第四章-拉刀的设计及应用

第四章拉刀的设计及应用•第一节概述第二节拉刀主要切削要素的选取•第三节拉刀的合理使用•第四节拉刀的重磨与检验一、概述•一、拉刀的种类和用途•二、拉刀结构要素•三、拉削方式图1渐开线花键拉刀(6T95倒档啮合齿座)一、拉刀的种类和用途（工作示意图）•拉刀是一种高生产率、高精度的多齿刀具。拉削时，拉刀作等速直线运动，是主运动。由于拉刀的后一个（或一组）刀齿高出前一个（或一组）刀齿，所以能够依次从工件上切下金属层，从而获得所需的表面。拉削时，由刀齿的齿升量代替了进给运动，因此拉削加工中没有进给运动。拉刀的种类很多，一般分为内拉刀和外拉刀两大类•图2拉刀工作示意图图3几种常用拉刀的结构型式键槽拉刀圆孔拉刀渐开线花键拉刀矩型花键拉刀平面拉刀一、拉刀的种类和用途•内拉刀用于加工各种廓形的内孔表面，其拉刀名称一般都有被加工孔的形状来确定，如圆孔拉刀、四、六方拉刀、键槽拉刀、花键拉刀等。内拉刀还可以加工螺旋内花键，内齿轮。内拉刀可加工的孔径通常为10~120mm，在特殊情况下可加工到5~400mm，拉削的槽宽一般为3~100mm，孔的长度一般不超过直径的3倍，特殊情况下可达到2m。•外拉刀用于加工各种开放的外表面，如平面、成型表面、槽纹、汽轮机中的复杂榫槽和榫头以代替这些零件的铣、刨、磨等加工，特别适用与汽车、摩托车、拖拉机等大批量生产中的某些零件表面。•拉刀按机构分可分为整体式和组合式（装配式）两大类，中小规格的内拉刀都做成整体式，大规格的内拉刀和大部分外拉刀多做成组合式。•根据拉刀刀齿材料又分为高速钢拉刀和硬质合金拉刀。•根据拉刀工作时的受力情况又分为拉刀和推刀。二、拉刀的结构（主要组成部份）•头部--与机床连接，传递运动和拉力。•颈部--头部和过渡锥连接部分，也是打标记的地方•过渡锥部分--起引导作用，使拉刀容易进入工件的预制孔。•前导部分--引导拉刀平稳地、不发生歪斜地过渡到切削部分。•切削部分--担任全部加工余量的切除工作。它由粗切齿、过渡齿和精切齿组成。•校准部分--最后几个无齿升量和分屑槽的刀齿，起修光、校准作用。以提高孔的加工精度和表面质量，并可作为精切齿的后备齿。•后导部分--用来保持拉刀最后几个刀齿的正确位置，防止拉刀在即将离开工件时，因工件下垂而损坏已加工表面质量及刀齿。•尾部--当拉刀长而重时，可以用托架支托拉刀的尾部，防止拉力因自重而下垂，一般重量较轻的拉刀则不需要尾部。（1）拉刀结构图•头部颈部过渡锥部前导部切削部校准部后导部尾部图4（2）刀齿几何参数•齿升量αf--前、后两刀齿（或齿组）半径或高度之差。粗切齿af=0.02～0.20mm,精切齿af=0.005～0.015mm。齿距p--相邻两刀齿之间的轴向距离。齿距根据孔的拉削长度计算，拉刀同时工作齿数可取3～8个。前角γo--前角根据工件材料选择。一般高速钢拉刀切削齿的前角γo=5°～20°，硬质合金拉刀的前角γo=0°～1.0°，校准齿前角γog与切削齿前角相同。刃带ba1--为了增加拉刀的重磨次数，提高切削过程的平稳性和便于制造时控制刀齿的直径，在刀齿后刀面上留有一后角为0°的棱边。图5拉刀切削部份的主要切削参数三、拉削方式•(1)分层式拉（也称为成形式拉削）•特点：刀齿的刃形与被加工表面相同，它们一层层地切下加工余量，最后由拉刀的最后一个刀齿和校准齿切出工件的最终尺寸和表面。这种方式可获得较高的表面质量，但拉刀长度较长，生产率较低。图6成形式拉削图形三、拉削方式•（2）分块式拉削（也称为轮切式拉削）将加工余量分为若干层，每层金属不是由一个刀齿切去，而是由几个刀齿分段切除，每个刀齿切去该层金属中的相互间隔的几块金属。优点是切屑窄而厚，在同一拉削余量下所需的刀齿总数较分层式少，故拉刀长度大大缩短，生产率也大大提高。这种方式还可用来加工带有硬皮的铸件和锻件。其缺点是拉刀结构复杂，加工表面质量较差。（2）综合式拉削集中了分层式与分块式拉削的优点，拉刀的粗切齿及过渡齿制成轮切式结构（分块拉削），精切齿则采用分层式结构，分层拉削，最终完成零件表面的加工。三.拉刀主要切削要素选取•1、前角γ、后角α的选取•2、齿升量Sz的选取•3、齿距t的选取•4、容屑系数K和容屑槽深度h的选取•5、容屑槽的形状与尺寸1、前角γ、后角α的选取•前角γ拉刀的前角主要根据被拉削材料的性能选取。当拉削韧性材料时，应选用较大的前角，拉削脆性材料时，应选用较小的前角。•后角α拉刀的后角是根据拉刀的类型和工件所需的加工精度而确定的。增大后角可以减少拉刀后刀面与工件的摩擦，但在重磨时会很快减小拉刀的尺寸，使其丧失精度。通常拉削IT7~IT8级精度的圆孔拉刀、花键拉刀、四六方拉刀以及其他类型的拉刀切削齿后角为2°~3°30′，拉削IT9精度和更低精度的上述拉刀切削齿后角为3°~4°，单面有齿的槽拉刀、平面拉刀和外拉刀切削齿后角为4°~7°，校准齿的后角为0°30′~1°30′。2、齿升量Sz的选取•齿升量Sz拉刀两相邻刀齿在半径方向上的尺寸差称为拉刀的齿升量。齿升量也是拉刀每齿的切削厚度和进给量，拉刀齿升量的大小直接影响着拉削表面的质量、拉削力和拉刀的结构，是拉刀的最重要的参数之一。齿升量的数值通常根据被加工材料的性质、拉刀的类型、被拉削工件表面的质量和精度要求等因素而确定，一般情况下拉刀的齿升量不超过0.15mm，若有被拉削表面粗糙度要求较小、被加工材料的加工性能差、用于高速拉削的拉刀、加工刚性差的零件（薄壁和软金属）、小截面低强度的拉刀等情况，齿升量应取小一些。3、齿距t的选取•齿距t及同时工作的齿数Zi•齿距是拉刀两相邻刀齿间的轴向距离，其大小一般由工件的被拉削长度确定。拉削一般材料时齿距t=（1.25~1.5）L*1/2（L——工件的被拉削长度）短工件和脆性材料选小值，长工件或韧性材料选大值。拉削高温合金材料时齿距为t=（1.9~2.0）*L1/2同时工作齿数Zi=L/t+1（取整数）。由此可知，拉刀的齿距越小，拉刀的工作齿数就越多，工作过程就越平稳，拉削表面粗糙度就越小，但相应会增加拉削力，减小容屑空间，而拉刀齿距太大，则会减小同时工作齿数，使拉削过程不平稳。所以在设计时拉刀的同时工作齿数一般取3≤Zi≤8，齿距和同时工作齿数时相互联系的必须综合考虑拉削平稳性，拉削力，拉削长度，容屑空间和拉刀强度等情况。4、容屑系数K和容屑槽深度h的选取•在拉削中，拉刀每一刀齿所切下的切屑都必须完全纳在容屑槽内。•容屑系数应满足以下条件•Ac/Aj≥KK＞1•式中Ac——容屑槽的有效面积Ac=π*h²/4•Aj——切削面积Aj=Sz*L•所以π*h²/4*Sz*L≥K则•h≥1.13（K*Sz*L）1/25、容屑槽的形状与尺寸•拉刀的容屑槽应能保证容纳切下的全部切屑和切屑的自由卷曲，并应保证刀齿有足够的强度和一定的重磨次数。常用的容屑槽形状有直线齿背型和曲线齿背型两种，直线齿背型易于制造，多用于拉削脆性材料，曲线齿背有利于切屑的卷曲和拉削结束后切屑从容屑槽中落下来，适用于拉削韧性材料。•容屑槽各部分尺寸与齿距t的关系如下：•h=（0.38~0.45）t•g=（0.3~0.35）t•R=（0.65~0.7）t•R=0.5h•在设计和生产中应遵循尽量减小容屑槽规格尺寸，又能满足生产需要的原则。三、拉刀的合理使用•1、对被拉削工件的要求•2、拉削时注意事项•3、拉削速度的选取•4、拉削加工中常见缺陷产生的原因及消除方法1、对被拉削工件的要求•拉削时的加工表面质量和尺寸精度与拉削前工件的工艺准备状况有着密切的关系，对内孔的拉削来说工件预制孔不仅是待加工表面而且也是定位基准，它的尺寸和几何精度，与工件基准端的垂直度，以及工件材料的切削加工性能等，对拉削的质量和拉削过程的正常进行都起着重要作用。•拉削前的工件应满足下列要求•1)拉前的预制孔，应进行半精加工；•2)拉削时的基面必须平整光滑，如果预制孔与定位基面精度较差，则应采用球面支承夹具；•3)对于较短的工件。其长度小于拉刀两个齿距时，可用夹具把几个工件紧固在一起拉削；•4)钢件应经过正火或退火及调制处理，其硬度在180~240HB时拉削性能最好，粗糙度最容易达到，拉刀耐用度也较高。因此，应尽可能将被加工工件预先热处理在这一范围；1、对被拉削工件的要求•5)拉削前预制孔必须保证一定的几何精度（如同轴度、垂直度、尺寸精度为H8、H9~H11，粗糙度Ra6.3~3.2）拉刀前导部分应能完全穿入孔内，穿不进去或只穿过一半时是不能进行拉削的；•6)拉削前预制孔两端应进行倒角，以免毛刺影响拉刀的通过及工件的定位；•7)拉刀使用前必须将防锈油用汽油洗净，并检查刀齿是否锋利，刀齿有无碰伤，崩刃或其他损伤，绝对不能用刀齿已损伤的拉刀进行拉削；•8)孔加工拉刀的拉削长度是有严格规定的，不能任意超过拉刀规定的范围，否则会造成拉刀强度不够而崩刃或折断，但拉削长度也不宜过短，要保证拉削时同时工作的齿数不少于三个，以保证拉削过程的平稳；1、对被拉削工件的要求•9)长拉刀使用时，应将托架调整到与工件同轴。当工件孔与拉刀前导部位之间的缝隙较大时，应将工件移到与孔径一致的拉刀刀齿上开始拉削，否则会造成孔的位置偏移或拉刀折断的危险；•10)拉床定位端面必须与拉刀进刀轴线垂直，要定期检查拉床定位法兰托盘对进刀轴线的垂直度；•11)拉床拉削走刀时的平稳、有力，与拉床运行前的邮箱运转加热，油缸中储存空气的排出，油压稳定升降有着密切关系，其中以排除走刀时的颤动或爬行尤为重要；•12)拉削前应用冷却润滑油冲洗浸溶拉刀，冲刷附在刀齿和容屑槽内的切屑或其他赃物，并使刀齿进一步得到润滑；•13)拉刀插入夹头时，要注意插板是否插正；自动锁紧的夹头，在拉刀插入后要用手往回拉一拉，看是否已经锁紧；带爪式的夹头在拉刀插入后要观察和用手试拉是否装正和卡住。然后将所需拉削的工件推在拉削的定位面上，才能开车拉削。2、拉削时注意事项•1）拉削过程中，冷却润滑液不仅应有力的喷在刀齿上，最好在工件外表面也要有足够的冷却。工件表面粗糙度要求较低时，建议采用浓度较高的乳化液；•2）对于长而重的拉刀，从拉削开始到行程一半左右为止都应有托架扶托进行拉削。当拉刀细而长有不够扶托条件时，可用手扶托拉刀尾部，可减小摆尾现象；•3）在拉削即将结束时，要防止工件因自重下垂；•4）拉削过程中，要经常观注工件拉削表面质量及拉刀磨损情况。一般来说，工件粗糙度较高时，拉刀振动和拉削异声加剧，都标志着拉刀已经磨钝，需要进行修磨；•5）拉完一个工件后，应用铜丝刷顺着切削刃方向将附在容屑槽内的切屑刷去，严禁用钢丝刷，也不能用棉纱揩擦，以免棉纱纤维钩缠在刀齿上。当刀齿上粘附着的切屑用铜丝刷很难去除时，可用油石轻轻打磨掉，但要注意保持刀齿原先的几何形状和锋口；•6）拉削过程中，要经常注意拉床上的压力表指针的变化情况，若发现指针直线上升时应停车检查，防止损坏拉刀；•7）由于拉床拉力不够或工件偏斜等原因，造成拉床发生沉重负荷的响声，甚至溜板停止移动，应立即停车检查；•8）拉刀用毕，应垂直悬挂，严防拉刀刀齿与金属物相碰（包括与其他拉刀相碰）。3、拉削速度的选取•拉削速度一般在1~18m/min。当拉刀齿升量大时拉削速度应取小一些，拉削较硬材料(280~320HB)或较软材料硬度170HB时，拉削速度应相应降低。拉削硬度大于320HB时，拉削速度更应该降低。拉削粗糙度低于Ra1.6时，拉削速度应控制在2m/min以下。4、拉削加工中常见缺陷产生的原因及消除方法•由于拉刀设计不完善，或制造质量不高，或操作不正确，以及工件材料工艺准备不当等，都可能使拉削过程产生各种缺陷，通常可归纳为以下几个方面。•1）拉孔粗糙度较高•2）被拉削工件尺寸不合格•3）拉刀的耐用度低•4）拉刀产生崩刃和断裂1）拉孔粗糙度较高a）拉孔表面粗糙•拉孔表面粗糙常发生在塑性和韧性较大的钢件拉削中，产生的原因是拉刀齿升量过大冷却润滑液不能进入拉削表面或冷却润滑液选择不当；•精切齿和校准齿刃带过宽，造成摩擦过大或产生粘附；•前角过小，切削变形较差；•长期使用时，切削刃磨损，刃带变宽，摩擦过大粘附