刀具设计举例：刀具设计举例

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°
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
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 ＝(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
h2＝4.044
r 1、2 Cosγf ＝7.769×Cos15°＝7.504
Cos（γf ＋αf）＝Cos（15°＋12°）＝0.891
P x ＝[ ( rx2－（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）
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
棱形车刀设计图五．样板设计图
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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
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× L0.5 =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 = 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
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°
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
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
2、验算铣刀后角 αox
要求满足条件：tanαox = R／Rx tanαf sinκrx ＞3°～4°
tanαf = K Z／πd (K=9 Z=10 d=140 κrx =15°)
tanαox = 9×10×sin 15°／π×140 ＝90×0.2588／439.8226 =0.0529577
αox = 3.03°，满足要求
3、验算齿根强度
要求满足条件：C ≥（0.8～1.8）H
C = (d /2 ―K ε3 / ε―h) sinε3
= (140 /2 ―9 ×5 / 6―26 ) sin30°
= 18
H = h＋K＋r = 26＋9＋1 ＝36
(8～1.8）H ＝28.8～64.8
C=18＜28.8 强度不足,宜选用加强型齿槽
三、铲齿成形铣刀廓形计算
1、轴向廓形计算(廓形高度和齿形角计算)
⑴ R2 ＝ R－h2 ＝140／2－5.6 ＝64.4 R2 ＝64.4mm
⑵ sinγf2 ＝R sinγf ／R2 ＝70 sin10°／64.4＝0.18875 γf2 ＝10.879°
⑶ ψ2＝γf2－γf ＝10.88°－10°＝0.88° ψ2＝0.88°
⑷ h2’ ＝h2－KZψ／360°＝5.6－9×10×0.88°／360°＝5.38
h2’ ＝5.38mm
⑸ R3 ＝ R－h3 ＝140／2－11.9＝58.1 R3 ＝58.1mm
⑹ sinγf3 ＝R sinγf ／R3 ＝70 sin10°／58.1＝0.20921 γf3 ＝12.076°
⑺ ψ3＝γf3－γf ＝12.076°－10°＝2.076° ψ3＝2.076°
⑻ h3’ ＝h3－KZψ3／360°＝11.9－9×10×2.076°／360°＝11.380
h3’ ＝11.38mm
⑼ R4 ＝ R－h4 ＝140／2－18.7＝51.3 R4 ＝51.3mm
⑽ sinγf4 ＝R sinγf ／R4 ＝70 sin10°／51.3＝0.2369 γf4 ＝13.706°
⑾ ψ4＝γf4－γf ＝13.706°－10°＝3.706° ψ4＝3.706°
⑿ h4’ ＝h4－KZψ4／360°＝18.7－9×10×3.706°／360°＝17.773
h4’＝17.77mm
⒀ R5 ＝ R－h5 ＝140／2－26＝44 R5 ＝44mm
⒁ sinγf5 ＝R sinγf ／R5 ＝70 sin10°／44＝0.2763 γf 5＝16.037°
⒂ ψ5＝γf5－γf ＝16.037°－10°＝6.037° ψ5＝6.037°
⒃ h5’ ＝h5－KZψ5／360°＝26－9×10×6.037°／360°＝24.491
h5’ ＝24.49mm
⒄ tanβc = h5tanβw／h5’ = 26 tan15°／24.49=0.2844 βc= 15°54’44”
2、铣刀前面刃型计算(前面刃形高度和齿形角计算)
⑴ h2” = R2sinψ2／sinγf =64.4 sin0.88°／sin10°=5.6958 h2” = 5.7mm
⑵ h3” = R3sinψ3／sinγf =58.1 sin2.076°／sin10°=12.12 h3” = 12.12mm
⑶ h4” = R4sinψ4／sinγf =51.3 sin3.706°／sin10°=19.095
h4” = 19.1mm
⑷ h5”=R5sinψ5／sinγf =44sin6.037°／sin10°=26.65
h5” = 26.65mm
⑸ tanβr = h5tanβw／h5” = 26 tan15°／26.65 =0.2614
βr = 14°39’
四、确定成形铣刀的技术条件
根据工件精度要求,取铣刀廓形公差为工件公差1/3。铣刀曲线部分误差为±0.03mm。角度部分误差为±5’。其它技术条件参考有关刀具设计手册。
五、绘制成形铣刀设计图
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