圆孔拉刀设计

刀具课程设计

拉刀

班级 11 机制12 姓名 汪彬、邬梦飞 组别 第十二组 老师 胡俊前

目录

一、 已知条件----------------------------------------------------3 二、 刀具材料的选择及拉削方式的确定------------------------3 三、拉刀工作部分设计-----------------------------------------4

3.1、齿升量

fz的确定-----------------------------------------4

3.2、各刀齿齿数的确定---------------------------------------4

3.3各齿直径的确定--------------------------———-----------4 3.4、几何参数的确定----------————-----------------------5 3.5确定齿距----------------------------------------6 3.6容屑槽的确定------------------------------------7 3.7、分屑槽的确定-----------------------------------8 四、非工作部分的设计----------------------------------9 4.1、柄部的计算------------------------------------9 4.2、柄部前端到第一齿长度--------------------------10 4.3、前导部的直径和长度-----------------------------10 4.4．后导部直径D4及长度----------------------------11 五 拉刀长度的计算与检验------------------------------11

5.1、切削部分长度L------------------------------------11 5.2、．校准切削部分长度--------------------------------11 5.3、拉刀总长度---------------------------------------11

5.4、同时工件齿数Ze的确定---------------------------12 5.5、校验容屑系数k ---------------------------------12 5.6、拉刀强度校核----------------------------------13

5.7、拉刀校准齿直径Dz -----------------------------14

综合式圆孔拉刀图------------------------------------------15

拉刀实体图------------------------------------------------------15

小结-----------------------------------------------------------16

参考文献--------------------------------------------------------16

一.已知条件：

工件图

1被拉孔直径表面粗糙度为Ra0.8

2预加工孔直径：DW=29±0.1mm 拉后孔直径 ：DM=30+0.02 -0.02mm 3 拉削长度： l=36mm

4 工件材料：45钢，σb=0.98GPa，硬度:210HBS，孔为钻孔坯。 5 拉床型号： L6110型卧式拉床

二、刀具材料的选择及拉削方式的确定

刀具材料选定为W18Cr4V

拉削方式的确定：我们组设计的为综合式圆形拉刀：前面齿由分块拉削方式的粗切齿和过渡齿组成，后面齿是由同廓拉削方式的精切齿和直径相等的校准齿组成。

三、拉刀工作部分设计

1、齿升量fz的确定

齿升量fz的大小，对拉削生产率和加工表面质量都有很重要的影响。齿升量是根据工件材料的性质和拉刀的类型决定的，由《金属切削原理与刀具》圆拉刀设计部分查得： 粗切齿fz1=0.05mm 精切齿fz3=0.02mm

对于过渡齿齿升量在各齿上是变化的，fz2=0.05~0.02mm逐齿递减。 校准齿齿升量fz4=0

2、各刀齿齿数的确定

根据《金属切削原理刀具课程设计参考资料》查得：

过渡齿齿数Z2=4-8，精切齿齿数Z3=3-7，校准齿齿数Z4=5-10， 粗切齿齿数可按如下公式计算：

Z1=

A(A2A3)

2fz1

则选取过渡齿Z2=4 ， 精切齿Z3=6，校准齿Z4=5 拉削总余量 A=DM-DW=30.02-28.9=1.12mm

max

min

Z1=

1.12(0.050.040.030.026*0.02)

=7(结果取整)

20.05

则粗切齿齿数Z1=7 总齿数为Z=7+4+6+5=22

3．各齿直径的确定

各刀齿直径DX=DX1+2fz1 D1=DW=28.90

min

各齿直径如下表：单位（mm）

4、几何参数的确定

（1）前角γ前角γ

o

o

的大小是根据被加工材料性质选择的，材料的强度或硬度

高，前角宜小；反之，前角宜大，前角的值一般取为10°—15°。

由《金属切削原理与刀具》的圆拉刀设计部分可知:γ

取γ

o

o

=15°±2°

=15°

（2）后角a0

后角a0是拉刀的类型及被加工工件所需的精度来决定的，内拉刀

的后角应比外拉刀选的小些，校准齿的后角比切削齿的后角选的小些，切削齿后角的偏差取±30'，校准齿后角的偏差取±15'。 由《金属切削原理与刀具》圆拉刀设计部分可以查得： 切削齿后角a0=2.5°—4° 取a0=3° 校准齿后角a0=0.5°—1° 取a0=0.5° （3）刃带后角αb1和宽度bα的选择

刃带应根据拉刀的类型及被加工材料的性质选择，在拉刀的切削齿

上，允许有αb1=0°，宽度bα=0.05mm的刃带，取此值。 根据《金属切削原理刀具课程设计参考资料》查得：

对于粗切齿，bα=0—0.05mm 精切齿，bα=0.1—0.15mm 校准齿，bα=0.3—0.5mm。

经分析取bα粗=0.05mm bα精=0.1mm bα校=0.5mm 5、确定齿距

齿距p是相邻两齿轴向的距离，齿距越小，同时工件的齿数越多，切削过程越平稳，加工表面的光洁度也越高，但齿距小时，容削槽容积也很小，比较容易堵塞。 齿距可按以下公式计算：

对于普通式拉刀：p=1.25—1.8L 此处切削齿取系数为1.4,P=8(结果取整) 校正齿系数取1.25，P=7(结果取整) 6、容屑槽的确定

容屑槽尺寸主要取决于拉削长度及每齿的切削厚度。它的形状和尺寸要求：能宽畅地容屑有利于切削卷曲，不削弱刀齿强度和便于制造。

这里我们选用圆弧齿背型，如下图;

切削齿

校准齿

所以各值如下： 切削齿：p=8 h=3 R=5

g=3 r=1.3

校准齿：pz =7 h=2.5 R=4 g=2 r=1 7、分屑槽的确定

拉刀上开有分屑槽后,会降低加工表面的光洁度,为了提高孔的加工质量,在最后1个精切齿上不开分屑槽.校准齿上也不做分屑槽。这里分屑槽形式选用：

切削齿选用圆弧齿背型: 槽数n=8 槽宽b=8mm

槽底圆角半径

r=10mm

四、非工作部分的设计 1、柄部的计算：

选用柄部时，应尽量采用快速卡头的形状，因其制造容易，柄部强度高。

柄直径D1至少比预加工孔直径少4mm，然后才能按标准选取，所以现取D1=25mm

根据《金属切削原理与刀具》圆拉刀设计部分此处取： L1=20mm D1=25mm L'=8mm D'=22mm L2'=3

2

'=20mm

最小横截面：229mm2 刀柄强度允许拉力[p]：

对于W18Cr4V: [p]=7945kg =35kg/mm2 对于45Cr： [p]=4540kg =20.1kg/mm2 2、柄部前端到第一齿长度. （1）颈部直径: 由前述计算并结合表可知: 颈部直径D2=25mm 颈部长度L2lbla

查《金属切削刀具课程设计参考资料——拉刀部分》表 对于L6110型拉床

花盘法兰厚度la=30mm 床壁厚度lb=30mm 所以颈部长度L2=la+ lb=60mm （2）.过渡锥L3=10mm

所以 柄部前端到第一齿长度I1' I1'=20+8+30+60+30=148mm 3、前导部的直径和长度. （1）前导部直径D3:

D3=DW=29±0.1mm

（2） 前导部长度: 查资料可知:

l3(0.75~1.0)l0(0.75~1.0)3425.5~34mm 取L3=30mm

拉刀前柄和前导部图（标有尺寸）如下：

4．后导部直径D4及长度：

根据《金属切削原理与刀具》圆拉刀设计部分选取： （1）．后导部直径 D4= DM=30+0.02 -0.02mm （2）． 后导部长度.

L4(0.5~0.7)L0(0.5~0.7)3417~23.8mm 选取L430mm 后导部如下图：

五 拉刀长度的计算 1、切削部分长度L

可以根据以下公式计算得到: L=t²L=8³22=176mm 2、．校准切削部分长度L6

拉刀校准切削部分长度: L6=5³7=35mm 3、拉刀总长度：L总=148+176+30=354mm 4、同时工件齿数Ze的确定

可根据以下公式计算后结果取整， Ze=+1=

L

P

36

1=5.5》3 计算齿Ze可取6 8

5、校验容屑系数k

用不同的拉刀加工不同材料时，最小容屑系数k也是不同的。 根据《金属切削原理刀具课程设计参考资料》查得：容屑系数

K=2-3.5

h23.142.52

K===2.89

4lhD434.0.05

所以选取适用。 6、拉刀强度校核

（1）第一齿槽底直径d'： D=DMin-2h=29-22.5=24mm （2）切削刃总长度B：

B=Dm=3.14 x30=94.2

（3）最大拉削力Pmax：

PmaxPBZi

其中P为拉刀单位长度刀刃上的切削力由《复杂刀具设计手册》可以查的Q

P=12.1kg/mm

Pmax=12.1x94.2x5=5699.1kg

（4）最小断面拉应力： 由公式

=

Pmax

可计算得： Fmin

5699.1

=24.88 kg/mm2 229

在这一部位所用材料为Cr，所以由表1.1-36查的： 对于40Cr: []=25kg/mm2



所以经校核可知，这以拉刀强度是允许的。 7、拉刀校准齿直径Dz.

为了保证拉刀有最长的使用寿命，校准齿和最后一个精切的直径，应等于被拉孔的最大直径Dmax，并考虑到拉削时由于金属或工件变形而引起的孔尺寸变化。

校准齿的直径Dz为：

 ——变形量 DzDmax

由《刀具设计手册》表查得： 变形量=0

所以 Dz=DM=30+0.02 取Dz=30.02mm 0

综合式圆孔拉刀图：

拉刀实体图

小 结

为期一周的金属切削与刀具课程设计已基本结束，回顾圆孔拉

刀设计的整个过程，我觉得受益匪浅。金属切削与刀具课程设计是整个相关课程的重要教学环节，使理论与现实更加接近，加深了我们对理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。

本次课程设计的主要任务的独立把拉刀的整个设计过程弄清楚，在此基础上完成相关的设计任务，由于设计内容看似简单，其实所要做的辅助性工作也是相当多的，因为刀具设计过程中所涉及到的参数实在很多，所以在做课程设计之间，我又认真复习了从图书馆借来的拉刀设计的参考资料，学会了如何分析现有问题，并熟悉了设计步骤，知道了如何查阅手册和一些相关量的常规选取方法，以及要注意的问题等等。在做的过程中，还结合了平时实习中所看到的实际情况，这也使我在思想素质和分析能力上都有所提高。

通过这次设计，我基本上掌握了拉刀设计的一般思路，并能够独立查询相关手册完成设计。这次设计使我在基本理论的综合运用以及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我独立思考问题，解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础！

参考文献

[1] 陆剑中，孙家宁. 金属切削原理与刀具 [M] . 北京：机械工业出版社，2011

刀具课程设计

拉刀

班级 11 机制12 姓名 汪彬、邬梦飞 组别 第十二组 老师 胡俊前

目录

一、 已知条件----------------------------------------------------3 二、 刀具材料的选择及拉削方式的确定------------------------3 三、拉刀工作部分设计-----------------------------------------4

3.1、齿升量

fz的确定-----------------------------------------4

3.2、各刀齿齿数的确定---------------------------------------4

3.3各齿直径的确定--------------------------———-----------4 3.4、几何参数的确定----------————-----------------------5 3.5确定齿距----------------------------------------6 3.6容屑槽的确定------------------------------------7 3.7、分屑槽的确定-----------------------------------8 四、非工作部分的设计----------------------------------9 4.1、柄部的计算------------------------------------9 4.2、柄部前端到第一齿长度--------------------------10 4.3、前导部的直径和长度-----------------------------10 4.4．后导部直径D4及长度----------------------------11 五 拉刀长度的计算与检验------------------------------11

5.1、切削部分长度L------------------------------------11 5.2、．校准切削部分长度--------------------------------11 5.3、拉刀总长度---------------------------------------11

5.4、同时工件齿数Ze的确定---------------------------12 5.5、校验容屑系数k ---------------------------------12 5.6、拉刀强度校核----------------------------------13

5.7、拉刀校准齿直径Dz -----------------------------14

综合式圆孔拉刀图------------------------------------------15

拉刀实体图------------------------------------------------------15

小结-----------------------------------------------------------16

参考文献--------------------------------------------------------16

一.已知条件：

工件图

1被拉孔直径表面粗糙度为Ra0.8

2预加工孔直径：DW=29±0.1mm 拉后孔直径 ：DM=30+0.02 -0.02mm 3 拉削长度： l=36mm

4 工件材料：45钢，σb=0.98GPa，硬度:210HBS，孔为钻孔坯。 5 拉床型号： L6110型卧式拉床

二、刀具材料的选择及拉削方式的确定

刀具材料选定为W18Cr4V

拉削方式的确定：我们组设计的为综合式圆形拉刀：前面齿由分块拉削方式的粗切齿和过渡齿组成，后面齿是由同廓拉削方式的精切齿和直径相等的校准齿组成。

三、拉刀工作部分设计

1、齿升量fz的确定

齿升量fz的大小，对拉削生产率和加工表面质量都有很重要的影响。齿升量是根据工件材料的性质和拉刀的类型决定的，由《金属切削原理与刀具》圆拉刀设计部分查得： 粗切齿fz1=0.05mm 精切齿fz3=0.02mm

对于过渡齿齿升量在各齿上是变化的，fz2=0.05~0.02mm逐齿递减。 校准齿齿升量fz4=0

2、各刀齿齿数的确定

根据《金属切削原理刀具课程设计参考资料》查得：

过渡齿齿数Z2=4-8，精切齿齿数Z3=3-7，校准齿齿数Z4=5-10， 粗切齿齿数可按如下公式计算：

Z1=

A(A2A3)

2fz1

则选取过渡齿Z2=4 ， 精切齿Z3=6，校准齿Z4=5 拉削总余量 A=DM-DW=30.02-28.9=1.12mm

max

min

Z1=

1.12(0.050.040.030.026*0.02)

=7(结果取整)

20.05

则粗切齿齿数Z1=7 总齿数为Z=7+4+6+5=22

3．各齿直径的确定

各刀齿直径DX=DX1+2fz1 D1=DW=28.90

min

各齿直径如下表：单位（mm）

4、几何参数的确定

（1）前角γ前角γ

o

o

的大小是根据被加工材料性质选择的，材料的强度或硬度

高，前角宜小；反之，前角宜大，前角的值一般取为10°—15°。

由《金属切削原理与刀具》的圆拉刀设计部分可知:γ

取γ

o

o

=15°±2°

=15°

（2）后角a0

后角a0是拉刀的类型及被加工工件所需的精度来决定的，内拉刀

的后角应比外拉刀选的小些，校准齿的后角比切削齿的后角选的小些，切削齿后角的偏差取±30'，校准齿后角的偏差取±15'。 由《金属切削原理与刀具》圆拉刀设计部分可以查得： 切削齿后角a0=2.5°—4° 取a0=3° 校准齿后角a0=0.5°—1° 取a0=0.5° （3）刃带后角αb1和宽度bα的选择

刃带应根据拉刀的类型及被加工材料的性质选择，在拉刀的切削齿

上，允许有αb1=0°，宽度bα=0.05mm的刃带，取此值。 根据《金属切削原理刀具课程设计参考资料》查得：

对于粗切齿，bα=0—0.05mm 精切齿，bα=0.1—0.15mm 校准齿，bα=0.3—0.5mm。

经分析取bα粗=0.05mm bα精=0.1mm bα校=0.5mm 5、确定齿距

齿距p是相邻两齿轴向的距离，齿距越小，同时工件的齿数越多，切削过程越平稳，加工表面的光洁度也越高，但齿距小时，容削槽容积也很小，比较容易堵塞。 齿距可按以下公式计算：

对于普通式拉刀：p=1.25—1.8L 此处切削齿取系数为1.4,P=8(结果取整) 校正齿系数取1.25，P=7(结果取整) 6、容屑槽的确定

容屑槽尺寸主要取决于拉削长度及每齿的切削厚度。它的形状和尺寸要求：能宽畅地容屑有利于切削卷曲，不削弱刀齿强度和便于制造。

这里我们选用圆弧齿背型，如下图;

切削齿

校准齿

所以各值如下： 切削齿：p=8 h=3 R=5

g=3 r=1.3

校准齿：pz =7 h=2.5 R=4 g=2 r=1 7、分屑槽的确定

拉刀上开有分屑槽后,会降低加工表面的光洁度,为了提高孔的加工质量,在最后1个精切齿上不开分屑槽.校准齿上也不做分屑槽。这里分屑槽形式选用：

切削齿选用圆弧齿背型: 槽数n=8 槽宽b=8mm

槽底圆角半径

r=10mm

四、非工作部分的设计 1、柄部的计算：

选用柄部时，应尽量采用快速卡头的形状，因其制造容易，柄部强度高。

柄直径D1至少比预加工孔直径少4mm，然后才能按标准选取，所以现取D1=25mm

根据《金属切削原理与刀具》圆拉刀设计部分此处取： L1=20mm D1=25mm L'=8mm D'=22mm L2'=3

2

'=20mm

最小横截面：229mm2 刀柄强度允许拉力[p]：

对于W18Cr4V: [p]=7945kg =35kg/mm2 对于45Cr： [p]=4540kg =20.1kg/mm2 2、柄部前端到第一齿长度. （1）颈部直径: 由前述计算并结合表可知: 颈部直径D2=25mm 颈部长度L2lbla

查《金属切削刀具课程设计参考资料——拉刀部分》表 对于L6110型拉床

花盘法兰厚度la=30mm 床壁厚度lb=30mm 所以颈部长度L2=la+ lb=60mm （2）.过渡锥L3=10mm

所以 柄部前端到第一齿长度I1' I1'=20+8+30+60+30=148mm 3、前导部的直径和长度. （1）前导部直径D3:

D3=DW=29±0.1mm

（2） 前导部长度: 查资料可知:

l3(0.75~1.0)l0(0.75~1.0)3425.5~34mm 取L3=30mm

拉刀前柄和前导部图（标有尺寸）如下：

4．后导部直径D4及长度：

根据《金属切削原理与刀具》圆拉刀设计部分选取： （1）．后导部直径 D4= DM=30+0.02 -0.02mm （2）． 后导部长度.

L4(0.5~0.7)L0(0.5~0.7)3417~23.8mm 选取L430mm 后导部如下图：

五 拉刀长度的计算 1、切削部分长度L

可以根据以下公式计算得到: L=t²L=8³22=176mm 2、．校准切削部分长度L6

拉刀校准切削部分长度: L6=5³7=35mm 3、拉刀总长度：L总=148+176+30=354mm 4、同时工件齿数Ze的确定

可根据以下公式计算后结果取整， Ze=+1=

L

P

36

1=5.5》3 计算齿Ze可取6 8

5、校验容屑系数k

用不同的拉刀加工不同材料时，最小容屑系数k也是不同的。 根据《金属切削原理刀具课程设计参考资料》查得：容屑系数

K=2-3.5

h23.142.52

K===2.89

4lhD434.0.05

所以选取适用。 6、拉刀强度校核

（1）第一齿槽底直径d'： D=DMin-2h=29-22.5=24mm （2）切削刃总长度B：

B=Dm=3.14 x30=94.2

（3）最大拉削力Pmax：

PmaxPBZi

其中P为拉刀单位长度刀刃上的切削力由《复杂刀具设计手册》可以查的Q

P=12.1kg/mm

Pmax=12.1x94.2x5=5699.1kg

（4）最小断面拉应力： 由公式

=

Pmax

可计算得： Fmin

5699.1

=24.88 kg/mm2 229

在这一部位所用材料为Cr，所以由表1.1-36查的： 对于40Cr: []=25kg/mm2



所以经校核可知，这以拉刀强度是允许的。 7、拉刀校准齿直径Dz.

为了保证拉刀有最长的使用寿命，校准齿和最后一个精切的直径，应等于被拉孔的最大直径Dmax，并考虑到拉削时由于金属或工件变形而引起的孔尺寸变化。

校准齿的直径Dz为：

 ——变形量 DzDmax

由《刀具设计手册》表查得： 变形量=0

所以 Dz=DM=30+0.02 取Dz=30.02mm 0

综合式圆孔拉刀图：

拉刀实体图

小 结

为期一周的金属切削与刀具课程设计已基本结束，回顾圆孔拉

刀设计的整个过程，我觉得受益匪浅。金属切削与刀具课程设计是整个相关课程的重要教学环节，使理论与现实更加接近，加深了我们对理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。

本次课程设计的主要任务的独立把拉刀的整个设计过程弄清楚，在此基础上完成相关的设计任务，由于设计内容看似简单，其实所要做的辅助性工作也是相当多的，因为刀具设计过程中所涉及到的参数实在很多，所以在做课程设计之间，我又认真复习了从图书馆借来的拉刀设计的参考资料，学会了如何分析现有问题，并熟悉了设计步骤，知道了如何查阅手册和一些相关量的常规选取方法，以及要注意的问题等等。在做的过程中，还结合了平时实习中所看到的实际情况，这也使我在思想素质和分析能力上都有所提高。

通过这次设计，我基本上掌握了拉刀设计的一般思路，并能够独立查询相关手册完成设计。这次设计使我在基本理论的综合运用以及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我独立思考问题，解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础！

参考文献

[1] 陆剑中，孙家宁. 金属切削原理与刀具 [M] . 北京：机械工业出版社，2011