综合式圆孔拉刀设计

姓名：豆豆
学号:100101106 指导老师：胡老师设计日期：2012年5月22
目录设计任务
拉刀简介
设计步骤
确定齿升量、齿数和刀齿直径
选择拉刀的几何角度
确定齿距
容削槽
分削槽
拉刀非工作部分的设计拉刀示意图
拉刀检验
设计总结
设计任务：
工件材料为易切削钢40Cr，毛坯为圆料棒，直径为D=Φ40mm宽度
l=30mm，预制孔直径Φ24
1.0
+
钻孔，表面质量差，设备为L6110拉床，
为大批量生产，设计拉刀完成孔直径Φ25021.0
+(H7),孔表面粗糙度Ra0.8um的加工，零件图如下：
毛坯图
零件图
拉刀简介：
拉刀是一种多齿、精加工刀具。

拉刀工作时沿轴线作直线运动，以其后一刀齿高于前一刀齿来完成拉削任务。

拉削加工在成批大量生产中得到广泛的应用。

拉刀的拉削特点
1.生产率高拉刀同时工作齿数多，切削刃长，一次行程即
可完成工件的粗加工、精加工和光整加工，因此具有很高的生产率。

2.拉削速度低，质量稳定一般拉削速度νc=2～8m／min，
拉削平稳，切削厚度小，因此拉削精度可达IT7～IT8，表面粗糙度值可达Ra5～0．8μm。

另外，拉削时各刀齿不是连续而是间隙工作的，刀齿磨损慢，刀具耐用度高，寿命长。

这样由同一把拉刀加工出的工件，其质量稳定，具有很好的互换性。

3.拉床结构简单、操作方便因为拉削一般只有一个主运动。

4.拉刀加工范围广泛可拉削各种形状的通孔和外表面。

但
拉刀的设计、制造复杂，价格昂贵，不适应单件小批生产。

5.拉刀是专用刀具一种形状与尺寸的拉刀，只能加工相应
形状与尺寸的工件，不具有通用性。

因此也把拉刀称为定尺寸刀具。

设计步骤：
根据刀具设计手册，选取W18Cr4V为刀具材料，拉削方式为综合式拉刀工作部分设计：
确定齿升量、齿数和刀齿直径
1．齿升量fz
粗切齿的齿升量较大。

因为加工余量的80%要由粗切齿去切除，但其齿升量也不易过大，过大则拉削力大，一则影响拉刀的强度和拉床的负荷；二则很难获得表面粗糙度值小的拉削表面。

一般推荐齿升量fz=O．03～0．06mm，且各齿齿升量相等。

精切齿的齿升量fz较小。

考虑到加工精度与表面质量，其齿升量fz一般取0．01～O．03mm，且各齿齿升量相等。

过渡齿齿升量介于粗切齿与精切齿的齿升量之间，且大小不等、逐渐减小。

这样安排过渡齿的齿升量，其目的是使拉削力从粗切齿组到精切齿组起到一个平稳的过渡，保持拉削过程的平稳性
由已知条件知：拉削总余量A=1.021mm，根据课本《金属切削原理与刀具》
选择粗切齿、精切齿、过渡齿和校准齿齿升量如下：
齿类
校准齿精切齿过渡齿粗切齿型
齿数z 5 7 5 8
齿升量f 0 0.01 0.04 直径方向上的拉削
0.14 0.25 0.64
余量A
粗切齿齿数按下式确定：
=[A-(AⅡ+AⅢ)]/2fⅠ=[1.021-(0.14+0.25)]/2x0.04=7.8875,
Z
I
各刀齿直径的确定：
因为预制孔的表面质量差，所以1号刀齿直径应该为D1=d wmin+f z1 =24+0.04= 24.04mm
校准齿各齿直径相同，起最后修光、校准拉削表面的作用，这里选择校准齿直径为25.021mm
其他各齿的直径及公差见下表：
刀号
齿类 直径 偏差
1 粗切齿
24.04 0.005
2 24.11
3 24.19
4 24.27
5 24.35
6 24.43
7 24.51
8 24.5
9 9 过渡齿 24.67 10 24.74 11 24.80 -0.005
12 24.85 13 24.89 14 精切齿 24.92 15 24.94 16 24.96 17 24.98 18 25 19 25.02 20 25.021 21 校准齿 25.021 22 25.021 23 25.021 24 25.021 25 25.021
选择拉刀的几何角度：
前角γ0一般根据工件材料选取。

拉削钢料时，为减小切削变形，降低拉削力，提高拉削表面质量，一般γ0取10°～15°(材料韧性大，y0取得大些)，这里由于材料是40Cr，韧性较好，所以选择前角γ0=15°
后角α0拉削普通钢切削齿α0 =2.5°～4°，校准齿=0.5°～1°，由于拉刀属于定尺寸刀具，为使刀齿沿前面重磨后直径变化较小，以延长拉刀的使用寿命，其后角ao应选得小些，所以切削齿后角α0 =2.5°，校准齿α0=0.5°
刃带后角α
b1和宽度b
a
刀齿上刃带是起支撑拉刀平稳工作，保
持重磨后直径不变和便于检测直径尺寸。

在此取α
b1=0，粗切齿b
a
=0，
精切齿b
a =0.1mm，校准齿b
a
=0.4mm
确定齿距
齿距指相邻两刀齿间的轴向距离。

在设计齿距P时，要着重考虑两个方面的问题，即容屑空间与拉削平稳性。

若齿距P小，则同时工作齿数多，拉削平稳性好，拉削表面质量高。

但齿距P过小，容易造成容屑空间不够，切屑挤塞于容屑槽内而折断拉刀。

一般齿距P的设计原则是：在保证有足够容屑空间的前提下，同时工作齿数zе尽可能多些。

一般zе≥3。

由经验公式确定粗切齿齿距：P=1.5L，精切齿和校准齿距p=0.8P（L=30mm）
粗切齿和过渡齿齿距P=8.2mm，精切齿和校准齿齿距p=6.6mm
容削槽：
容削槽的形状和尺寸要求：能宽敞的容削，有利于切削卷曲，不削弱刀齿的强度和便于制造。

根据课本选择适用于拉削塑性材料和综合拉削拉刀的圆弧齿背型容削槽
容削槽示意图如下：
容屑槽深度确定容屑槽时，必须注意容屑条件。

因为切屑卷曲不可能绝对紧密，所以应使容屑槽的有效容积大于切屑体积。

由刀具设计手册得圆弧齿背型容削槽的尺寸参数计算公式：
h=0.4p，g=0.35p，R=0.65p，r=0.5h
则粗切齿和过渡齿的容削槽尺寸参数为：h=3.3mm，g=2.9mm，
=0.3mm
R=5.4mm，r=1.6mm ,b
a1
精切齿和校准齿的容削槽的尺寸为：h=2.6mm，g=2.3mm，R=4.3mm，r=1.3mm, b
=0.2mm
a1
粗切齿和过渡齿容屑槽
精切齿和校准齿容屑槽
分削槽：
一般拉削宽度超过5mm时，在拉刀切削刃宽度上磨制分削槽，以利于切削的变形和卷曲，便于容削。

由于零件的宽度为30mm，所以选择便于加工和槽数较多的角度槽。

由刀具设计手册得，角度槽的底后角αf=5°,n=16,ω=60°，bc=πD/2n-0.1=1.5mm
角度槽示意图：
拉刀非工作部分的设计：
前导部：
由刀具设计手册查得：D1=20mm 020.-0053.0- D2=150 180.0-mm ，
D3=18mm ，D4=24mm ，L1=20mm ，L2=25mm ，L3=3mm ，L4=L （工件长度）=30mm
后导部：
D5等于工件孔的最小直径，即D5=25mm ，l6=0.7L=21mm （L 为工件长度）
拉刀示意图如下：
综上所述：D1=20mm020.-0
053
.0- D2=150
180
.0-
mm，D3=18mm，D4=24mm，L1=20mm，
L2=25mm，L3=3mm，L4=L（工件长度）=30mm，P（z1+z2）=106.6mm，Pz3=46.2mm，Pz4=33mm，D5=25mm，l6=21mm
根据上述数据得L（拉刀总长）=400mm
拉刀检验：
同时工作齿数检验：
Ze=
P
L+1=30/8.2+1=4.65>3,可以保证拉削过程的稳定性
容屑空间检验：
粗切齿容屑空间检验：
A=πh2 /4=8.548，A D =L fⅠ=30x0.04=1.2，满足容屑条件
精切齿和校准齿容削空间检验：
A=πh2 /4=5.3，A D =LfⅢ=30x0.01=0.3，满足容屑条件
拉刀强度检验：
公式：σ=F
cmax /S
min
<[σ]，F
cmax
=Fc’b
max
D
ZeK（K取0.8，为较好状
态的旧机床）
由刀具设计手册得(综合式圆孔拉刀按2f查得)
Fc’=235N/mm,得F
cmax
=3943MPa小于许用应力，满足条件
拉刀长度检验：
拉刀总长为400mm，设备为L6110，拉削行程为1000mm，设备满足要求。

设计总结：
拉刀成形图如下：
小结：经过这次刀具设计的过程，使我更加清楚的认识了铰刀的结构及原理，更加认识到设计一把刀具的难度，为了以后的学习和进步奠定了基础。

同时也熟练了关于设计软件CAD和UG的应用。

作为机制专业的学生，能够对刀具做简单的设计，并且运用各种工具正确的表达出设计过程及结果是一个基本的过程。

此次设计让我发现了自身的不足，在以后的学习过程中还需要继续努力，不过加强直径的专业知识及技能。