金屬切削原理與刀具課程設(shè)計-蝸輪滾刀和成形車刀刀具設(shè)計

洛陽理工學(xué)院課程設(shè)計1洛陽理工學(xué)院課程設(shè)計說明書全套設(shè)計圖紙加V信153893706或扣3346389411課程名稱金屬切削原理與刀具課程設(shè)計設(shè)計題目蝸輪滾刀和成形車刀刀具設(shè)計專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化班級姓名學(xué)號2020年6月19日

課程設(shè)計任務(wù)書機械工程學(xué)院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)學(xué)生姓名班級學(xué)號課程名稱：金屬切削原理與刀具課程設(shè)計設(shè)計題目：蝸輪滾刀和成形車刀刀具設(shè)計設(shè)計內(nèi)容：1．渦輪滾刀設(shè)計：已知工作蝸桿的軸向模數(shù)：mx＝4；蝸桿頭數(shù)：Z1=4；蝸桿分度圓直徑dt=44mm;蝸桿外徑：da1=52mm;蝸桿根圓直徑：df1=34.4mm;蝸桿軸向齒形角：αx1=20°；分圓柱上螺旋升角：λ1=19°58′59′′；螺旋方向：右旋；軸向齒距：Px1=12.566mm;導(dǎo)程：Px=50.264mm；蝸桿螺牙部分長度：L1=72mm；蝸桿類型：阿基米德蝸桿；材料：40Cr，表面淬火，45~50HRC。已知蝸輪齒數(shù)：Z2=50；渦輪精度等級：8級；蝸輪副的嚙合中心距：a=122mm;蝸輪副的頂隙系數(shù)：C*=0.2；渦輪副保證側(cè)隙類別：ja；蝸桿的裝配方式：徑向；蝸輪的材料：ZCuSn10Pb1:使用滾齒機：Y3150E。2．成形車刀設(shè)計：用C1336單軸自動車床加工如圖所示工件。棒料Φ34mm，45鋼設(shè)計圓體成形車刀。設(shè)計要求：1.蝸輪滾刀一把，圓體成形車刀一把。完成全部設(shè)計工作圖（含零件圖）。圖紙幅面、視圖布置及標記、圖面線型、尺寸標注和技術(shù)要求（含形位公差，表面粗糙度，熱處理等）的說明等均按國家有關(guān)標準執(zhí)行。用計算機繪制圖紙。編寫設(shè)計說明書（含封面和目錄），應(yīng)詳細敘述設(shè)計的全過程（包括設(shè)計依據(jù)，設(shè)計計算，材料選擇，結(jié)構(gòu)及各參數(shù)的確定等），分析設(shè)計特點，論證設(shè)計的合理性。內(nèi)容書寫應(yīng)條理清楚、格式規(guī)范、并裝訂成冊。2020年6月19日金屬切削原理與刀具課程設(shè)計課程設(shè)計內(nèi)容已知工作蝸桿的軸向模數(shù)：mx＝4；蝸桿頭數(shù)：Z1=4；蝸桿分度圓直徑dt=44mm;蝸桿外徑：da1=52mm;蝸桿根圓直徑：df1=34.4mm;蝸桿軸向齒形角：αx1=20°；分圓柱上螺旋升角：λ1=19°58′59′′；螺旋方向：右旋；軸向齒距：Px1=12.566mm;導(dǎo)程：Px=50.264mm；蝸桿螺牙部分長度：L1=72mm；蝸桿類型：阿基米德蝸桿；材料：40Cr，表面淬火，45~50HRC。已知蝸輪齒數(shù)：Z2=50；渦輪精度等級：8級；蝸輪副的嚙合中心距：a=122mm;蝸輪副的頂隙系數(shù)：C*=0.2；渦輪副保證側(cè)隙類別：ja；蝸桿的裝配方式：徑向；蝸輪的材料：ZCuSn10Pb1:使用滾齒機：Y3150E。用C1336單軸自動車床加工如圖所示工件。棒料Φ34mm，45鋼設(shè)計圓體成形車刀。二、設(shè)計要求1．完成全部設(shè)計工作圖（含零件圖）。圖紙幅面、視圖布置及標記、圖面線型、尺寸標注和技術(shù)要求（含形位公差，表面粗糙度，熱處理等）的說明等均按國家有關(guān)標準執(zhí)行。用計算機繪制圖紙。2．編寫設(shè)計說明書（含封面和目錄），應(yīng)詳細敘述設(shè)計的全過程（包括設(shè)計依據(jù)，設(shè)計計算，材料選擇，結(jié)構(gòu)及各參數(shù)的確定等），分析設(shè)計特點，論證設(shè)計的合理性。內(nèi)容書寫應(yīng)條理清楚、格式規(guī)范、字跡工整，并裝訂成冊。計算機打印。三、設(shè)計進度安排1．下發(fā)任務(wù)，熟悉課題，收集資料：1天2．刀具設(shè)計：3天3．答辯、提交資料：1天注：在每把刀的設(shè)計時間內(nèi)，應(yīng)完成該刀具圖紙繪制及設(shè)計說明書編寫。四、參考資料1．金屬切削刀具課程設(shè)計指導(dǎo)資料。2．金屬切削原理及刀具教材。目錄TOC\o"1-2"\h\u23463前言 114811.蝸輪滾刀設(shè)計 2204941.1蝸輪和蝸桿的已知條件 2202101.2蝸輪滾刀的設(shè)計步驟 2210251.3蝸輪滾刀外徑 2159221.4圓周齒數(shù)Zk 2311261.5后角ap和鏟削量K和K’ 2264501.6端面參數(shù) 387891.7容削槽導(dǎo)程Pk 3309351.8作圖校驗 3251231.9齒形參數(shù) 454971.10切削部分長度 5196371.11結(jié)構(gòu)形式和尺寸 557482.成型車刀設(shè)計 73362.1設(shè)計要求 7258932.2選擇刀具材料 757212.3選擇前角Υf及后角αf 7201822.5計算切削刃總寬度Le,并校驗的值 8231762.6確定結(jié)構(gòu)尺寸 829822.7用計算法求圓體成形車刀廓形上各點所在圓的半徑Rx 8247342.8根據(jù)表2-1可確定各點廓形深度ΔR的公差 9148292.9校驗最小后角 9127442.10車刀廓形寬度Lx 922930設(shè)計總結(jié) 109236謝辭 1128451參考文獻 12前言切削加工是加工是現(xiàn)代制造業(yè)應(yīng)用最廣泛的加工技術(shù)之一。據(jù)統(tǒng)計，國外切削加工再整個制造加工中所占比例約為80%~90%。刀具是切削加工中不可缺少的重要工具，無論是普通機床，還是先進的數(shù)控機床（NC），加工中心（MC）和柔性制造系統(tǒng)（FMC），都必須依靠刀具才能完成切削加工。刀具的發(fā)展對提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量具有直接影響。材料、結(jié)構(gòu)和幾何形狀是決定刀具切削性能的三大要素，其中刀具材料的性能起著關(guān)鍵性的作用。國際生產(chǎn)工程學(xué)會在一項研究報告中指出：“由于刀具材料的改進，允許的切削速度每隔10年幾乎提高一倍”。刀具材料已從20世紀初的高速鋼、硬質(zhì)合金發(fā)展到現(xiàn)在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐熱溫度已由500~600℃提高到1200℃以上，允許切削速度已超過1000m/min，使切削加工生產(chǎn)率在不到100年時間內(nèi)提高了100多倍。因此可以說，刀具材料的發(fā)展歷程實際上反應(yīng)了切削加工技術(shù)的發(fā)展史。洛陽理工學(xué)院課程設(shè)計PAGE12蝸輪滾刀設(shè)計1.1蝸輪和蝸桿的已知條件已知工作蝸桿的軸向模數(shù)：mx＝4；蝸桿頭數(shù)：Z1=4；蝸桿分度圓直徑dt=44mm;蝸桿外徑：da1=52mm;蝸桿根圓直徑：df1=34.4mm;蝸桿軸向齒形角：αx1=20°；分圓柱上螺旋升角：λ1=19°58′59′′；螺旋方向：右旋；軸向齒距：Px1=12.566mm;導(dǎo)程：Px=50.264mm；蝸桿螺牙部分長度：L1=72mm；蝸桿類型：阿基米德蝸桿；材料：40Cr，表面淬火，45~50HRC。已知蝸輪齒數(shù)：Z2=50；渦輪精度等級：8級；蝸輪副的嚙合中心距：a=122mm;蝸輪副的頂隙系數(shù)：C*=0.2；渦輪副保證側(cè)隙類別：ja；蝸桿的裝配方式：徑向；蝸輪的材料：ZCuSn10Pb1:使用滾齒機：Y3150E。1.2蝸輪滾刀的設(shè)計步驟蝸輪滾刀處于工作蝸桿的位置與被切蝸輪嚙合，所以蝸輪滾刀的基本參數(shù)與工作蝸桿相同，即滾刀模數(shù)mx0=4mm，滾刀頭數(shù)Z0=4；滾到分度圓直徑d0=44mm;分圓柱上螺旋升角：λ1=19°58′59′′；螺旋方向：右旋；軸向齒距：Px0=12.566mm;根圓直徑：df0=34.4mm;類型：阿基米德蝸桿。1.3蝸輪滾刀外徑蝸輪滾刀外徑da0=da1+2(c+Δ）=52+（0.4+0.8）=54.4mm；式中c=0.1mx0=0.4mm,Δ=0.2mx0=0.8mm。1.4圓周齒數(shù)Zk采用徑向進給加工時，應(yīng)使Zk與Z0無公因數(shù)，以增加包絡(luò)蝸輪齒面的刀刃數(shù)。同時應(yīng)考慮蝸輪精度等級，加工6級精度蝸輪Zk≥12；加工7級精度蝸輪Zk≥10；加工8級精度蝸輪Zk≥8；加工9級精度蝸輪Zk≥6.對于切向進給加工的蝸輪滾刀沒有這個要求。本設(shè)計初選Zk=10,待鏟削量和容削槽等參數(shù)決定后，校驗鏟磨干涉和刀齒強度，最后決定圓周齒數(shù)。1.5后角ap和鏟削量K和K’滾刀后角ap=10°~12°，取ap=10°，則鏟削量K=(Πda0/Zk)tgapcosλ0=（54.4Π/8）tg10°cos19°58′59′′=3.54mm。由附錄2根據(jù)Ⅰ型鏟削型式取接近的標準值k=3.5mm,k1=5.5mm。1.6端面參數(shù)（1）容削槽深度Hk,對于Ⅰ型鏟削方式：Hk=(da0+df0)/2+(k+k1)/2+(0.5~1.5)=(54.4-34.4)/2+(3.5+5.5)/2+(0.5~1.5)=15mm.（2）容削槽底圓弧半徑rk：=Π(54.4-14.5)/64=1.96mm。（3）容削槽角θ：一般θ=22°、25°或30°，取θ=30°。1.7容削槽導(dǎo)程PkPk=Πd0/tgλ0=44Π/tg19°58′59″=380mm。1.8作圖校驗干涉校驗蝸輪滾刀是專用的定裝刀具，磨光部分只要求有齒背的1/3即可。作圖法，圖如下：1）按所設(shè)計刀具的參數(shù)d0=54.4mm、Zk=10、H=15、=30°和r=2mm，作出刀具的端面投影圖，可得A、I、J三點。從第一齒的頂點A沿徑向取齒廓高度h=12.5得G點，從第二齒的頂點J沿徑向取鏟削量K=4得B點，取齒廓高度h得E點，從A點做直線AO1，AO1與前刀面AO夾角af，又作AB兩點連線的中垂線與直線AO1交于O1點，以O(shè)1為圓心，O1A為半徑作圓弧連A點和B點即得近似的齒頂鏟背曲線，以O(shè)1G為半徑畫圓弧GD，即為近似的齒底鏟背曲線。2）選砂輪直徑Ds≥（2h+25+5）mm，式中25為砂輪法蘭盤直徑，h為刀具齒廓高度。一般60≤DS≤1203）在弧AJ上取一點a，使弧Aa≈1/2弧AI,連aO,交弧GD于F點，連接FO1并延長之自F點在此延長線上截取FO2=1/2Ds得O2，以O(shè)2為圓心，1/2Ds為半徑作圓，即得砂輪得外圓周，并切弧GD與F點。此時砂輪外圓周如在下一個刀齒E點的上方，則砂輪在鏟磨時不會碰到下一個刀齒，如果在E點的下方，則鏟磨時會碰到下一個刀齒，即發(fā)生干涉。圖1-1滾刀干涉校驗圖根據(jù)圖1-1可以看出不發(fā)生干涉。（2）強度檢驗測出端面齒根厚度或計算齒根厚度：C=2.5（da0-2Hk)/Zk=2.5(54.4-30）/10=6.1mm.由不等式判別刀齒強度：C/Hk=6.1/15=0.406≥（0.35~0.45），滿足不等式則刀齒強度合格。通過鏟磨干涉和刀齒強度校驗均合格，上面確定的滾刀參數(shù)可用。1.9齒形參數(shù)齒形角ax0R=20°38′9″，取20°38′。ax0L=19°24′軸向齒頂斜角Φx螺旋蝸輪滾刀的頂刃不在軸向截面中，在徑向鏟削齒頂時，切削有先后關(guān)系，因此每個刀齒的頂刃就形成頂刃斜角Φx。取Φx=5°15′。法向齒距Pn0Pn0=Px0cosλ0=12.566cos19°58′59″=11.809mm。法向齒厚Sn0式中Δms查表5-4可得Δms=0.25mm。齒頂高ha0Ha0=(da0-d0)/2=(54.4-44)/2=5.20mm齒全高h0h0=(da0-df0)/2=(54.4-34.4)/2=10mm齒頂圓弧半徑ra0齒頂圓圓弧半徑越大，滾刀耐用度越高，加工的蝸輪齒根過渡曲線高度增大，綜合考慮?。簉a0=c=0.2mx0=0.2×4=0.8mm齒底圓弧半徑rf0rf0=1.5C=0.3mx0=0.3×4=1.2mm齒底退刀槽尺寸當mx0≥4時，滾刀齒底應(yīng)制造出磨削砂輪的退刀槽其：bkf=0.75Sf0=0.75×2.3=1.7mm;hkf=0.5~2mm,取hkf=0.5mm;rkf=0.5~1.3mm,取rkf=0.5mm。式中Sf0=Pa0-(Sn0+2hf0tgax1)=11.809-(6.03+9.6tan20°）=2.3mm。1.10切削部分長度徑向進給滾刀：L0=L1+Px0=72+12.566=85mm1.11結(jié)構(gòu)形式和尺寸根據(jù)da0=54.4mm,查表5-1得：d=22mm,由附錄表1查得t1′=24.1mm，代入式：顯然不滿足不等式，表明刀體強度不夠，應(yīng)制成整體連軸滾刀。整體連軸式徑向進給滾刀各部分尺寸決定如下：查表5-2，Y3150E滾齒機為5號莫氏錐，并可查出扁孔尺寸：dn=55mm,H=45mm,Lh=13mm。根據(jù)5號莫氏錐查表5-3得莫氏錐尺寸：l1=136mm、l2=26mm、l3=40mm、l4=10mm、Lx-162mm、C=2mm、a=6.3mm和螺孔尺寸：d1=M18、d2=19mm、d3=24mm、d4=28mm。查表5-2，Y3150E得：Lw1=60mm;dw1=22mm;取螺紋尺寸：Lx1=35mm,dm=M20mm。查表5-2Y3150滾齒機刀架參數(shù)為L1min=70mm,L1max=125mm,L2min=120mm,L2max=175mm。，取Lw2=80mm,dw2=25mm;,取Lw3=30mm,dw3=25mm;代入式5-5得：70+120≤80+85+35≤125+175，因此決定Lw2=80mm、Lw3=30mm滿足機床使用要求。整體連軸式徑向進給滾刀總長度由式5-3得：L=Lx+Lw2+L0+Lw3+Lw1+Lx1=162+80+85+30+60+35=452mm圓整為L=450mm。2.成型車刀設(shè)計2.1設(shè)計要求用C1336單軸自動車床加工如圖2-1所示工件。棒料Φ34mm，45鋼設(shè)計圓體成形車刀。2.2選擇刀具材料參考附錄五，選用普通高速鋼W18Cr4V制造。2.3選擇前角Υf及后角αf由表2-4查得：Υf=15°，αf=10°。圖2-1工件圖2.4畫出刀具廓形計算圖圖2-2刀具廓形圖取Kr=20°，a=3mm、b=1.5mm、c=6mm、d=0.5mm。標出工件廓形各組成點1-11。以0-0線為基準，計算出1-11各點處的計算半徑rjx。;;;;;;再以1點為基準點，計算出長度ljx：Lj2=4mm;lj3=14mm;lj6=4mm;lj7=24mm。2.5計算切削刃總寬度Le,并校驗的值Le=lj7+a+b+c+d=24+3+1.5+6+0.5=35mm;Dmin=2rj1=18mm;則：。2.6確定結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)使d0=2R0≥2（Amax+e+m)+d,由表2-3查得C1336單軸磚塔自動車床所用圓體成形車刀d0=68mm,d-16mm,又已知毛胚半徑為17mm,則Amax=17-rj1=17-9=8mm,代入上式可得：可選取e=10mm,m=8mm,并選用帶銷孔的結(jié)構(gòu)形式。2.7用計算法求圓體成形車刀廓形上各點所在圓的半徑Rx其過程見表2-1。表2-1圓體成形車刀廓形計算表廓形組成點1，29.0015°030.8144625°34.000-1.39±0.1312.9308.63429°5.5390125.2754529.61810°29.0743.533±0.034，515.8007.05702°8.4358622.3786132.70401°26.5956.012±0.046，711.00010.16407°3.5829227.2315427.81886°30.7901.817±0.018，119.62611.63383°2.1838028.6306626.65094°32.0340.573±0.019,10(作為0點）7.515°030.8144625°34.000-1.39±0.1式中：hc=R0sin(Υf+αf)=34sin(15°+10°）=14.36902B0=R0cos(Υf+αf)=34cos(15°+10°）=30.814462.8根據(jù)表2-1可確定各點廓形深度ΔR的公差2.9校驗最小后角7-8段切削刃與進給方向的夾角最小，因而這段切削刃上的后角最小取值為：一般要求最小后角不小于2°~3°，因此校驗合格。2.10車刀廓形寬度Lx設(shè)計總結(jié)為期一周的金屬切削與刀具課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束了，經(jīng)過一周的課程設(shè)計，我收獲了許多，對刀具的設(shè)計也有了更深的理解。本次課程設(shè)計我的主要任務(wù)是設(shè)計兩把刀，一把是蝸輪滾刀，一把是成形車刀。首先在設(shè)計之前，需要把蝸輪滾刀和成形車刀的整個設(shè)計過程先弄清楚，然后再此基礎(chǔ)上參考刀