋15－22＋12＝76 14、铰刀柄部 用 3# 莫氏锥柄 15、总长 L L = 98＋7＋76＋34＝215 -0.007 -0.016
16、绘制铰刀工作图 D:JA-B INe ND. L-2 返回 铲齿成形铣刀设计举例 在ⅹ62W铣床上铣削如图轮廓工件 工件材料:45钢 铣刀前、后角 工件廓形曲线部分允许误差为±0.1mm 角度部分允许误差为±15 设计高速钢铲齿成形铣刀 、铲齿成形铣刀结构尺寸决定 根据工件廓形最大高度h=26mm按铣刀的结构尺寸资料,选取加强型齿槽, 铣刀宽度B=b+3=37+3=40mm 验算铣刀结构参数 1、验算铣刀壁厚m 要求满足条件:m=(d-2H-d1)/2≥0.4d m=(140-2×16-40)/2=34 0.4d1=0.4×40=16 m=34>0.4d1=16满足要求
- 10 - 16、 绘制铰刀工作图 返回 铲齿成形铣刀设计举例 在 X62W 铣床上铣削如图轮廓工件 工件材料：45 钢 铣刀前、后角 γf =10°，αf =10° 工件廓形曲线部分允许误差为 ±0.1mm 角度部分允许误差为 ±15’ 设计高速钢铲齿成形铣刀。 一、铲齿成形铣刀结构尺寸决定 根据工件廓形最大高度 h0 =26mm 按铣刀的结构尺寸资料，选取加强型齿槽， 铣刀宽度 B=b+3 =37+3=40 mm 二、验算铣刀结构参数 1、验算铣刀壁厚 m 要求满足条件：m = (d－2H－d1)／2 ≥0.4 d1 m = (140－2×16－40)／2 ＝34 0.4 d1 = 0.4×40 ＝16 m = 34 ＞0.4 d1＝16 满足要求
