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2020年5月13日机械制造装备设计第五章专用刀具设计本章讲授内容第一节孔加工复合刀具设计第二节拉刀设计第五章专用刀具设计孔加工复合刀具指由两把单个孔加工刀具结合在一个刀体上形成的专用刀具。一、孔加工复合刀具的分类1．按工艺类型分类同类工艺复合刀具不同类工艺复合刀具第一节孔加工复合刀具3．按组成单个刀具的数目分类2．按结构形式分类整体式复合刀具两阶复合刀具装配式复合刀具三阶复合刀具第一节孔加工复合刀具二、孔加工复合刀具的应用与优点孔加工复合刀具广泛应用于组合机床及自动线上。1.生产效率高能使机动时间重合，能减少（换刀等）辅助时间。2.加工精度高能保证工件加工表面之间较高的位置精度，能减少工件和夹具的安装、定位误差。3.加工成本低使工序集中，减少机床或工位数量。4.加工范围广第一节孔加工复合刀具三、孔加工复合刀具设计要点孔复合刀具各个刀具的刀刃形状、几何参数、刀齿数、切削锥部的长度及配合直径等参数可参照标准刀具来确定。根据复合刀具的结构和应用，应考虑的设计要点：合理选择刀具材料、正确选择结构形式、保证可靠的容屑和排屑、保证良好的导向、正确确定刀具工作长度。第一节孔加工复合刀具（4）兼顾工艺和成本，刀具的切削部分和刀杆部分应分别采用不同的材料。（3）结构复杂的多阶复合刀具，为获得较高的刀具使用寿命，应选用耐磨性较好的刀具材料。1．合理选择刀具材料（1）同时加工多层壁孔的复合刀具，需承受较大扭矩，应选用强度较高的刀具材料。（2）若各单个刀具的直径和切削时间相差很大，为使耐用度接近，应选用不同的刀具材料。直径大、切削时间长的单个刀具选用高温硬度、耐磨性较好的材料。第一节孔加工复合刀具在加工孔径允许下，尽量采用装配式结构。便于刃磨，避免刀齿之间、刀齿与刀杆之间的相互干扰。（4）保证刃磨方便2．正确选择结构形式（1）保证刀具足够强度和刚度复合刀具所承受的转矩和轴向力都较大。对于强度和刚度较差的刀具（如加工细长孔刀具），应采用整体式结构。（2）保证工件加工精度复合刀具的位置精度要求较高。如果其中有一个是精加工刀具，应考虑采用整体式结构，以保证加工质量。（3）保证合理耐用度为使刀具寿命接近，尽量采用镶焊或装配结构，以便于按各单个刀具的工作条件，采用不同的刀具材料。第一节孔加工复合刀具3．可靠的容屑和排屑复合刀具同时参加切削的刀齿较多，设计时必须考虑刀具的容屑和排屑。（1）加大容屑空间在刀齿强度允许且不影响加工精度的前提下，适当减小刀齿数或加大容屑槽深度。（2）排屑通畅①前、后刀具的排屑槽圆滑连通，以便控制流向，使切屑互不干涉，顺利排出。②增大刀具排屑槽的螺旋角，宽度较大切削刃开分屑槽。第一节孔加工复合刀具4.保证良好的导向复合刀具的轴向尺寸较长，刚度较差，需要良好的导向，才能保证切削时的正确位置，提高切削过程的稳定性。（1）固定式导向装置固定式导向装置有两种使用方式：①刀具本身在导向套内工作；②以刀杆作为导向部分。第一节孔加工复合刀具如图示，镗孔的旋转式导向装置。因导向装置中有轴承，故适用于较高切削速度。内滚式回转镗套（2）旋转式导向装置导向装置的旋转部分可设计在镗杆上（内滚式），也可设计在夹具镗模支架上（外滚式）。第一节孔加工复合刀具前一把刀具切入工件一定深度后，后一把刀具才开始切入。即，以减少刀具的振动，保证加工精度。'11ll确定刀具长度还要考虑5.正确确定刀具工作长度确定复合刀具的长度应考虑：刀具的工作行程、刀具备磨量、导向装置尺寸等因素。（1）同类工艺复合刀具加工零件多层壁上的同轴孔时，刀具工作行程由其中较大的壁厚确定。工作行程L=l1+l2+l3第一节孔加工复合刀具（2）不同类工艺复合刀具顺序加工同一个孔时，应避免粗加工、半精加工或精加工刀具同时切入。（3）当组合机床主轴箱上还有其它类刀具同时工作时，应统一考虑工作行程，最后确定刀具长度。如图示，设计一个钻—扩复合刀具时，确定刀具长度要考虑钻头完全切出后，扩孔钻头再开始切削。第一节孔加工复合刀具（1）进给量按复合刀具中最小直径单个刀具选择，同时应考虑直径最小（或背吃刀量最大）刀具的强度。6.切削用量的选择（2）切削速度按复合刀具中最大直径的单个刀具选择。例如：同类工艺的多级阶梯复合刀具①进给量应选择其小直径允许上限。②切削速度应选择其大直径允许上限。（3）为适应组合机床的特点，合理组合刀具的转速与进给量。第一节孔加工复合刀具如：钻-铰复合刀具①切削速度按铰刀直径来选择，且比一般单个铰刀的速度稍高，以适当照顾钻削的要求。②进给量按钻头直径来选择。为什么？第一节孔加工复合刀具（5）整体小直径复合刀具的强度一般较低，切削速度应选得稍低一些。（4）要考虑各单个刀具的特点来选择切削用量。对于不同工艺的孔加工复合刀具：一、拉刀的用途及拉削特点拉削时，可以是工件固定不动，拉刀作直线主运动。也有采取将工件装在连续运动的链式传送带的随行夹具上作直线主运动。第二节拉刀设计拉刀是一种多齿刀具，从头部向尾部方向的刀齿齿升量是逐渐增加的。通过拉刀与工件之间的相对直线运动，一层层地从工件上切下多余金属。工件拉刀拉刀工件夹具1.拉刀的用途拉削加工方法应用广泛，如下图所示。第二节拉刀设计2.拉削特点（2）拉削后工件精度与表面质量高拉削速度较低，每个刀齿的切削厚度小，拉削平稳。（1）生产率高拉刀同时切削的刀齿多，一次行程完成可粗-半精-精加工。（3）拉刀耐用度高拉削速度低，切削温度低，每个刀齿实际切削的时间短。第二节拉刀设计（4）拉削加工应用范围广可加工各种形状的通孔及没有障碍的外表面。（5）拉削运动简单拉削只有直线主运动，进给运动靠相邻刀齿的齿升量完成。二、拉刀的种类和应用范围内拉刀有圆孔拉刀、花键拉刀、方孔拉刀和键槽拉刀。1.按加工工件表面的不同分为：内拉刀和外拉刀（1）圆孔拉刀其刀齿做成和被加工的孔形相同。第二节拉刀设计注意：一般键槽拉刀的刀体制成与键槽等宽，如果键槽宽度很小拉刀强度不够，可加宽刀体。（2）键槽拉刀用于加工圆孔中的键槽。键槽拉刀做成扁平体结构，工作时由导向套的矩形槽定位，以保证键槽和孔的相对位置。第二节拉刀设计外拉刀有平面拉刀、成形拉刀及齿轮拉刀等。平面拉刀成形拉刀齿轮拉刀第二节拉刀设计2.按拉刀结构型式分为：整体式和组合式组合式主要用于大尺寸和硬质合金拉刀。利于节省贵重刀具材料、更换刀齿及延长拉刀的使用寿命。第二节拉刀设计整体式主要用于中、小型尺寸的高速钢拉刀。如：发动机生产线上拉削“柴油机”缸体外表面所用的硬质合金组合式拉刀。推刀是从后面推动完成切削的刀具。为避免推刀在工作中受压弯曲，一般推刀较短，其长径比L/d≤12~15。推刀只用于加工余量较小的内表面和修整热处理后（硬度小于HRC45）的变形量。3.按拉刀的工作状态分为：推刀和拉刀第二节拉刀设计F0三、拉刀的结构1.拉刀的组成头部——拉刀的夹持部分，传递动力。颈部——头部与过渡锥的连接部分。便于夹头夹住拉刀头部。第二节拉刀设计前导部——引导工件，防止拉刀进入工件孔后发生歪斜。过渡锥——易于拉刀前导部进入工件孔，并对准中心。后导部——用于保证拉刀工作结束之前，离开工件时拉刀的正确位置，防止工件下垂而损伤已加工表面及拉刀刀齿。第二节拉刀设计校准齿——刀齿直径相同，大小等于工件拉削后孔的直径。只切除工件弹性恢复量，起校准、修光和备用齿作用。切削齿——担负切削工作。2.拉刀切削部分几何参数0——前角0——后角r——主偏角'r——副偏角第二节拉刀设计ba——刃带宽度，用于控制刀齿直径，增加刀齿前刀面的重磨次数，提高拉刀使用寿命及拉削过程的稳定性。3.拉刀切削部分主要结构参数fz——齿升量，即切削部的前、后刀齿高度差。p——齿距，即两相邻刀齿之间的轴向距离。第二节拉刀设计h——容屑槽深度，从顶刃到容屑槽底之间的距离。四、拉削方式和拉削图形拉削方式——指拉刀从工件上切除余量的顺序。拉削方式关联刀齿负荷的分配、拉刀长度、拉削力的大小、拉刀的磨损与耐用度、工件加工表面质量、生产率和制造成本。拉削方式分为：分层式、分块式、综合式。第二节拉刀设计拉削图形——用于表示拉削方式的图形。1.分层式拉削方式——成形式和渐成式（1）成形式拉削拉刀每个刀齿的轮廓与零件最终加工表面形状相似，尺寸不同，切削齿的高度逐渐向后递增。拉削时工件上的余量被一层一层地切去，由最后一个刀齿切出所要求的尺寸。再经校准齿修光校准，达到零件预定的尺寸精度及表面粗糙度。第二节拉刀设计◆刀齿的轮廓形状需要和最终工件的孔形相似，除圆孔拉刀其它孔形拉刀制造困难。◆能获得较高的工件加工表面精度；加工平面和圆孔的拉刀齿形简单，制造容易。◆分屑槽使切屑表面形成一条加强筋，卷屑困难，需加大容屑空间。则每个刀齿切除的切屑很薄，需较多的刀齿来切完余量。故成形式拉刀较长，耗费刀材，拉削生产率较低。第二节拉刀设计①成形式拉削的优点和缺点◆分屑槽与切削刃交界处呈尖角，其散热条件差，刀齿磨损较快。（2）渐成式拉削拉刀刀齿的廓形与工件最终表面形状完全不同，工件表面的形状和尺寸由各刀齿的副切削刃形成。优点拉刀的刀齿只需制成简单的直线形或圆弧形。对于复杂工件表面的加工，渐成式拉刀的制造比成形式简单。缺点在工件已加工表面上可能出现副切削刃的交接痕迹，使工件的加工表面质量稍差。第二节拉刀设计如图所示2.分块式拉削方式分块式拉削工件上的每一层金属由一组尺寸基本相同的刀齿切去，每个刀齿仅切去一层金属的一部分。第二节拉刀设计如图，三个刀齿为一组的圆孔拉刀刀齿构造及拉削图形。余下的残留金属6由同一组的刀齿3切除，该刀齿不需要圆弧分屑槽。为避免形成整圈金属，其直径应比同组1、2刀齿的直径小0.02~0.05mm。因此，分块式拉削也称为轮切式拉削。图中：第1、2齿的直径相同，但切削刃位置相互错开，分别切除工件上同一层金属的4、5部分。第二节拉刀设计工件切削层刀齿分块式拉削方式的优点和缺点优点：切削刃的圆弧长度（即切削宽度）较短，允许的切削厚度较大，故拉刀长度缩短。缺点：因拉削厚度大，故拉削后的工件表面质量稍差。第二节拉刀设计3.组合式拉削方式组合式拉削将拉刀的粗切齿采用分块式（轮切式）结构，精切齿采用成形式结构。如图：A部分为粗切齿；B部分为过渡齿；C部分为精切齿；D部分为校准齿。第二节拉刀设计综合式拉削的特点：缩短了拉刀的长度，可保持较高的生产率，获得较好的工件加工精度和表面质量。刀齿1切除第一层金属的一半左右，刀齿2比刀齿1高出一个齿升量，既要切除本层金属的一半左右，还要切除刀齿1留下的一半左右金属层，刀齿3与刀齿2一样交错切削，直至粗切余量切完。（2）精切齿采取成形式结构如图拉刀的4、5、6为精切齿，分别切除7、8、9金属层。（1）粗切齿为不分组的分块式结构第二节拉刀设计3.拉刀的类型、应用、结构特点5.拉削方式、特点及应用4.拉刀切削部分的几何角度、结构参数6.圆孔拉刀的设计步骤1.孔复合刀具的类型、应用及特点2.孔复合刀具的设计要点第五章专用刀具设计—主要知识点第五章专用刀具设计结束