矩形花键拉刀及矩形花键铣刀设计(刀具课程设计) - 副本

目 录

一、金属切削刀具课程设计的目的 二、设计内容和要求 三、拉刀的设计

(一)原始条件及设计要求

（二）选定刀具类型和材料的依据

1选择刀具类型： 2正确选择刀具材料：

（三）刀具结构参数、几何参数的选择和设计

1倒角齿

1.1倒角齿θ角 1.2 倒角齿测量值M

1.3 倒角齿最大直径d1 2余量

2.1 拉削余量 2.2齿升量选择 3. 各切削齿的几何参数设计 4.设计容屑槽

4.1 齿距计算

4.2 选择容屑槽 4.3 校验容屑条件

4.4 校验同时工作齿数 5.花键齿截形设计 6.确定分屑槽参数

1

7选择拉刀前柄

8校验拉刀及拉床强度 9.确定拉刀齿数及每齿直径

9.1倒角齿齿数 9.2花键齿齿数 9.3 圆形赤齿书 9.4校准部齿数

9.5矩形花键拉刀齿序表 10.拉刀齿度 11.拉刀齿度 12拉刀总长

13拉刀总长及其校验 14制定技术条件 15制定技术条件

16.绘制拉刀图 （详见CAD大图）

四、铣刀的设计

1. 原始条件 2.前角 3设计步骤 3.1齿槽半角

3.2齿顶圆弧中心半角 3.3齿顶宽 3.4初算齿廓高度 3.5铣刀宽度

3.6按铣刀宽度最后确定齿廓高度3.7铣刀齿顶圆弧半径 3.8齿顶圆角半径 3.9铣刀前角 3.10容屑槽形式

2

3.11铣刀孔径 3.12铣刀外径 3.13铣刀圆周齿数 3.14铣刀的后角 3.15铲削量

3.16容屑槽圆角半径 3.17容屑槽深度 3.18容屑槽间角 3.19分屑槽尺寸 3.20空刀导角尺寸 3.21技术条件 3.22绘制工作图 五 总结 六 致谢

七 参考文献

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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。

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三、拉刀的设计

前言

拉刀是一种高生产率的刀具，可以用来加工各种形状的通孔、直槽、螺旋槽以及直线或曲线外表面，广泛的用于大量和成批生产中。

拉刀的种类如图（1）

用于拉削的成形刀具。刀具表面上有多排刀齿，各排刀齿的尺寸和形状从切入端至切出端依次增加和变化。当拉刀作拉削运动时，每个刀齿就从工件上切下一定厚度的金属，最终得到所要求的尺寸和形状。拉刀常用于成批和大量生产中加工圆孔、花键孔、键槽、平面和成形表面等, 生产率很高。拉刀按加工表面部位的不同，分为内拉刀和外拉刀；按工作时受力方式的不同，分为拉刀和推刀。推刀常用于校准热处理后的型孔。

拉刀的种类虽多，但结构组成都类似。如普通圆孔拉刀的结构组成为：柄部,用以夹持拉刀和传递动力;颈部，起连接作用；过渡锥，将拉刀前导部引入工件；前导部，起引导作用，防止拉刀歪斜；切削齿，完成切削工作，由粗切齿和精切齿组成；校准齿，起修光和校准作用，并作为精切齿的后备齿；后导部，用于支承工件，防止刀齿切

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离前因工件下垂而损坏加工表面和刀齿；后托柄，承托拉刀。 拉刀的结构和刀齿形状与拉削方式有关。拉削方式通常分为分层拉削和分块拉削两类。前者又分成形式和渐成式；后者又分轮切式和综合轮切式。成形式拉刀各刀齿的廓形均与被加工表面的最终形状相似;渐成式拉刀的刀齿形状与工件形状不同,工件的形状是由各刀齿依次切削后逐渐形成。轮切式拉刀由多组刀齿组成，每组有几个直径相同的刀齿分别切去一层金属中的一段，各组刀齿轮换切去各层金属。综合轮切式拉刀的粗切齿采用轮切式，精切齿采用成形式。轮切式拉刀切削厚度较分层拉削的拉刀大得多，具有较高的生产率，但制造较难。

拉刀常用高速钢整造，也可做成组合式。硬质合金拉刀一般为组合式，因生产率高、寿命长，在汽车工业中常用于加工缸体和轴承盖等零件，但硬质合金拉刀制造困难。

矩形花键拉刀的参数选择和设计计算

原始条件及设计要求

0.120mm, 小径 要求设计一把矩形花键拉刀,花键大径D=42H1000.0300.036mm,键槽宽B=7H90mm,键数n=8,倒角高度C=0.5mm,拉削长度d=36H70L=45mm,工件材料为45钢,硬度为HBS170,σb=600MPa。查表后，由花键拉刀的长度确定选用拉床L6120。

（一）选定刀具类型和材料的依据

1选择刀具类型：

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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=B×n×Zi，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。

1.倒角齿参数确定

图 1 矩形花键拉刀倒角齿计算图

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1.1倒角齿θ角

查手册表4-29,由n=8,查得θ=45°。

1.2 倒角齿测量值M

B1=B+2C=8+2×0.5=9mm

sinψ1= B1/d=0.209,ψ1=14.48° ψ2=45°-ψ1=30.52° M=d×cosψ2/2=34.7mm 1.3 倒角齿最大直径d1

OH=(2M-B×cos45°)/2sin45°=45.58mm tanψB=B/(2×OH)=0.07679

dB= B/sinψB=91.24mm d1=dB+(0.3—0.6)mm=90.94mm

2.1 拉削余量

按表4-1计算圆形拉削余量为1mm,预制孔径为51mm。

按表4-16,花键齿 圆形齿的扩张量均为5um。 倒角余量 A1=53.23-51 mm=2.23mm

花键余量 A2=60.115-(53.23-0.1) mm=6.985mm 实际圆形齿拉削余量 A3=52.025-51 mm=1.025mm 2.2齿升量选择

按表4-4选择为 倒角齿:αf1=0.065mm 花键齿:αf2=0.050mm 圆形齿:αf3=0.050mm 3 各切削齿的几何参数设计

选择前角γ0=17°,精切齿与校准齿倒棱前角γ01

=5°。粗切齿 α0=2.5°,ba1=0.1mm 精切齿 α0=2.5°,ba1=0.2mm

校准齿 α0=1.5°,ba1=0.2mm

．．4设计容屑槽

8

4.1 齿距计算 按表4-7

=8mm

计算 p=（1.2—1.5）L=(1.2—1.5)35mm

选择校准和精切部分齿距p1=6mm

4.2 选择容屑槽

按表4-8采用曲线槽,粗切齿用深槽,h=3mm,精切齿用基本槽。 4.3 校验容屑条件

查表4-9得容屑系数k=3。倒角齿齿升量大时,应校验之,应使满足式h≥1.13Kf1L:

1.13Kf1L=2.95mm<3mm 所以满足条件,校验合格。 4.4 校验同时工作齿数

按表4-7得知L/p=5,即Zemin=5,Zemax=5+1,满足3≤Ze≤8的校验条件。

5.花键齿截形设计

花键齿键宽Bb按下式计算，精确到0.001mm：

Bmaxb Bhmax BbminBmaxb

式中，Bbmax为内花键键槽宽最大极限尺寸；b为拉削扩张量（查表4-16得

b=0.010mm）;

b为拉刀键齿宽制造公差带宽，为保证键齿尺寸耐用度高，b应在制造条件允

许范围内取小值，取b=0.010mm。则

B2max=(9.036-0.005)mm=9.031mm

B2min=(9.031-0.01)mm=9.021mm

拉刀键齿面应制出Kr0的修光刃f，其下应磨出侧隙角130'。工厂常在齿高为1.25mm及其以下的刀齿上磨侧隙，在图中标出。

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6.确定分屑槽参数

除校准齿和与其相邻的一个精切齿外，拉刀切削齿均磨制三角形分屑槽。由于在每个圆形齿上都存在着不工作的刃段，圆形齿段不必磨分屑槽。 7选择拉刀前柄

按表4-17选择Ⅱ型-A无周向定位面的圆柱形前柄,公称尺寸d1=50mm,卡爪底径d2=38mm。

8校验拉刀及拉床强度

通过分析,确认倒角齿拉削力最大,因而计算拉刀倒角齿的拉削力。 ∑aw=Z(B2max+2C)=8×(9.031+2×0.5)mm=80.248mm Fmax=Fzˊ∑awZemaxk0k1k2k3k4×10-3

=(174+192)/2×80.248×5×1.15×1.15×0.9×1×0.001KN=87.4KN

拉刀最小截面积在卡槽底颈处,则拉应力为:

σ=Fmax/Amin=(87.4×4)/(382×л)GPa=0.0877GPa<[σ] 拉刀强度校验合格。

根据表4-23、表4-24,拉床拉力为200×0.8KN=160KN,比Fmax大,拉床载荷校验合格。

9.确定拉刀齿数及每齿直径 9.1倒角齿齿数 zdc9.2花键齿齿数

初拟花键过渡痴与精切齿的齿升量为0.04，0.03，0.02，0.01，0.005mm，逐步递减，共切除余量A\"0.21mm。花键粗切齿齿数

zbcAbA\"2afd18.930.2120.05188.2Ad2afd2.2820.06517.53 取18

取齿，多切去了0.250.052mm=0.025mm的余量，应减去0.0125的齿升量.因此减去一个精切齿并将齿升量调整为0.04,0.03,0.015,0.0075.后2齿齿

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升量<0.5afh为精切齿,前2齿则为过度齿. 9.3 圆形赤齿书

初拟方案与花键齿相同,即拟切去

zycAyA\"2afy11.0200.2120.05A\"余量,计算圆形粗切齿齿数为

18.1 取8齿,少切了0.15 X 0.005 X

2=0.015mm的余量,需增加一个精切齿起齿升量为0.0075mm.这样,圆形齿段具有粗切齿8个,过度齿3个,精切齿3个. 9.4校准部齿数

倒角齿不设校准齿。圆形齿和花键齿校准齿齿数查表4-14，得 花键校准齿齿数 zbx4 圆形校准齿齿数 zyx7 各齿直径基本尺寸,见表4-41

矩形花键拉刀齿序表

直径基本尺寸 61.13 61.26 61.39 61.52 61.65 61.78 61.91 62.04 62.14 62.3 62.43 62.56 62.69 62.82 62.95 63.08 63.17 63.23 63.13 63.23 63.33

直径尺寸公差

直径基本尺寸 68.13 68.23 68.33 68.43 68.53 68.63 68.73 68.83 68.93 69.03 69.13 69.23 69.33 69.43 69.53 69.63 69.73 69.83 69.93 70.03 70.13

直径尺寸公差

11

齿形

齿号

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 齿型 齿号

69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88

22 63.43 23 63.53 24 63.63 25 63.73 26 63.83 27 63.93 28 .03 29 .13 30 .23 31 .33 32 .43 33 .53 34 .63 35 .73 36 .83 37 .93 38 65.03 39 65.13 40 65.23 41 65.33 42 65.43 43 65.53 44 65.63 45 65.73 46 65.83 47 65.93 48 66.03 49 66.13 50 66.23 51 66.33 52 66.43 53 66.53 66.63 55 66.73 56 66.83 57 66.93 58 67.03 59 67.13 60 67.23 61 67.33 62 67.43 63 67.53 67.63 65 67.73 90 70.23 91 70.33 92 70.43 93 70.53 94 70.63 95 70.73 96 70.83 97 70.93 98 71.03 99 71.13 71.23 71.33 71.43 71.53 71.63 71.73 71.83 71.93 72.01 72.07 72.1 72.115 72.115 72.115 72.115 72.115 61.1 61.2 61.3 61.4 61.5 61.6 61.7 61.8 61.88 61.94 61.98

62 62.015 62.025 62.025 62.025 62.025 62.025

100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 12

66 67.83 67 67.93 68 68.03 134 62.025 135 62.025 136 62.025

最后一个齿距加长的目的是为了砂轮的切出. 10.拉刀齿度

倒角齿段长度 L1=(8×17+16)mm=152mm 花键齿段长度 L2=(8×61+6×6+8)mm=532mm 圆形齿段长度 L3=(8×10+11×6)mm=146mm 11.拉刀齿度

按表4-17，4-19，4-23计算：

0.025 前柄 l1=100mm d1=50f80.0mm

颈部 l2=m+Bs+A-l3=105mm d2=d1-0.5mm=49.5mm 过渡锥 l3=20mm

0.030 前导部 l4=40mm d4=51f70.060mm

前柄端部至第1刀齿的距离 L1ˊ=275mm

0.030 后导部 l5=20mm d5=52f70.060mm

0.025 后柄 l6=120mm d6=50f80.0mm

12拉刀总长

L=L1ˊ+L1+L2+L3+l5+ l6=1245mm 13拉刀总长及其校验

根据表4-26,允许拉刀总长为1700mm,拉刀长度校验合格. 查表4-26,允许拉刀总长度为1600mm,拉刀长度校验合格。 14 制定技术条件

1) 拉刀材料为W18Cr4V ,要求热处理后,刀齿及后导部硬度为63—66HRC,前导部硬度为60—66HRC,前柄硬度为45—58HRC。

2) 拉刀表面不得有裂纹、碰伤、锈迹等影响使用性能的缺陷。 3) 拉刀切削刃应锋利,不得有毛刺、崩刃和磨削烧伤。 4) 拉刀容屑槽的连接应圆滑,不允许有台阶,一般应磨光槽底。

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5) 圆精切齿外径极限偏差为

00.010,圆校准齿的外径极限偏差为

00.009。 。

6) 花键精切齿外径极限偏差为

00.015, 校准齿的外径极限偏差为。

00.018 7) 花键齿宽度尺寸的极限偏差为

00.0128) 花键齿两侧面对拉刀基准中心平面的对称度公差为0.012mm, 花键齿侧面沿纵向对拉刀基准轴线的平行度公差为0.012mm,拉刀槽截面内的平行度公差为0.012mm,拉刀倒角齿两角度面对花键齿中心平面的对称度公差为0.050mm。 16.绘制拉刀图 （详见CAD大图）

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四、铣刀的设计

前 言

铣刀是一种应用很广泛的多齿多刃回转刀具。铣削加工时，铣刀饶起轴线转动，而工件做进给运动。

铣削加工与刨削加工相比较，铣削时同时参加工作的切削刃总长度较长，且无空行程，而使用的的切削也叫高，故加工生产效率也一般较高，表面的粗糙度也较小。铣刀的种类很多

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矩形花键通常采用铣切或滚切成形，再经磨花键达到设计图纸要求。铣切加工一般采用专门设计的T形槽铣刀，这种铣刀适合大批量专业化生产，但对中、小批量非专业化生产不太适合。为解决这个问题，我们试用三面刃铣刀及片铣刀，获得了满意的结果。

.矩形花键铣刀的设计

1.原始条件

0.300 欲加工矩形花键轴,其尺寸为:外径Da=Ø42a11=Ø42 mm ,内径0.4300.0200.030=Ø36f7=Ø36 mm , 键数Z=8 ,键宽b=7d10=Ø7 mm ,假设键底圆0.0410.078Df半径r=1 ,

工件材料为:一般45刚 硬度:HBS170 强度b=600MPa

2，前角

2.1.前角为零时，工件法剖面截形就是铣刀的齿形。 2.2.前脚大于零时

铣刀有了前角以后，其刀齿在径向截面的齿形和前刀面上的齿形，就与工件法剖面的截形不同了。设γf为铣刀外圆处的纵向前角，当γf较大时，铣刀径向截面和前刀面上的齿形需进行修正计算。

下图所示的是工件齿形和铣刀齿形得关系，其中（b）为给定的工件齿形；（c）为铣刀径向截面应具有的齿形，即铲刀应具有的齿形；（d)为铣刀前刀面的齿形，即样板应具有的齿形。

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3．设计步骤 3.1齿槽半角 =180/Z=180/8=22.500 3.2齿顶圆弧中心半角

=arcsin(b/ 3.3齿顶宽

D00=22.50-=9.65 )arcsin(12/61.959)fminB=Dafminsin=35.959sin9.650=6.03mm

3.4初算齿廓高度

h=(Da-D5.3

fmincos)/2+(12)=(42-35.959cos9.650)/2+(12)=4.3

取h=5mm 3.5铣刀宽度

B=Ba+2hsincos=6.03+25 = 10.17 取B=11mm

3.6按铣刀宽度最后确定齿廓高度 h=

BBa2sincos=(11-6.03)/2tan22.50=6mm

3.7铣刀齿顶圆弧半径

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Rf=

Dfmin2=62.959/2=13.98

3.8齿顶圆角半径

r=r=1

0 3.9铣刀前角 精加工时:=0

f 粗加工时:=520

f 故取f=0 3.10容屑槽形式

矩形花键铣刀容屑槽底形式通常有两种,即平底式和中间有凸起或槽底倾斜的加强形式,在铣削深度较小和刀齿强度足够的情况下,应采用平底式;在铣削深度较大时,宜采用加强形式,其槽底形状都是根据工件廓形确定的. 故该容屑槽选择采用平底式. 3.11铣刀孔径

铣刀的孔径d应根据铣削宽度和工作条件选取,也可以按刚度,强度条件计算,还可根据生产经验选取.

因此,该铣刀根据其切削宽度B=18查表3－4选取,可得d=27mm. 3.12铣刀外径

对于平底形式的容屑槽,铣刀外径可按如下公式估算: d0=(2～2.2)d+2.2h+(2～6)=69.2mm 3.13铣刀圆周齿数

在设计时,一般可根据生产经验按铣刀外圆直径的大小来预选定圆周齿数,且一般尽量采用偶数. 因此,查表可知 zk=8 3.14铣刀的后角

设矩形花键铣刀的顶刃径向后角为f,取f=10. 验算侧刃后角公式为: tg0tgfsin

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故 05 可以满足要求 3.15铲削量 Kd0zktgfK1（1.31.5）K K=(73π/10)tg100=4

K11.46.0

3.16容屑槽圆角半径 rd02hK= 1.9 取r=2

2Azk 式中:A为系数,当铲齿凸轮空程角=60时A=6; 当=90时 A=4 而对于需铲磨齿背的成形铣刀,通常取=90. 3.17容屑槽深度

对于有平底容屑槽,齿背需铲磨的成形车刀 H=h+(K+K1)/2+r=13 3.18容屑槽间角

一般取＝20o35o ,这里取=30o 3.19分屑槽尺寸

因为该铣刀宽度小于20,故切削刃上不需做分屑槽. 3.20空刀导角尺寸 查表知 C=1.5 3.21技术条件 见铣刀工作图 3.22绘制工作图

 总结：

课程设计作为工科院校大学生的必修环节，不仅是巩固学生大学所学知识的重要环节，而且也是在检验大学生综合应用知识的能力、自学能力、操作能

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力和培养创新能力，是大学生参加工作前的一次实践性锻炼。

金属切削原理及刀具课程设计虽然只有短短一周的时间，但是我从中学到了很多东西。这是第二次经历课程设计，所以没有像上学期的机械原理课程设计那样茫然。考完这学期最后一科----微机原理及接口技术，我就跑去图书馆找与刀具方面有关的书籍资料，最后抱回了一大堆书。

刚开始以为金属切削原理及刀具这门课程比较简单，一看课程设计的题目，我才发现上课的教材讲的东西很多，但是讲解得不是那么详细。在西安交通大学乐兑谦的那本教科书上对矩形花键拉刀的设计介绍得还比较详细，但是有些参数的查询也只是提示去找相关资料。对于矩形花键铣刀，真的很有意思，刚开始在图书馆找了大半天也没发现有介绍矩形花键铣刀的书籍。后来才发现，原来铲齿铣刀就是所谓的花键铣刀。还记得在上课的时候，老师特地带了一些刀具让我们看，当时我确实见到了矩形花键铣刀，只是不知道名字而已。

课程设计中，我发现自己的相关知识储备不足，还是存在应付式的学习，学过的知识，有很多已经忘得差不多了。比如说上学期学过的互换性与技术测量，在这次课程设计中也用到了相关知识。大一时候学的AUTOCAD也忘了一大部分，这次的课程设计，我从图书馆借了一本关于CAD的书看了足足一天，算是对CAD的复习吧！上学期在新知培训学了PRO/E，所以再去看CAD就容易多了。最后的大图画得还是比较顺利吧！对AUTOCAD和PRO/E软件的应用能力得到了一定的提高，绘图技巧、综合分析问题方面也有了很大的提高。

矩形花键拉刀及矩形花键铣刀的设计涉及到了材料力学、CAD、机械制造基础、互换性与测量技术基础等相关学科知识，所以我们在今后的学习中，需要储备丰富的专业知识，要能学以致用，讲理论与实践相结合，才能更好德掌握知识，提高自己的专业基础素质。

尽管在金属切削原理及刀具课程设计中，我力求做到最好，但是，限于我目前专业知识基础薄弱及相关学识水平的不足，课程设计中难免有一定的差错，恳请指导老师进行指正，谢谢！

致 谢

本次设计是在老师的悉心指导和帮助下完成的。他渊博的知识、勤奋的工

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作作风、务实的学习和工作态度、积极进取的勇气和魄力、以及对学生从严要求的治学态度都深深感染了我，值得我终身学习。他无私的奉献精神是我毕生学习和追求的目标。在今后的学习和生活之中，老师的教诲必将激励我不断奋发向上。

参 考 文 献:

1. 机械工程手册(金属切削刀具) 1980年 机械工业出版社 2.金属切削刀具设计 1962年 机械工业出版社 3.铣刀,拉刀生产图册 1977年 技术标准出版社 4.乐兑谦主编 金属切削刀具 北京 1993年 机械工业出版社 5.刘华明主编 金属切削刀具课程设计指导资料 1986年机械工业出版社 6.刀具课程设计指导 1985年 机械工业出版社 7.许先绪主编 非标准刀具设计手册 1985年 机械工业出版社

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