刀具课程设计指导..

机械制造及自动化专业刀具课程设计指导

山东大学机械工程学院

一、刀具课程设计的目的要求及内容

1. 设计目的及要求

刀具课程设计是机械制造类(冷加工)专业学生在学习《现代切削加工理论基础》、《机械制造技术基础》及《机械制造装备设计》等课程及其它有关课程之后进行的一个实践性教学环节，其目的是巩固和加深理论教学内容，培养学生综合运用所学理论，解决生产实际中刀具设计问题的能力。

通过刀具课程设计，应使学生达到如下要求：

(1)初步掌握几种典型刀具的设计计算方法，

(2)学会绘制刀具工作图，标注必要的技术条件，

(3)学会使用各种设计资料、手册和国家标准，

2. 设计内容

刀具课程设计的内容是从工艺设计零件（如Z12V190B柴油机活塞）加工过程中使用的几种刀具如成形车刀、成形铣刀等中选择一到两把进行设计，也可另外指定一到两把刀具进行设计，时间为4天。

3. 设计刀具的一般步骤

(1)确定刀具的类型；

(2)选择刀具材料；

(3)确定刀具合理的几何角度；

(4)确定刀具结构参数(包括：刀体尺寸、刀齿齿数、刀齿和容屑槽形状和尺寸、刀具夹持部分

的结构和尺寸等)；

(5)设计计算刀具的廓形；

(6)制订合理的技术条件(包括：重要尺寸的公差、形位公差、各重要表面的粗糙度、对刀具材

料及热处理的要求等)；

(7)考虑刀具的制造工艺及检验方法；

(8)绘制刀具工作图；

(9)编写出刀具设计计算说明书。

4. 尖齿铣刀设计（该刀具设计资料很少）注：这部分内容是从相关资料中汇集的，同学们可直接用！

(1) 铣刀直径d和心轴（内孔）直径d1

选择铣刀直径时，应保证铣刀的轴具有足够的刚度和强度，刀齿具有足够的容屑空间以及能多次重磨。在满足这些条件的前提下，尽可能选择较小的数值，否则，铣削扭矩大，动力消耗多，而且铣刀切入时间长，从而降低了生产率。此外，小直径铣刀成本低，一般根据铣削用量和铣刀的轴来选择铣刀直径。

注：如ap、b D不能同时与表中数值统一，而ap（圆柱铣刀）或b D（端铣刀）又较大时，则主要依据ap（圆柱铣刀）或bD（端铣刀）选择铣刀直径

铣刀直径d和心轴直径d1有如下关系

d=2.25d1

心轴直径由表2选取。

表2 铣刀直径和心轴直径d

为了保证铣刀体壁厚有足够的强度，所选的d及d1还必须满足以下条件

d≥d1+2m+2h

式中m—铣刀体壁厚，通常取m≥0.3d(mm)，m小时会引起键槽处在热处理或工作时裂开；

h—铣刀刀齿的高度(mm)。

图1 硬质合金端铣刀

(2) 铣刀的齿数z

铣刀按齿数多少可分为粗齿和细齿两种：粗齿铣刀的刀齿强度高，容屑空间大，重磨次数多，但平稳性差，故多用于粗加工、或切削塑性材料（为有足够容屑空间）。细齿铣刀刀齿较多，切削平稳，加工表面质量较好，故多由于半精加工和精加工。在实际生产中，铣刀刀齿常按下式计算

z=

式中d—铣刀直径(mm)；

K—根据铣刀种类和切削条件确定的系数，按表3选取。

注：对于角度铣刀和成形铣刀，大直径时K 取小值，其余铣刀则小直径时K 取大值。

(3) 铣刀螺旋角β

1) 直线齿背几何参数计算公式（图2）

β0=45︒~50︒ θ=β0+γ0+ε

式中 γ0—铣刀的前角(︒)；

ε—360/z （z 为铣刀齿数）

对于螺旋齿铣刀，zj 应按下式选取

3

cos j z

z β

=

（β为铣刀螺旋角） 11mm 2mm b α=

0.5mm

2mm r = ()d 0.4

0.65mm z

h π=

式中 d —铣刀直径(mm)。

2) 折线齿背与曲线齿背几何参数计算公式（图2）

θ1=β0+γ0+ε θ2=60︒~65︒ r=1~4mm

()

d

0.30.5mm z

h π=

α02=α01+8︒~12︒

铣刀的螺旋角β大时，因增大了实际工作前角和切屑卷曲半径，从而排屑方便，故可降低表面粗糙度，减少振动，但螺旋角β过大则会引起轴向力增大。各种铣刀螺旋角见表4。

图2 刀齿的几何形状（注：刀齿的法剖面）

铣刀螺旋角的方向可根据具体工作情况确定。在铣槽和侧面时，应按图3所示来选择铣刀的螺旋角β和铣刀的旋转方向。

图3 铣刀螺旋槽方向

(4) 刀齿的几何形状（图2）

刀齿的几何形状应满足：应有足够的强度；有足够的容屑空间；保证排屑顺利；有足够多的重磨次数。

二、刀具工作图及设计计算说明书

1. 绘制刀具工作图时应注意的主要问题

刀具设计计算最终要用刀具工作图表示出来，为刀具制造提供全部参数及要求。刀具工作图在图纸中的布置，应当各部分之间协调，松、密恰当，整体美观。绘制刀具工作图时应注意的主要问题如下：

(1)刀具工作图的画法

刀具工作图应表示出该刀具的结构特征及其具体尺寸。同时除主要视图外，常有剖面图，局部放大图。如切削刃口型式，分屑槽结构型式、小圆角及空刀槽等。

在绘制刀具工作图时，除按机械制图投影理论绘制外，通常还采用简化画法。例如齿轮滚刀、蜗轮滚刀、花键滚刀等正视图其外圆及两端面用粗实线画，而刀齿、螺旋槽则可用双点划线简化表示，但螺旋方向必须一致。拉刀切削部粗切齿、精切齿、校准齿，按类只画前后几个齿而中间齿可以用简化画出，即外圆用粗实线，容屑槽底用细实线，其拉刀长度可以断开等。

(2)刀具工作图的标注

刀具工作图像其它图纸一样按国家标准规范进行标注尺寸、公差及表面粗糙度。形位公差尽量标注在图形上，有时为了简便也可用文字说明，写在技术要求中。

整体式刀具工作图与装配式刀具工作图其标注有不同之处，像标注零件图与装配图之区别一样。

(3)刀具工作图的比例

刀具工作图的比例通常是1:1的比例，而对不同实际尺寸和结构复繁程度不同也可用放大或缩小比例。当刀具工作图中有局部放大比例的图形时，一定在放大图形上方标明放大比例。

2. 设计说明书的内容及要求

刀具设计说明书是绘制刀具工作图的依据，是刀具设计方案正确与否、几何参数选择合理与否的检验文件，因此刀具设计说明书应包括：

(1)原始条件及设计要求；

(2)刀具结构型式的确定；

(3)刀具材料的确定；

(4)刀具几何参数的合理选择及其计算；

(5)刀具结构设计及结构尺寸计算和验算；

(6)刀具强度、刚度的校核；

(7)确定刀具工作图的技术条件；

(8)设计体会。

刀具设计说明书大体上包含以上几方面，对于具体设计某种刀具可参考这种刀具设计示例。

对于刀具设计说明书，要求字迹工整、文图结合，简图明了、直观，计算步骤完整、正确。

说明书要用统一标准的课程设计说明书纸，最后装订成册。

三、刀具设计题目（根据实际工艺设计零件确定，以下为例子！！！）

1. 从自己的零件工艺中选择1把刀进行设计，比如

(1) 成形车刀设计

设计活塞加工过程中的下列内容之成形车刀：

1)粗锪燃烧室，使用双面组合机床。

2)精车燃烧室，使用专用精车燃烧室车床。

(2) 成形铣刀设计题

设计活塞）加工过程中的下列内容之成形铣刀（尖齿成形铣刀）：

1)铣内腔，使用立式专用内腔铣床。

2)铣上开裆，使用立式销座开裆铣床。

3)铣下开裆，使用立式销座开裆铣床。

4)铣避碰弧，使用卧式铣床。

2. 其它成形车刀、综合式圆孔拉刀设计（见下一页）

3. 要求：不能设计普通的外圆车刀、端面车刀、麻花钻等标准刀具。

4. 每个同学设计自己的刀具，互相不能重复。即使结构相同，刀具的结构参数应有区别！！！