一、金属切削刀具课程设计的目的金属切削刀具课程设计是学生在学完“金属切削原理及刀具”等有关课程的基础上进行的重要的实践性教学环节，其目的是使学生巩固和深化课堂理论教学内容，锻炼和培养学生综合运用所学知识和理论的能力，是对学生进行独立分析、解决问题能力的强化训练。
通过金属切削刀具课程设计，具体应使学生做到：(1) 掌握金属切削刀具的设计和计算的基本方法；(2) 学会运用各种设计资料、手册和国家标难；(3) 学会绘制符合标准要求的刀具工作图，能标注出必要的技术条件。
二、设计内容和要求完成矩形花键铣刀、矩形花键拉刀两种刀具的设计和计算工作，绘制刀具工作图和必要的零件图以及编写一份正确、完整的设计说明书。
刀具工作图应包括制造及检验该刀具所需的全部图形、尺寸、公差、粗糙度要求及技术条件等；说明书应包括设计时所涉及的主要问题以及设计计算的全部过程；设计说明书中的计算必须准确无误，所使用的尺寸、数据和计量单位，均应符合有关标准和法定计量单位；使用A4纸打印，语言简练，文句通顺。
具体设计要求见附页。
三、拉刀的设计（一）选定刀具类型和材料的依据1选择刀具类型：对每种工件进行工艺设计和工艺装备设计时，必须考虑选用合适的刀具类型。
事实上，对同一个工件，常可用多种不同的刀具加工出来。
采用的刀具类型不同将对加工生产率和精度有重要影响。
总结更多的高生产率刀具可以看出，增加刀具同时参加切削的刀刃长度能有效的提高其生产效率。
例如，用花键拉刀加工花键孔时，同时参加切削的刀刃长度l=B³n³Zi，其中B 为键宽，n为键数，Zi为在拉削长度内同时参加切削的齿数。
若用插刀同时参加切削的刀刃长度比插刀大得多，因而生产率也高得多。
2正确选择刀具材料：刀具材料选择得是否恰当对刀具的生产率有重要的影响。
因为硬质合金比高速钢及其他工具钢生产率高得多，因此，在能采用硬质合金、的情况下应尽力采用。
由于目前硬质合金的性能还有许多缺陷，如脆性大，极难加工等，使他在许多刀具上应用还很困难，因而，目前许多复杂刀具还主要应用高速钢制造。
拉刀结构复杂，造价昂贵，因此要求采用耐磨的刀具材料，以提高其耐用度；考虑到还应有良好的工艺性能，根据《刀具课程设计指导书》表29，选择高速工具钢，其应用范围用于各种刀具，特别是形状较复杂的刀具。
根据表30，选择W18Cr4V。
（二）刀具结构参数、几何参数的选择和设计1拉刀的结构图1表12 切削方式：采用分层拉削方式中的同廓式拉削方式 3拉削余量：对于花键孔A=De-Do拉刀刀齿结构：表2拉刀刀齿的几何参数有：切削齿前角γ0，校准齿前角γ0g，切削齿后角α0，校准齿后角α0g ，齿距p，容屑槽深h，齿厚g，刃带宽ba1。
拉刀刀齿的主要稽核参数前角、后角和刃带宽数值的大小主要取决于工件材料和拉刀的结构形式。
参照表5-5，各种花键拉刀，工件材料为45号钢，硬度为HBS190<229,故常用的材料的拉刀几何参数为：4分层式拉刀粗切齿齿升量根据表4-6查出当硬度为HRC62-65时，齿升量af=0.05-0.08mm，在这取af=0.06mm。
5 拉刀几何参数根据表4-9，查得拉刀的前角γo=16-18o根据表4-10，查得粗切齿的后角αo =3o+30‘，刃带ba=0.05-0.15；精切齿的后角αo =2o±15‘，刃带ba=0.05-0.15；校准齿的后角αo=1o±15‘，刃带ba=0.7。
6拉刀容屑槽及分屑槽的尺寸拉刀的齿距和同时工作拉刀切削部的齿距是拉刀的重要设要素。
其影响如下：（1）齿距过大，则拉刀过长，不仅制造成本高，拉削生产率也低；齿距过大，同时工作齿数太少，拉削过程不平稳，影响拉削加工表面质量。
（2）齿距过小，容屑空间也小，切削容易堵塞；齿距过小，同时工作齿数会过多，切削力就增大，可能导致拉刀折断及机床超载；齿距过小，还会给刃磨带来困难，砂轮切入时有与相邻刀齿碰撞的危险。
计算齿距的经验公式：P=(1.25～1.5)L1/2=7.4～8.87,取p=8.0工作齿数可按下式计算：Ze=L/p+(0.1～1)=4.4以上计算所得齿距p值，经过对容屑系数、拉刀强度及拉床拉力验算后，还需进行修正，最后参照表5-7得，齿距p=8.5,同时工作齿数Ze=4。
7容屑槽（1）计算齿距粗切齿齿距Pr据式（22-3）计算，并参照附表22-3取接近的标准值Pr=(1.25～1.75)L1/2=10mm过渡齿齿距: Pg = Pr=P10=10mm精切齿齿距：Pj=(0.6～0.8) Pr=7mm标准齿齿距 Pji 计算：Fji=(0.6～0.8)Pr=7mm（2）选取容屑槽形状及尺寸容屑槽是形成刀齿的前刀面和容纳切屑的环状或螺旋状沟槽。
环形齿拉刀的拉削属于封闭容屑槽形式；螺旋齿拉刀的拉削属于半封闭容屑形式。
切削容纳在拉刀的容屑槽中，如果容屑空间不够大，切屑会在槽内挤塞，影响加工表面质量，严重的还会使刀齿崩刃或拉断拉刀。
参照表5-8，选用直线齿背型容屑槽型。
根据表4-14，直线齿背容屑槽尺寸：容屑槽尺寸按下列公式计算：h=(0.3～0.4) pg=(0.3～0.35)pR=(0.65～0.7)pr=(0.5～0.6)h经过计算得：h=2.55～3.4,g=2.55～2.975.R=5.525～5.95,r=0.765～2.04。
参照表5-9，初步选h=3.5,r=1.7容屑槽尺寸的最后确定，须校验其是否有足够的容屑空间，即容屑槽的有效容积必须大于切屑体积，即Vp〉Vc，若忽略切削宽度方向的变形，即是要求上述体积可近似用拉刀轴剖面中的面积Ap和Ac来表示，二者的比值为容屑系数K，有： Ap/Ac≧K式中：Ap为容屑槽的有效面积，Ap=∏h2/4;算得Ap=9.6；Ac=afL=1.75。
最终算得Ap/Ac=5.48〉K（3）校验容屑条件取ac =2af,取K=4，计算H=1.13(k.ac.l)1/2=3.4mm<已选定的容屑槽深度，合格（4）分屑槽为了便于卷屑和容屑、减少切削力、改善已加工表面质量，应在拉刀前后刀齿上交错地磨出分屑槽。
设计分屑槽时应该注意以下几点：①分屑槽的深度必须大于齿升量，即h>af,否则不起分屑作用。
②为了使分屑槽上两侧的切削刃也有足够的后角，槽底后角应大于拉刀刀齿后角，取为α0+2°。
③分屑槽的数目nk应保证切削宽度不太大，便于卷曲成为较紧的切屑，有利于容纳在容屑槽内。
当拉刀直径d>50mm时：nk =∏d/(0.5～1.0) d1/2=28便于测量拉刀直径，分屑槽数目一般取偶数。
④在拉刀最后1个～2个精切齿上，由于齿升量很小，切屑较少，可以不作分屑槽，以保证加工表面质量。
⑤加工铸铁等脆性材料时，由于切屑呈崩碎状态，不需磨出分屑槽。
分屑槽位置：应前后齿错开。
根据表4-17,每个刀齿的分屑槽数nk=b/5-10（取小值）当b=8时，s=2.5，bc =1.0，nc=0.5。
拉刀前导部、后导部、柄部的结构尺寸矩形花键拉刀前导部的尺寸：l 3=L=35,l 1一般取10mm 、15mm 、20mm,D 3=前一根拉刀校准直径减0.02mm,公差为-0.02mm,a=5mm ～10mm,d 3=已加工内花键的名义底径减0.5，其公差按最大选取，b 1=刃部键宽减0.02mm,偏差取f7。
拉刀后导部的尺寸：l 4=(0.5～0.7)L ；D 4等于校准齿直径减0.05mm,偏差为-0.02；b 4=刃部键宽或减去0.02mm 。
（5）校准部 前角γo 校=5o ，后角αo 校=1o ，齿距t 校=（0.6-0.8）t=4.8-6.4mm ，取t 校=6.5mm根据表4-23查得齿数Z 校=4-5个，取Z 校=4个最后一个精切齿及校准齿直径应按下式确定：D 校=D max ±δ，其中δ为孔的变形量。
拉刀校准部长度l 校=t 校³Z 校=6.5³4=26mm （6）柄部根据表4-25查矩形花键拉刀柄部尺寸为：图4D 1=36mm ，D ＇=29h13mm ，D 2=35mm ，l 1=90mm ，l ＇=20mm ，l ＇＇=32h13mm ，c=8mm σb =35kg/mm 2时刀茗强度允许拉力为23100kg 。
（7）颈部及过度锥拉刀颈部长度按下式计算：l 2≥m+B+A-l 3＇mm式中：B-机床床壁厚度，根据表4-30查得机床型号L6120，B=75mm A-花盘法兰厚度，根据表4-30查得机床型号L6120，A=35mm m-卡头与机床床壁间隙，可取m=10-20mm ，在这取15mm l 3＇-过渡锥长度，一般l 3＇=10-20mm ，在这取15mm 因此求得l 2≥110mm 。
图5图中：床壁孔径200mm ，B=75mm ，花盘孔径150mm ，a=75mm ，A=35mm 拉刀颈部直径D 2可比柄部直径D 1小0.3-1mm ，也可以取颈部与柄部直径相同，以便于一次磨出。
L 1＇公式：L 1＇=l 1+l 2+l 3＇+l 3，其中l 1为拉刀进入卡头部分的长度，l 3为前导部长度。
（8）前导部、后导部和尾部前导部主要起导向和定心作用，故应和予制孔形状相同。
根据表4-31及4-32： 前导部：说明：1、D3等于前把拉刀最后刀齿的直径，偏差为表4-32。
2、d3等于加工的花键孔最小内径减0.5mm，只准许负偏差。
3、b3等于前一把拉刀花键齿宽减0.02mm。
4、l3=（0.75-0.1）l5、a=5-10mm后导部：图7说明：1、d4等于拉刀花键齿最大外径减0.05mm，偏差取-0.2mm。
2、b4等于或小于0.02mm切削辞键宽。
当拉削孔内有空刀槽时，后导部长度按下式计算：l后=l+c+（5-10）mm，式中：l为空刀槽宽度，c为前端拉削长度。
尾部在拉刀工作时支撑在拉床托架上，防止拉刀尾部下垂，对于小而轻的拉刀可不做尾部。
（9）拉刀总长度L=L1＇+l切+l校+l后+l尾，拉刀直径为52mm，据表5-20，花键拉刀允许的最大总长度Lmax=1600mm。
（10）拉刀强度校检①拉削力计算拉削力的计算公式为： Fc =Fc∑bDZeKγKαKδK w（kg），式中：Fc ’为切削刃单位长度上的切削力（N/mm2），见表5-13；∑bD为总切削宽度；查表得：Fc=177 （N/mm2）根据表4-34，Fmax =P＇²n²b²Ze（kg），式中：P＇—单位长度切削刃上的拉削力（kg/mm），根据表4-35查得P＇=28.5（kg/mm）Ze—最大同时工作齿数，Ze=4n—花键键数，n=8b—键宽，b=8mm因此Fmax=28.5³8³8³4=7296（kg/mm）②拉刀强度校验校验公式：σ=Fmax /Amin≤[σ]式中：Fmax—由表4-34中相应公式计算得。