(金屬切削原理與刀具)第九章__拉刀

1、 第第9章章 拉刀拉刀拉削特點：拉削特點：圖圖9-1 拉削的過程拉削的過程1-工件；工件；2-拉刀拉刀拉削加工與其它切削加工方法相比較，具有以下特點。(1) 拉床結構簡單 拉削通常只有一個主運動（拉刀直線運動），進給運動由拉刀刀齒的齒升量來完成，因此拉床結構簡單，操作方便。(2) 加工精度與表面質量高 一般拉床采用液壓系統(tǒng)，傳動平穩(wěn)；拉削速度較低，一般為0.040.2 m/s (約為2.512 m/min) ，不會產生積屑瘤，切削厚度很小,一般精切齒的切削厚度為0.0050.015mm ，因此拉削精度可達IT7、表面粗糙度值Ra=2.50.88m。(3) 生產率高 由于拉刀是多齒刀具，同時參加

2、工作的刀齒多，切削刀總長度大，一次行程能完成粗、半精及精加工，因此生產率很高。(4) 拉刀耐用度高，使用壽命長 由于拉削速度較低，拉刀磨損慢，因此拉刀耐用度較高，同時，拉刀刀齒磨鈍后，還可磨幾次。因此，有較長的使用壽命。9.1 拉刀的種類與用途拉刀的種類與用途 拉削加工按拉刀和拉床的結構可分為內表面拉削、外表面拉削等。內表拉削多用于加工工件上貫通的圓孔、多邊形也、花鍵孔、鍵槽及螺旋角較大的同螺紋等。從受力狀態(tài)又可分為拉削和推削。外表面拉削是指用拉刀加工工件外表面。拉刀常制成組合式。 拉刀按所加工表面的不同，可分為內拉刀和外拉刀兩類。內拉刀用于加工各種形狀的內表面，常見的有圓孔拉刀、花鍵拉刀、方

3、孔拉刀和鍵槽拉刀等；外拉刀用于加工各種形狀的外表面。在生產中，內拉刀比外拉刀應用更普遍。 按拉刀工作時受力方向的不同，可分為拉刀和推刀。前者受拉力，后者受壓力，考慮壓桿穩(wěn)定性，推刀長徑比應小于12。 按拉刀的結構不同，可分為整體式和組合式，采用組合拉刀，不僅可以節(jié)省刀具材料，而且可以簡化拉刀的制造，并且當拉刀刀齒磨損或損壞后，能夠方便地進行調節(jié)及更換。整體式主要用于中小型尺寸的高速鋼整體式拉刀；裝配式多用于大尺寸和硬質合金組合拉刀。 拉刀可以用來加工各種截面形狀的通孔、直線或曲線的外表面。圖9-2所示為拉削加工的典型工件截面形狀。圖圖9-2 拉拉削削加加工工的的各各種種內內外外表表面面9.2

4、拉刀的組成與拉削方式拉刀的組成與拉削方式 圖圖9-3 圓孔拉刀的組成圓孔拉刀的組成 （1） 頭部 拉刀與機床的聯(lián)接部分，用以夾持拉刀、傳遞動力。(2) 頸部 頭都與過渡錐之間的聯(lián)接部分，此處可以打標記(拉刀的材料、尺寸規(guī)格等)。(3) 過渡部分 頸部與前導部分之間的錐度部分，起對準中心的作用；使拉刀易于進人工件孔。(4) 前導部 用于引導拉刀的切削齒正確地進人工件孔，防止刀具進入工件孔后發(fā)生歪斜，同時還可以檢查預加工孔尺寸是否過小，以免拉刀的第一個刀齒負荷過重而損壞。(5) 切削部 擔負切削工作，切除工件上全部的拉削余量，由粗切齒、過渡齒和精切齒組成。(6) 校準部 用以校正孔徑、修光孔壁，以

5、提高孔的加工精度和表面質量，也可以作精切齒的后備齒。(7) 后導部 用于保證拉刀最后的正確位置，防止拉刀在即將離開工件時，因工件下垂而損壞已加工表面和刀齒。(8) 尾部 用于支撐拉刀，防止其下垂而影響加工質量和損壞刀齒。只有拉刀既長又重才需要。9.2.2 拉削方式拉削方式在拉削過程中，拉削余量在各個刀齒上切下順序在拉削過程中，拉削余量在各個刀齒上切下順序和方式，稱這種圖形為和方式，稱這種圖形為“拉削圖形拉削圖形”，拉削圖形又，拉削圖形又叫拉削方式。它決定著每個刀齒切下的切削層的截叫拉削方式。它決定著每個刀齒切下的切削層的截面形狀。拉削圖形選擇的合理與否，直接影響到刀面形狀。拉削圖形選擇的合理與

6、否，直接影響到刀齒負荷的分配、拉刀的長度、拉削力的大小、拉刀齒負荷的分配、拉刀的長度、拉削力的大小、拉刀的磨損和耐用度、工件表面質量、生產率和制造成的磨損和耐用度、工件表面質量、生產率和制造成本等。本等。拉削圖形基本上分為分為分層式和分塊式兩大類，拉削圖形基本上分為分為分層式和分塊式兩大類，分層式包括同廓式和漸成式兩種；分塊式常用的有分層式包括同廓式和漸成式兩種；分塊式常用的有輪切式。輪切式。9.2.2.1分層式拉削分層式拉削 分層拉削是拉刀的刀齒把拉削余量一層一層地依次切去，每個刀齒根據(jù)齒升量的多少切去一層余量。 分層式拉削的切削厚度（齒升量）小，所以拉削過程較為平穩(wěn)，拉削表面質量較高；但單

7、位切削力大，需要的切削齒數(shù)目多，拉刀較長，刀具的成本高，生產率低，且在拉削有硬皮的鑄、鍛件時，拉刀的切削齒磨損較快。 分層式拉削又可分為兩小類。 (1)采用同廓式拉削時，為了使切屑容易卷曲和切削力，在每個切削齒上都開有如圖9-5所示的交錯分布的窄的分屑槽。采用這種拉削方式能達到較小的表面祖糙度值。但單位切削力大，且需要較多的刀齒才能把余量全都切除，拉刀較長，刀具成本高，生產率低，并且不適于加工帶硬皮的工件。 但同廓拉削的拉刀加工平面、圓孔和形狀簡單的成形表面時，刀齒廓形簡單，容易制造，并且能獲得較好的加工表面，因而一般也常采用。但其它形狀的廓形制造時比較困難。 (2) 漸成式拉削法 按如圖9-

8、6所示漸成式拉削法設計的拉刀，刀齒廓形與被拉削表面的形狀不同，被加工表面的最終形狀和尺寸是由各刀齒切出的表面連接而成。因此，每個刀齒可制成簡單的直線或圓孤，拉刀制造比較方便，缺點是在工件已加工表面上可能出現(xiàn)副切削刃的交接痕跡，因此加工出的工件表面質量較差。鍵槽、花鍵槽及多邊孔常采用這種拉削方式加工。圖圖9-4 成形式拉削圖形成形式拉削圖形圖圖9-5 同廓拉削拉刀的分屑槽同廓拉削拉刀的分屑槽圖圖9-6 漸成式拉削圖形漸成式拉削圖形9.2.2.2 分塊式拉削分塊式拉削圖圖9-7 分快式拉刀外形分快式拉刀外形圖圖9-8 輪切式拉刀截形及拉削圖形輪切式拉刀截形及拉削圖形 9.2.2.3綜合式拉削綜合式

9、拉削圖圖9-9 綜合拉削圖形綜合拉削圖形1-第一刀齒；第一刀齒；2-第二刀齒；第二刀齒；3-第三刀齒；第三刀齒；4-第四刀齒；第四刀齒；5-第五刀齒；第五刀齒；6-第六刀齒第六刀齒 綜合式拉削集中了分層式拉削與輪切式拉削的優(yōu)點，即粗切齒和過渡齒制成輪切式結構，精切齒則采用分層式結構。這樣，既縮短了拉刀長度，保持較高的生產率，又能獲得較好的工件表面質量。圖9-9所示為綜合式拉刀結構及拉削圖形。粗切齒采取不分組的輪切式拉刀結構，即第一個刀齒分段地切去第一層金屬的一半左右，第二個刀齒比第一個刀齒高出一個齒升量，除了切去第二層金屬的一半左右外，還切去第一個刀齒留下的第一層金屬的一半左右，因此，其切削厚

10、度比第一刀齒的切削厚度大一倍。后面的刀齒都 以同樣順序交錯切削，起到把粗切余量切完為止。第五齒和第六刀齒就按分層拉削工作，但第五刀齒不僅要切除本圈的金屬層，還要切除第四圈中剩下的一半。精切刀齒齒升量較小，校正齒無升量。綜合輪切式拉刀刀齒的齒升量分布較合理，拉削過程較平穩(wěn)，加工表面質量高。它既縮短了拉刀長度，提高了生產率，又能獲得較好的加工質量。但綜合輪切式拉刀的制造較困難。我國生產的圓孔拉刀較多地采用這種結構。工作部分和非工作部分結構參數(shù)設計；拉刀強度和拉床拉力校驗；繪制拉刀工作圖9.3圓拉刀設計圓拉刀設計 目前我國圓孔拉刀多采用綜合式拉削，并已列為專業(yè)工目前我國圓孔拉刀多采用綜合式拉削，并已

11、列為專業(yè)工具廠的產品具廠的產品一一 、工作、工作部分部分設計設計 mmLDAm) 1 . 005. 0(005. 0mmLDAm)2 . 01 . 0(005. 0L拉削長度，拉削長度，mm；拉削余量A 圖圖9-10 圓孔拉削余量圓孔拉削余量2）已知拉前孔直徑和拉后孔直徑時 可用拉前孔的最小值與拉后孔的最大值來計算拉削余量。Dm max拉后孔的最大直徑，mmDw min拉前孔的最小直徑，mm3）拉削余量也可以查表確定齒升量的確定原則：齒升量的確定原則：1）粗切齒齒升量fz1，為了縮短拉刀長度，應該盡量加大，使得各刀齒切除總余量的%60%80左右。 2）精切齒齒升量fz，按拉削表面質量要求選取，

12、一般 fz 0.010.02mm3）過渡齒齒升量fz在各齒上是變化的，變化規(guī)律在fz1與 fz之間遞減 。4）校準齒齒升量一般取0。是最好起修光和校準拉削表面作用。拉刀上各齒齒數(shù)的確定拉刀上各齒齒數(shù)的確定 過渡齒一般取z=48；精切齒齒數(shù)z=37，校準齒齒數(shù)為z=510；粗切齒的確定采用公式計算IIIIIIfAAAZ2)(1-各齒直徑確定的方法各齒直徑確定的方法圓孔拉刀第一個粗切齒不設齒升量，主要用來修正預加工孔的不確定性。因此，第一個粗切齒的直徑應等于預加工孔的最小直徑。 其余粗切齒直徑為前一刀齒直徑加上2倍的齒升量。依此類推。 最后一個精切齒的直徑與校準齒的直徑相同。 過渡齒的齒升量逐步減

13、少，直到接近或等于精切齒的齒升量。 拉刀切削齒直徑的排表方法是，先確定第一個粗切齒的直徑和最后一個精切齒的直徑再分別按向前向后的順序逐齒確定其他切削齒直徑。 校準齒無齒升量，各齒直徑相同。為了使拉刀有較高的使用壽命，校準齒直徑應等于工件拉后孔允許的最大直徑。 考慮到拉削過后孔的直徑可能產生擴張或收縮，所以，校準齒直徑應當按照公式選取。具體一次拉削是會產生擴張還是收縮，主要取決于：拉削薄壁件和韌性大的金屬材料時易產生收縮。受拉刀制造精度、拉刀長度、拉削條件等因素影響，一般拉削后孔會擴張。具體校準齒的直徑還是應查手冊確定。XZXXfDD21-+=前角前角0：根據(jù)加工材料性能選取，其規(guī)律是材料的強度

14、硬度低時前角選大些，切脆性材料前角選小些。一般取10150特殊情況：單面齒拉刀（鍵槽拉刀、平面拉刀、角度拉刀等）前角不超過15否則刀齒容易扎入表表9-1 拉刀前角拉刀前角后角0：拉削時切削厚度很小，按照切削原理后角的選擇原則，應取較大后角。但由于內拉刀重磨前刀面，如后角取得大，刀齒直徑就會減小的很快，拉刀使用壽命會顯著縮短。因此，內拉刀切削齒后角都選得很小，校準齒后角比切削齒的更小，見表16.3 特殊情況：當拉削彈性大的材料時，為減小切削力，后角可取得較大些。外拉刀的后角可取大些。后角過大，刀齒直徑，拉刀壽命表表9-2 拉刀后角與刃帶拉刀后角與刃帶刃帶后角b1刃帶寬ba： 拉刀各刀齒均留有刃帶

15、，以便于制造拉刀時控制刀齒直徑； 校準齒的刃帶還可以保證沿前刀面重磨時刀齒直徑不變。 一般取b1 =0， ba：粗切齒 0-0.05mm， 精切齒 0.1-0.15mm， 校準齒 0.3-0.5mm 齒距齒距P齒距大，同時工作的齒數(shù)就少，拉削平穩(wěn)性就降低，生產效率就降低。反之，齒距小，同時工作的刀齒數(shù)就大，拉削平穩(wěn)性好轉，拉削力增加，生產效率提高，拉刀強度受到威脅。一般可用經驗公式計算： LP)8 . 125. 1 (計算出的齒距就取接近的標準值P確定后，工作齒數(shù)Ze用下式計算： 1+=pLze(略去小數(shù)略去小數(shù))工件內有空刀槽時用下式(右圖)：1-) 1(22+=+=pLLpLpLze(略去

16、小數(shù)略去小數(shù)) Ze確定后，過渡齒數(shù)、精切齒數(shù)和校準齒齒數(shù)參考下表： 按公式計算出的齒距應當元整為標準值。 過渡齒齒距與粗切齒相同；精切齒齒距可做成粗切齒齒距的0.7倍；精切齒齒距與校準齒齒距相同；當拉刀總長度允許時為了制造方便，也可制成各齒齒距完全相等。齒距一般不規(guī)定公差。 為提高拉削表面質量，避免拉削過程中產生周期性振動，拉刀也可制成不等齒距。2) 容屑槽容屑槽拉削屬于封閉式切削，切下的切屑全部容納在容屑槽里，因此，容屑槽應當足夠的大。 在保證拉刀強度的條件下，根據(jù)齒距可選用基本槽形、深槽形、淺槽形，以適應容屑的不同需求。常用的容屑槽形式見圖所示。直線齒背型直線齒背型圓弧齒背型圓弧齒背型直

17、線加長齒背型直線加長齒背型1）直線齒背型。這種槽形的齒背與前刀面均為直線，與槽底圓弧圓滑過渡，其特點是：容屑空間較小，形狀簡單，制造容易。2）曲線齒背型。這種槽形有兩段圓弧和前刀面組成，容屑空間大，便于切屑卷曲。深槽或齒距較小或拉削韌性材料時采用。3）加長齒背形。這種槽形底部由兩段圓弧和一段直線組成。當齒距P16mm時可選用。此槽形容屑空間大，適用于拉刀長度大或帶空刀槽的工件。容屑槽尺寸應滿足容屑條件。由于切屑在容屑槽里卷曲和填充不可能很緊密，為保證容屑，容屑槽的有效容積必須大于切屑所占的體積，兩者體積之比稱為容屑系數(shù)用K來表示。因此，K為1的數(shù)值。 由于切屑在寬度方向變形很小，故容屑系數(shù)可用

18、容屑槽和切屑的縱向截面積之比來表示，見圖16.19。 設計拉刀時，許用容屑系數(shù)【K】必須認真選擇其大小與工件材料性質、切削層截形和拉刀磨損有關。 加工一般鋼件【K】=2.55.5。 加工鑄鐵、青銅【K】=22.5。 【K】值的最終確定應根據(jù)復雜刀具設計手冊切削用量手冊來合理選取。如選擇不當會造成拉刀拉斷。所以一定要非常慎重。 分屑槽分屑槽 分屑槽的作用在于將切屑分割成較小寬度的窄切屑，以便于切屑的卷曲、容納和清除。拉刀的分屑槽，前后刀齒上應交錯磨出。 綜合式拉刀粗切齒、過渡齒采用圓弧形分屑槽，精切齒采用角度形分屑槽。弧形槽：拉削寬度小，槽轉角處強度高，散熱快，適用于分塊拉削刀齒上。角度槽和直行

19、槽：槽數(shù)多，制造容易，適用于分層拉削刀齒上。分屑槽圖圖9-12 分層式拉刀常用的分屑槽分層式拉刀常用的分屑槽圖圖9-13 輪切式拉刀的分屑槽輪切式拉刀的分屑槽設計分屑槽時應注意以下幾點： 1）分屑槽的深度必須大于齒升量，否則不起分屑作用。圓弧形分屑槽的槽寬應小于刀刃寬度。 2）分屑槽的兩側刃和底刃應具有足夠的后角。 3）分屑槽的槽數(shù)應保證切屑寬度合適，使切屑易卷曲。為便于測量直徑，分屑槽的槽數(shù)應取偶數(shù)。 4）在拉刀最后一個精切齒上不做分屑槽。 拉削鑄鐵等脆性材料時，切屑呈崩碎狀，也不必做分屑槽。 分屑槽槽數(shù)和尺寸的具體數(shù)值可參考有關資料。6切削齒的齒數(shù)與直徑切削齒的齒數(shù)包括粗切齒、過渡齒和精切

20、齒。根據(jù)已選定的拉削余量A和齒升量 af ，可按下式計算：) 53 (2aAzf求出的齒數(shù)要按四舍五入的原則進行圓整，一般過渡齒取35個，精切齒取37個。其余為粗切齒。拉刀的第一個切削齒通常沒有齒升量，這是為了避免因拉削余量不均勻或金屬內含有雜質而承受過大的偶然負荷，而損壞刀齒。最后一個精切齒的直徑等于校準齒的直徑。切削齒的直徑應獻寶一定的制造公差，一般取-0.008-0.02mm。最后一個精切齒的直徑偏差應與校準齒相同。二、非工作部分設計二、非工作部分設計 1 柄部、頸部與過渡錐常用拉床L6110、6120、6140：頸部與過渡錐總長：l=H1+H+lc+(l3-l1-l2)H拉床床壁厚：6

21、0mm、 80mm、100mmH1花盤厚度，分別為30mm、40mm、50mmlc 卡盤與床壁間隙，分別為5mm、10mm、15mml3、l1、l2 卡盤與床壁間隙，分別為20mm、30mm、40mml 分別取為125mm、175mm、225mml3 根據(jù)拉刀直徑取為1020mm拉刀工作圖通常不標l值，而標L1：L1=l1+l2+l+l4l1、l2 柄部尺寸l4 前導部長度2 前導部、后導部與尾部前導部l4: 一般 l4 =L 長徑比L/D1.5 l4 =0.75L 直徑d4=Dwmin 公差f8后導部l5: (工件表面長度)l4 不小于 209.3.4拉刀強度及拉床拉力校驗拉刀強度及拉床拉力

22、校驗1計算拉削力對于綜合式圓孔拉刀emzzdFF2 max2拉刀強度驗算拉削時產生的拉應力要小于拉刀材料的許用應力，即：minAFmzx式中 Amin一 拉刀的危險斷面面積(m2)，危險斷面一般在第一個切削齒的容屑槽處或在頭部； 一 拉刀材料的許用應力(Mpa)，對高速鋼=343392Mpa；對于合金鋼= 245Mpa。3拉床拉力校驗拉床新舊程度不同，實際輸出的拉力也不同。拉削時產生的最大拉削力，一定要小于拉床的實際拉力，即額實際Fmax FF式中 F額 一 拉床的額定拉力；一 拉床輸出拉力的系數(shù)。對于新拉床=0.9，狀態(tài)良好的舊拉床=0.8，狀態(tài)不良的舊拉床=0.50.7。 如果拉刀強度或拉

23、床拉力不足時，一般采取降低拉刀齒升量或加大齒距以減少同時工作齒數(shù)等辦法解決。如有可能，也調換大型號的拉床加工。9.4矩形花鍵拉刀的結構特點矩形花鍵拉刀的結構特點 矩形花鍵拉刀主要用于拉削大徑定心和小鍵定心矩形花鍵拉刀主要用于拉削大徑定心和小鍵定心的矩形花鍵孔。的矩形花鍵孔。 有倒角齒、花鍵齒以及呈前后交錯排列的圓孔切削齒，花鍵切削齒、圓孔校準齒和花鍵校準齒組成 前導部：常選圓柱形 后導部：花鍵形9.5拉刀的合理使用和刃磨拉刀的合理使用和刃磨1拉削表面覺的缺陷與解決方法在拉削過程中，拉削表面常見的缺陷有以下幾種：(1) 劃傷 加工表面粗糙度基本符合要求，但有局部劃傷缺陷時，應主要從使用方面進行檢

24、查。例如，刀齒刃口是否有碰傷的缺口；刀齒（尤其是精切齒）上是否有附著的切屑未被清除干凈；拉刀經過多次刃磨后容屑槽的形狀是否造成不光滑的臺階形，以致使切屑卷曲不順利而擠壞刀齒和劃傷加工表面等。此外，預加工孔的表面上若有氧化皮，也可能碰傷刀齒而造成局部劃傷缺陷。n(2) 擠亮點 是由于刀齒后刀面與已加工表面間產生較劇烈的擠壓摩擦而造成的。常用選擇合適的后角（尤其是粗切齒的后角不應太小）和齒升量；采用性能良好的切削液，并需澆注充足，以及采取對硬度高的工件進行適當?shù)臒崽幚硪越档推溆捕鹊确椒▉硐@種缺陷。拉削后的表面上還會產生一些其它缺陷。n(3) 環(huán)狀波紋 其主要原因是拉削過程中切削力變化較大，拉刀工作不平穩(wěn)，使刀齒在圓周方向切削不均勻所致。為了消除這種缺陷，從設計