第八章其他加工刀具 【内容提要】 本章主要介绍拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的类型、结构和作用以及工作原理。 【目的要求】 1.明确拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的类型 2.掌握拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的结构特点、切削参数及应用场合:会根 据具体加工工艺情况选择拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的类型。 3.了解自动线与数控机床刀具。 【本章内容】 第一次课 §8-1拉刀 拉刀是一种多齿、精加工刀具。拉刀工作时沿轴线作直线运动,以其后一刀齿高于前 刀齿来完成拉削任务。拉削加工在成批大量生产中得到广泛的应用。 、拉削特点 (1)生产率高拉刀同时工作齿数多,切削刃长,一次行程即可完成工件的粗加工、精 加工和光整加工,因此具有很高的生产率, (2)拉削速度低,质量稳定一般拉削速度νc=2~8m/min,拉削平稳,切削厚度小 因此拉削精度可达IT7~IT8,表面粗糙度值可达Ra5~0.8μm。另外,拉削时各刀齿不是 连续而是间隙工作的,刀齿磨损慢,刀具耐用度高,寿命长。这样由同一把拉刀加工出的工 件,其质量稳定,具有很好的互换性 (3)拉床结构简单、操作方便因为拉削一般只有一个主运动。 4)拉刀加工范围广泛可拉削各种形状的通孔和外表面。但拉刀的设计、制造复杂, 价格昂贵,不适应单件小批生产 (5)拉刀是专用刀具一种形状与尺寸的拉刀,只能加工相应形状与尺寸的工件,不具 有通用性。因此也把拉刀称为定尺寸刀具 二、拉刀分类 拉刀种类很多,结构各异,目前有多种分类法: (1)按加工内、外表面可分为内拉刀与外拉刀 (2)按加工对象可分为圆孔拉刀、花键孔拉刀和特形孔拉刀等 (3)按受力方式可分为拉刀、推刀和旋转拉刀等 三、拉刀结构 尽管不同的拉刀结构各有特点,但它们的组成部分还是相同的。下面以圆孔拉刀为例, 来说明拉刀各组成部分及其作用 (1)柄部由拉床的夹头夹住,传递拉力
第八章 其他加工刀具 【内容提要】 本章主要介绍拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的类型、结构和作用以及工作原理。 【目的要求】 1．明确拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的类型； 2．掌握拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的结构特点、切削参数及应用场合；会根 据具体加工工艺情况选择拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的类型。 3．了解自动线与数控机床刀具。 【本章内容】 第一次课 §8-1 拉 刀 拉刀是一种多齿、精加工刀具。拉刀工作时沿轴线作直线运动，以其后一刀齿高于前一 刀齿来完成拉削任务。拉削加工在成批大量生产中得到广泛的应用。 一、拉削特点 (1)生产率高 拉刀同时工作齿数多，切削刃长，一次行程即可完成工件的粗加工、精 加工和光整加工，因此具有很高的生产率。 (2)拉削速度低，质量稳定 一般拉削速度νc=2～8m／min，拉削平稳，切削厚度小， 因此拉削精度可达 IT7～IT8，表面粗糙度值可达 Ra5～0．8μm。另外，拉削时各刀齿不是 连续而是间隙工作的，刀齿磨损慢，刀具耐用度高，寿命长。这样由同一把拉刀加工出的工 件，其质量稳定，具有很好的互换性。 (3)拉床结构简单、操作方便 因为拉削一般只有一个主运动。 (4)拉刀加工范围广泛 可拉削各种形状的通孔和外表面。但拉刀的设计、制造复杂， 价格昂贵，不适应单件小批生产。 (5)拉刀是专用刀具 一种形状与尺寸的拉刀，只能加工相应形状与尺寸的工件，不具 有通用性。因此也把拉刀称为定尺寸刀具。 二、拉刀分类 拉刀种类很多，结构各异，目前有多种分类法： (1)按加工内、外表面可分为内拉刀与外拉刀； (2)按加工对象可分为圆孔拉刀、花键孔拉刀和特形孔拉刀等； (3)按受力方式可分为拉刀、推刀和旋转拉刀等。 三、拉刀结构 尽管不同的拉刀结构各有特点，但它们的组成部分还是相同的。下面以圆孔拉刀为例， 来说明拉刀各组成部分及其作用。 (1)柄部 由拉床的夹头夹住，传递拉力。．
(2)颈部连接柄部与其后各部分,便于柄部穿过拉床的挡壁。也是打标记的地方 (3)过渡锥引导拉刀逐渐进入工件孔中,并起对准中心的作用 (4)前导部导向、防止拉刀偏斜 (5)切削部分担负全部加工余量的切除工件,由粗切齿、过渡齿和精切齿组成,其刀 齿直径尺寸自前往后逐渐增大 (6)校准部起修光和校准作用,亦可做精切齿的后备齿 (⑦)后导部保持拉刀最后的正确位置,防止拉刀刀齿在切离工件后,因自重下垂而损 坏已加工表面或刀齿。 (8)支托部对长而重的拉刀起支撑托起作用。 四、拉削要素 以圆孔拉刀为例 (1)拉削速度vc拉刀的直线运动速度即为拉削速度vc。拉削时,切削刃上各点乃至 各刀齿的拉削速度是相等的,这一点是不同于车削与钻削的 (2)进给量或齿升量fz指相邻两刀齿(或齿组)半径方向的高度差。齿升量大,则刀齿 的切削厚度大。 (3)切削厚度hD在基面Pr内垂直于加工表面度量的切削层尺寸。对于轮切式拉刀 hD=fz;对于综合轮切式拉刀,hD=2fz (4)切削宽度bD在基面Pr内沿加工表面所度量的切削层尺寸。同廓式圆孔拉刀bD= πdo,式中的do为拉刀刀齿的直径 (5)切削面积AD拉刀每一刀齿的切削面积为AD=bDhD。若拉削时同时工作齿数为ze, 则切削总面积为 AD2=ADz e= I dofzze (mm2) 式中ze—一拉刀同时工作齿数;L。—工件的拉削长度;P—一拉刀切削齿的齿 距。 五、拉削方式 拉削方式又称拉削图形。它是指拉削时工件表面的成形方式和加工余量的切除方式。采 用何种拉削方式,既影响着刀齿的负荷分配、拉削力、工件表面质量,又影响到拉刀耐用度、 拉刀总长等。因此,拉削方式是拉刀设计中应首先确定的一个重要环节。 )表面成形方式 表面成形方式有两种:同廓式和渐成式 1.同廓式 同廓式拉削,其特点是拉刀刀齿的形状与工件的廓形相似,最后一个刀齿决定已加工
(2)颈部 连接柄部与其后各部分，便于柄部穿过拉床的挡壁。也是打标记的地方。 (3)过渡锥 引导拉刀逐渐进入工件孔中，并起对准中心的作用。 (4)前导部 导向、防止拉刀偏斜。 (5)切削部 分担负全部加工余量的切除工件，由粗切齿、过渡齿和精切齿组成，其刀 齿直径尺寸自前往后逐渐增大。 (6)校准部 起修光和校准作用，亦可做精切齿的后备齿。 (7)后导部 保持拉刀最后的正确位置，防止拉刀刀齿在切离工件后，因自重下垂而损 坏已加工表面或刀齿。 (8)支托部 对长而重的拉刀起支撑托起作用。 四、拉削要素 以圆孔拉刀为例。 (1)拉削速度νc 拉刀的直线运动速度即为拉削速度νc。拉削时，切削刃上各点乃至 各刀齿的拉削速度是相等的，这一点是不同于车削与钻削的。 (2)进给量或齿升量 fz 指相邻两刀齿(或齿组)半径方向的高度差。齿升量大，则刀齿 的切削厚度大。 (3)切削厚度 hD 在基面 Pr 内垂直于加工表面度量的切削层尺寸。对于轮切式拉刀， hD=fz；对于综合轮切式拉刀，hD=2fz。 (4)切削宽度 bD 在基面 Pr 内沿加工表面所度量的切削层尺寸。同廓式圆孔拉刀 bD= πdo，式中的 do 为拉刀刀齿的直径。 (5)切削面积 AD 拉刀每一刀齿的切削面积为 AD=bDhD。若拉削时同时工作齿数为 zе， 则切削总面积为： AD∑=ADzе=πdofzze(mm2) ； 式中 zе——拉刀同时工作齿数； L。——工件的拉削长度； P——拉刀切削齿的齿 距。 五、拉削方式 拉削方式又称拉削图形。它是指拉削时工件表面的成形方式和加工余量的切除方式。采 用何种拉削方式，既影响着刀齿的负荷分配、拉削力、工件表面质量，又影响到拉刀耐用度、 拉刀总长等。因此，拉削方式是拉刀设计中应首先确定的一个重要环节。 (一)表面成形方式 表面成形方式有两种：同廓式和渐成式。 1．同廓式 同廓式拉削，其特点是拉刀刀齿的形状与工件的廓形相似，最后一个刀齿决定已加工
表面的形状与尺寸。这种拉削方式,优点是bD大hD小、拉削后表面质量高,缺点是拉刀齿 数多、拉刀较长。另外,它不适于拉削有硬皮铸、锻件,否则刀齿易损。 2.渐成式 渐成式拉削,其特点是拉刀刀齿的形状与工件的廓形不相似,工件的表面不是由最后 个刀齿形成,而是由各切削刃包络而成。其优点是拉刀制造简单,缺点是拉削表面质量不及 同廓式拉削 (二)加工余量的切除方式 拉削时,加工余量的切除方式有两种:分层拉削与分块拉削。 1.分层拉削 是把加工余量分为若干层,每一刀齿切除其中的一层。 2.分块拉削 是把加工余量分为若干层,每一层或两层被几个刀齿分段切除。分块拉削又可分为轮切 式拉削和综合轮切式拉削 (1)轮切式拉刀的切削部分由若干齿组组成,每一齿组中有2~5个刀齿,并切去较厚 的一层金属,而每一刀齿只切去该层金属中的若干段。同一齿组内各刀齿无齿升量,但齿组 间齿升量较大。在同一齿组内,前后两个刀齿开有交错分布的分屑槽,使切削刃交错分布, 第三个刀齿设计成圆环形,直径略小些。 轮切式拉刀拉削时,切削厚度b较大,切削宽度幻较小,故拉刀齿数少,长度短,切削 效率高。适用于加工尺寸大、余量大的内孔,还可用来拉削带有硬皮的铸、锻件 (2)综合轮切式综合轮切式拉削是综合了分层拉削与轮切式拉削的优点而形成的。整 个切削部分分为粗切齿组、过渡齿组和精切齿组三部分。粗切齿组与过渡齿组采用类似轮切 式的刀齿结构,即除第一个刀齿切除第一层加工余量的一半外,从第二个刀齿起每一刀齿均 切除二层加工余量的一半。但粗切齿齿升量较大,过渡齿齿升量逐渐减小,精切齿组采用分 层拉削同廓式的刀齿结构,各刀齿的齿升量较小。校准齿组也采用了同廓式的刀齿结构,但 各刀齿间无齿升量,即fz=0。 综合轮切式拉刀的优点是:齿升量分布合理,刀齿较少,拉刀长度短,生产效率高, 拉削平稳,加工表面质量高 第二次课 六、拉刀设计 拉刀设计主要有切削部分、校准部分和其它部分设计。下面以圆孔综合轮切式拉刀为例 来说明其设计过程
表面的形状与尺寸。这种拉削方式，优点是 bD 大 hD 小、拉削后表面质量高，缺点是拉刀齿 数多、拉刀较长。另外，它不适于拉削有硬皮铸、锻件，否则刀齿易损。 2．渐成式 渐成式拉削，其特点是拉刀刀齿的形状与工件的廓形不相似，工件的表面不是由最后一 个刀齿形成，而是由各切削刃包络而成。其优点是拉刀制造简单，缺点是拉削表面质量不及 同廓式拉削。 (二)加工余量的切除方式 拉削时，加工余量的切除方式有两种：分层拉削与分块拉削。 1．分层拉削 是把加工余量分为若干层，每一刀齿切除其中的一层。 2．分块拉削 是把加工余量分为若干层，每一层或两层被几个刀齿分段切除。分块拉削又可分为轮切 式拉削和综合轮切式拉削。 (1)轮切式 拉刀的切削部分由若干齿组组成，每一齿组中有 2～5 个刀齿，并切去较厚 的一层金属，而每一刀齿只切去该层金属中的若干段。同一齿组内各刀齿无齿升量，但齿组 间齿升量较大。在同一齿组内，前后两个刀齿开有交错分布的分屑槽，使切削刃交错分布， 第三个刀齿设计成圆环形，直径略小些。 轮切式拉刀拉削时，切削厚度 b 较大，切削宽度幻较小，故拉刀齿数少，长度短，切削 效率高。适用于加工尺寸大、余量大的内孔，还可用来拉削带有硬皮的铸、锻件。 (2)综合轮切式 综合轮切式拉削是综合了分层拉削与轮切式拉削的优点而形成的。整 个切削部分分为粗切齿组、过渡齿组和精切齿组三部分。粗切齿组与过渡齿组采用类似轮切 式的刀齿结构，即除第一个刀齿切除第一层加工余量的一半外，从第二个刀齿起每一刀齿均 切除二层加工余量的一半。但粗切齿齿升量较大，过渡齿齿升量逐渐减小，精切齿组采用分 层拉削同廓式的刀齿结构，各刀齿的齿升量较小。校准齿组也采用了同廓式的刀齿结构，但 各刀齿间无齿升量，即 fz=O。 综合轮切式拉刀的优点是：齿升量分布合理，刀齿较少，拉刀长度短，生产效率高， 拉削平稳，加工表面质量高。 第二次课 六、拉刀设计 拉刀设计主要有切削部分、校准部分和其它部分设计。下面以圆孔综合轮切式拉刀为例 来说明其设计过程
(一)切削部分的设计 1.齿升量fz 粗切齿的齿升量较大。因为加工余量的80%要由粗切齿去切除,但其齿升量也不易过大, 过大则拉削力大,一则影响拉刀的强度和拉床的负荷;二则很难获得表面粗糙度值小的拉削 表面。一般推荐齿升量fz=0.03~0.06mm,且各齿齿升量相等。 精切齿的齿升量fz较小。考虑到加工精度与表面质量,其齿升量fz一般取0.01~ 0.03mm,且各齿齿升量相等 过渡齿齿升量介于粗切齿与精切齿的齿升量之间,且大小不等、逐渐减小。这样安排过 渡齿的齿升量,其目的是使拉削力从粗切齿组到精切齿组起到一个平稳的过渡,保持拉削过 程的平稳性 2.几何参数 (1)前角γ0一般根据工件材料选取。拉削钢料时,为减小切削变形,降低拉削力,提 高拉削表面质量,一般y0-5。~20。(材料韧性大,yo取得大些);拉削铸铁时,为加强切 削刃强度,γ0应选得小些,约为5°~10° (2)后角ao拉刀属于定尺寸刀具,为使刀齿沿前面重磨后直径变化较小,以延长拉刀 的使用寿命,其后角ao应选得小些,一般ao=1°~3° 3)刃带ba1为了使拉刀制造时便于测量,拉削时起支撑作用和重磨后又能保持疵不 变,各刀齿后面上留有宽度为bal、后角为零的刃带。但一般bal不宜太宽,以免增大摩擦, 使拉削表面质量降低,通常ba1=0.1~0.4nm,粗切齿取得小些,精切齿取得大些 3.齿距P 齿距指相邻两刀齿间的轴向距离。在设计齿距P时,要着重考虑两个方面的问题,即容 屑空间与拉削平稳性。若齿距P小,则同时工作齿数多,拉削平稳性好,拉削表面质量高 但齿距P过小,容易造成容屑空间不够,切屑挤塞于容屑槽内而折断拉刀。一般齿距P的设 计原则是:在保证有足够容屑空间的前提下,同时工作齿数ze尽可能多些。一般ze≥3 通常推荐: 粗切齿P=(1.25~1.5)√L 过渡齿Pn=P 精切齿Pm=P1(当P1≤10mm时) Pm=(0.6~0.8)P1(当Pr>10mm时) 式中PI,PⅡ,PⅢ—一分别为粗切齿、过渡齿和精切齿齿距,mm; Lo一拉削长度,m 4.容屑槽 拉削属于封闭式切削,切屑被封闭于容屑槽中,所以对容屑槽的要求是:有足够的空间 并能使切屑自由卷曲,以免堵塞和损坏刀齿:能使刀齿有足够的强度和较多的重磨次数 ①直线齿背型齿背为直线,槽底有一圆弧r,形状简单,制造容易,常用于拉削脆性
(一)切削部分的设计 1．齿升量 fz 粗切齿的齿升量较大。因为加工余量的 80%要由粗切齿去切除，但其齿升量也不易过大， 过大则拉削力大，一则影响拉刀的强度和拉床的负荷；二则很难获得表面粗糙度值小的拉削 表面。一般推荐齿升量 fz=O．03～0．06mm，且各齿齿升量相等。 精切齿的齿升量 fz 较小。考虑到加工精度与表面质量，其齿升量 fz 一般取 0．01～ O．03mm，且各齿齿升量相等。 过渡齿齿升量介于粗切齿与精切齿的齿升量之间，且大小不等、逐渐减小。这样安排过 渡齿的齿升量，其目的是使拉削力从粗切齿组到精切齿组起到一个平稳的过渡，保持拉削过 程的平稳性。 2．几何参数 (1)前角γ0 一般根据工件材料选取。拉削钢料时，为减小切削变形，降低拉削力，提 高拉削表面质量，一般 y0—5。～20。(材料韧性大，y0 取得大些)；拉削铸铁时，为加强切 削刃强度，γ0 应选得小些，约为 5°～10°。 (2)后角 ao 拉刀属于定尺寸刀具，为使刀齿沿前面重磨后直径变化较小，以延长拉刀 的使用寿命，其后角 ao 应选得小些，一般 ao=1°～3°。 (3)刃带 ba1 为了使拉刀制造时便于测量，拉削时起支撑作用和重磨后又能保持疵不 变，各刀齿后面上留有宽度为 ba1、后角为零的刃带。但一般 ba1 不宜太宽，以免增大摩擦， 使拉削表面质量降低，通常 ba1=0．1～O．4nm，粗切齿取得小些，精切齿取得大些。 3．齿距 P 齿距指相邻两刀齿间的轴向距离。在设计齿距 P 时，要着重考虑两个方面的问题，即容 屑空间与拉削平稳性。若齿距 P 小，则同时工作齿数多，拉削平稳性好，拉削表面质量高。 但齿距 P 过小，容易造成容屑空间不够，切屑挤塞于容屑槽内而折断拉刀。一般齿距 P 的设 计原则是：在保证有足够容屑空间的前提下，同时工作齿数 zе尽可能多些。一般 zе≥3。 通常推荐： 式中 PI，PⅡ，PⅢ——分别为粗切齿、过渡齿和精切齿齿距，mm； Lo——拉削长度，mm。 4．容屑槽 拉削属于封闭式切削，切屑被封闭于容屑槽中，所以对容屑槽的要求是：有足够的空间 并能使切屑自由卷曲，以免堵塞和损坏刀齿；能使刀齿有足够的强度和较多的重磨次数。 ①直线齿背型 齿背为直线，槽底有一圆弧 r，形状简单，制造容易，常用于拉削脆性
材料及一般钢材 ②曲线齿背型齿背为曲线,槽底为圆弧,这种槽型有利于切屑卷成螺旋形,适应于拉 削塑性较大的金属。 ⑧加长齿距型槽底为一直线,用两圆弧r分别与前面、齿背相连接。这种槽型有足够 的容屑空间,适应拉削长度L。较大的工件,综合轮切式拉刀常用这种槽型。 容屑槽深度ˆ确定容屑槽时,必须注意容屑条件。因为切屑卷曲不可能绝对紧密,所以 应使容屑槽的有效容积大于切屑体积。 般容屑槽的有效容积与切屑体积的比为2~4,这个比值用K来表示,于是有: rh2 haDL。K 整理得: h=1.13√KhDL 式中h—一容屑槽深度,mm K——容屑系数,一般加工钢料K=2.5~3.5,加工铸铁K一2~2.5; hD—一切削厚度,综合轮切式拉削hD=2fz,m: Lo—一拉削长度,m 容屑槽按其深度不同,可分为浅槽、基本槽和深槽。根据齿距P和槽深h,可在有关资 料中査出容屑槽的各个参数。 5.分屑槽 拉刀在拉削塑性材料时,如果切削刃上没有分屑槽,则每个刀齿切下的金属层是一个圆 环,对拉削过程不利,并且它会套在容屑槽中,使切屑清除困难。所以对直径较大的拉刀而 言,在前、后相邻切削齿的切削刃上要做出交错分布的分屑槽,使切屑分成若干小段,切屑 卷曲顺利,清除方便。拉削脆性材料,因是崩碎形切屑,无须做出分屑槽。 分屑槽形式有圆弧形、V形和U形三种。分屑槽的深度h应大于齿升量fz,否则不能 分屑。其槽底后角一般设计为αo+2°,为了保证拉削质量,最后一个精切齿不开分屑槽 6.切削齿数z 切削齿由粗切齿zI、过渡齿zⅡ和精切齿zⅢ三部分组成。其齿数为 Z=ZI+ ZI+ ZIlI (1)粗切齿齿数z1 A-(AI+Am) 2f2 式中A—一总余量(见图8-10),mm
材料及一般钢材。 ②曲线齿背型 齿背为曲线，槽底为圆弧，这种槽型有利于切屑卷成螺旋形，适应于拉 削塑性较大的金属。 ③加长齿距型 槽底为一直线，用两圆弧 r 分别与前面、齿背相连接。这种槽型有足够 的容屑空间，适应拉削长度 L。较大的工件，综合轮切式拉刀常用这种槽型。 容屑槽深度^ 确定容屑槽时，必须注意容屑条件。因为切屑卷曲不可能绝对紧密，所以 应使容屑槽的有效容积大于切屑体积。 即 一般容屑槽的有效容积与切屑体积的比为 2～4，这个比值用 K 来表示，于是有： 整理得： 式中 h——容屑槽深度，mm； K——容屑系数，一般加工钢料 K=2．5～3．5，加工铸铁 K 一 2～2．5； hD——切削厚度，综合轮切式拉削 hD=2fz，mm； Lo——拉削长度，mm。 容屑槽按其深度不同，可分为浅槽、基本槽和深槽。根据齿距 P 和槽深 h，可在有关资 料中查出容屑槽的各个参数。 5．分屑槽 拉刀在拉削塑性材料时，如果切削刃上没有分屑槽，则每个刀齿切下的金属层是一个圆 环，对拉削过程不利，并且它会套在容屑槽中，使切屑清除困难。所以对直径较大的拉刀而 言，在前、后相邻切削齿的切削刃上要做出交错分布的分屑槽，使切屑分成若干小段，切屑 卷曲顺利，清除方便。拉削脆性材料，因是崩碎形切屑，无须做出分屑槽。 分屑槽形式有圆弧形、V 形和 U 形三种。分屑槽的深度 h1 应大于齿升量 fz，否则不能 分屑。其槽底后角一般设计为αo+2°，为了保证拉削质量，最后一个精切齿不开分屑槽。 6．切削齿数 z 切削齿由粗切齿 zI、过渡齿 zⅡ和精切齿 zⅢ三部分组成。其齿数为： Z= ZⅠ+ ZⅡ+ ZⅢ (1)粗切齿齿数 z1 式中 A——总余量(见图 8—10)，mm；
AⅡ一一过渡齿拉削余量,mm AⅢ—一精切齿拉削余量,mm I,应按四舍五入的原则取为整数 (2)过渡齿齿数zⅡlzⅡ一般取3~5个 (3)精切齿齿数zⅢzⅢ一般取3~7个。 7.直径 第一个刀齿直径:当预制孔精度较低时,为避免因拉削余量不均匀,使拉刀承受过大的 负荷,第一个刀齿直径可取 wmin 或者 d=dm+(3-l) 当预制孔的精度在IT10以上,第一个刀齿直径可取 式中do拉刀第一个切削齿的直径,mm; dwm-预制孔的最小直径,mm; fx齿升量,mm。 第二个刀齿的直径: d。2=do+2f2 第三个刀齿的直径: do3=do2+. 最后一个精切齿直径: dn=dow(最后一个精切齿直径等于校准齿直径) (二)校准部分设计 校准部分的校准齿不设齿升量,只对拉削表面起修光和校准作用。 1.几何参数 (1)前角Y0Ⅳ因校准齿不参加切削,前角可取0°~5°:或为制造方便,取γ0ⅣV (2)后角aoⅣ为了使拉刀重磨后直径变化小,延长拉刀使用寿命,aoⅣ10mm时,PⅣ一(0.6~0.8)PI 当粗切齿的齿距PI≤10mm时,PⅣ一PI
AⅡ——过渡齿拉削余量，mm； AⅢ——精切齿拉削余量，mm。 zI，应按四舍五入的原则取为整数。 (2)过渡齿齿数 zⅡ zⅡ一般取 3～5 个。 (3)精切齿齿数 zⅢ zⅢ一般取 3～7 个。 7．直径 第一个刀齿直径：当预制孔精度较低时，为避免因拉削余量不均匀，使拉刀承受过大的 负荷，第一个刀齿直径可取 (二)校准部分设计 校准部分的校准齿不设齿升量，只对拉削表面起修光和校准作用。 1．几何参数 (1)前角γ0Ⅳ 因校准齿不参加切削，前角可取 0°～5°；或为制造方便，取γ0Ⅳ= γ0。 (2)后角 a0Ⅳ 为了使拉刀重磨后直径变化小，延长拉刀使用寿命，aoⅣlOmm 时，PⅣ一(O．6～0．8)PI； 当粗切齿的齿距 PI≤lOmm 时，PⅣ一 PI
校准齿的槽型一般做成与切削齿相同 3.齿数与直径 当被拉削孔的精度要求较高时,校准齿的齿数zⅣ应多些,常取zIv=3~7。 重磨拉刀时,只需重磨切削齿。当最后一个精切齿因重磨后直径减小,第一个校准齿就 成为新的最后一个精切齿。以后重磨直径再减小,依此类推。 为了增加拉刀的重磨次数和延拉刀的使用寿命,校准齿的直径应等于被拉削孔的最大直 径 mmax。但考虑到拉削后孔径可能产生扩张或收缩,校准齿的直径: doⅣV= mmax± 式中δ——拉削后孔径的扩张量或收缩量,mmd 拉削后,若孔径产生扩张,取“一”号:若孔径产生收缩,取“+”号。 一般扩张量是通过试验来确定。其值与孔径公差有关,约取 6=(0.12~0.14)IT 式中IT—一拉削后孔径的公差。 收缩现象常发生在下列情形 (1)拉削韧性金属材料时,收缩量可取δ=0.01m (2)加工薄壁工件时,占可按下式计算 拉削3号钢或5号钢时,δ=0.3 mmax-1.4T(μm) 拉削40r或18 CrNimnwa时,8=0.6dmax-2.8T(um) 式中 mmax一拉削后孔的最大直径,mm。T一孔壁厚度,mm (三)其它部分与拉刀总长 1.柄部 通常采用快速装夹的形式。d1应比拉削前的孔径小0.5m,并选用标准值。 2.颈部与过渡锥 颈部长度L。按下式计算。 Lo≥m+B+A-L3(m) 式中m一拉床夹头与床壁的间隙,可取10~20nm;B—一拉床床壁厚度,mm; A—一拉床花盘等厚度,mm;L 过渡锥长度,通常取成10mm、15m、20mm 颈部直径d3可比d1小0.3~0.5ram:也可与柄部一次磨出,即d3=dl。 3.前导部 前导部直径d4应等于拉削前孔的最小直径 domin,偏差取e8,其长度L4是由过渡锥终 端到第一个切削齿的距离,应等于拉削孔的长度 4.后导部 后导部直径d5等于拉削孔的最小直径 domin,偏差取f7:后导部的长度L5=(0
校准齿的槽型一般做成与切削齿相同。 3．齿数与直径 当被拉削孔的精度要求较高时，校准齿的齿数 zⅣ应多些，常取 zIv=3～7。 重磨拉刀时，只需重磨切削齿。当最后一个精切齿因重磨后直径减小，第一个校准齿就 成为新的最后一个精切齿。以后重磨直径再减小，依此类推。 为了增加拉刀的重磨次数和延拉刀的使用寿命，校准齿的直径应等于被拉削孔的最大直 径 dmmax。但考虑到拉削后孔径可能产生扩张或收缩，校准齿的直径： doⅣ=dmmax±δ 式中δ——拉削后孔径的扩张量或收缩量，mm。 拉削后，若孔径产生扩张，取“一”号；若孔径产生收缩，取“+”号。 一般扩张量是通过试验来确定。其值与孔径公差有关，约取 δ=(O．12～0．14)IT 式中 IT——拉削后孔径的公差。 收缩现象常发生在下列情形。 (1)拉削韧性金属材料时，收缩量可取δ=O．01mm。 (2)加工薄壁工件时，占可按下式计算： 拉削 3 号钢或 5 号钢时，δ=O．3dmmax-1．4T(μm) 拉削 40Cr 或 18CrNiMnWA 时，δ=0．6dmmax--2．8T(μm) 式中 dmmax——拉削后孔的最大直径，mm。 T——孔壁厚度，mm。 (三)其它部分与拉刀总长 1．柄部 通常采用快速装夹的形式。d1 应比拉削前的孔径小 0．5mm，并选用标准值。 2．颈部与过渡锥 颈部长度 L。按下式计算。 Lo≥m+B+A-L3(mm) 式中 m——拉床夹头与床壁的间隙，可取 10～20nm； B——拉床床壁厚度，mm； ‘ A——拉床花盘等厚度，mm； L3——过渡锥长度，通常取成 lOmm、15mm、 20 mm。 颈部直径 d3 可比 d1 小 O．3～O．5ram；也可与柄部一次磨出，即 d3=d1。 3．前导部 前导部直径 d4 应等于拉削前孔的最小直径 dwmin，偏差取 e8，其长度 L4 是由过渡锥终 端到第一个切削齿的距离，应等于拉削孔的长度。 4．后导部 后导部直径 d5 等于拉削孔的最小直径 dmmin，偏差取 f7；后导部的长度 L5=(O．5～ 0．7)Lo
(Lo为拉削孔的长度),但不小于20mm 5.支托部 支托部的直径d6取(0.5~0.75)dm(dm为拉削后孔的基本尺寸),随拉床尾架尺寸而 定:支托部长度L6取(0.5~0.7)dm,但长度不小于20~25mm 6.拉刀总长度L 它是拉刀所有组成部分长度之和: L-L1+L2+L+L4+LI+LⅢ+LI+LⅣ+L5+L6 式中LI+LⅡ+LⅢ—一切削部分的长度;LⅣ一一校准部分的长度。 拉刀总长在1000mm以内时,偏差取±3mm。确定拉刀总长时应考虑下述两方面的因素: (1)不能超过拉床允许的最大行程; (2)热处理变形和刚性太差造成的加工困难等。 一般允许拉刀总长为L=(30~40)do,当do小及容屑槽深时,取小值 (四)拉刀强度和拉床拉力的校验 1.拉削力计算 拉刀在拉削中的轴向力与切削速度方向一致,这个轴向力即为主切削力Fc,工程上一 般称为拉削力。根据实验求得计算公式为: Fc=Fc’ bUzek 式中Fc’——作用在单位长度切削刃上的拉削力(对综合轮切式拉刀,应按2fz查 Fec’),它与被加工材料和齿升量有关,可由刀具设计指导资料中查得,N/mm:bD—一切削 宽度,m:ze——同时工作齿数:;K——与拉刀前角、切削液、刀齿磨损等因素有关的 修正系数,一般情况不作考虑 2.拉刀强度和拉床拉力的校验 拉刀在拉削时,除所产生的最大拉削力 Cmax:必须小于拉床的实际拉力外,还要满足 拉刀强度的限制,否则会损坏拉床或拉断拉刀。为此,必须要对拉刀强度和拉床拉力进行校 (1)拉刀强度校验拉削时产生的拉应力必须小于拉刀材料的许用应力[σ] 0 =Cmax/A min 式中0一一拉削时产生的拉应力,GPa;[o]一一拉刀材料的许用应力,GPa。高 速钢wl8Gr4V,[o]==0.343~0.392GPa;合金钢40Cr,[o]=0.245GPa;Amin-一拉 刀危险截面面积,mn2。危险截面产生的部位可能在柄部或颈部,也可能在第一个切削齿的 容屑槽底部; Cmax-一最大拉削力,N。 (2)拉床拉力校验拉床新旧不同,实际产生的拉力也不同。拉削时产生的最大拉削力 Cmax一定要小于拉床的允许拉力[Q],即 Cmax <[Q]
(Lo 为拉削孔的长度)，但不小于 20mm。 5．支托部 支托部的直径 d6 取(O．5～0．75)dm(dm 为拉削后孔的基本尺寸)，随拉床尾架尺寸而 定；支托部长度 L6 取(O．5～O．7)dm，但长度不小于 20～25mm。 6．拉刀总长度 L 它是拉刀所有组成部分长度之和： L—L l+ L 2 + L + L 4+ L I+ LⅡ+ LⅢ+ LⅣ+ L 5+ L 6 式中 L I+ LⅡ+ LⅢ——切削部分的长度； LⅣ——校准部分的长度。 拉刀总长在 1000mm 以内时，偏差取±3mm。确定拉刀总长时应考虑下述两方面的因素： (1)不能超过拉床允许的最大行程； (2)热处理变形和刚性太差造成的加工困难等。 一般允许拉刀总长为 L=(30～40)do，当 do 小及容屑槽深时，取小值。 (四)拉刀强度和拉床拉力的校验 1．拉削力计算 拉刀在拉削中的轴向力与切削速度方向一致，这个轴向力即为主切削力 Fc，工程上一 般称为拉削力。根据实验求得计算公式为： Fc=Fc'bDzeK 式中 Fc'——作用在单位长度切削刃上的拉削力(对综合轮切式拉刀，应按 2fz 查 Fc')，它与被加工材料和齿升量有关，可由刀具设计指导资料中查得，N／mm； bD——切削 宽度，mm； ze——同时工作齿数； K——与拉刀前角、切削液、刀齿磨损等因素有关的 修正系数，一般情况不作考虑。 2．拉刀强度和拉床拉力的校验 拉刀在拉削时，除所产生的最大拉削力 Fcmax；必须小于拉床的实际拉力外，还要满足 拉刀强度的限制，否则会损坏拉床或拉断拉刀。为此，必须要对拉刀强度和拉床拉力进行校 验。 (1)拉刀强度校验拉削时产生的拉应力必须小于拉刀材料的许用应力[σ]， 即 σ=Fcmax/Αmin 式中 σ——拉削时产生的拉应力，GPa； [σ]——拉刀材料的许用应力，GPa。高 速钢 w18Gr4V，[σ]===O．343～0．392GPa；合金钢 40Cr，[σ]=0．245GPa； Amin——拉 刀危险截面面积，mm2。危险截面产生的部位可能在柄部或颈部，也可能在第一个切削齿的 容屑槽底部； Fcmax——最大拉削力，N。 (2)拉床拉力校验拉床新旧不同，实际产生的拉力也不同。拉削时产生的最大拉削力 Fcmax 一定要小于拉床的允许拉力[Q]，即 Fcmax <[Q]
式中 Cmax-一最大拉削力,N:[Q]—一拉床的许用拉力,一般[Q]=(0.5~0.9)Qma Qmax一为每一种型号的拉床规定允许的最大拉力,N 经上述两方面校验后,只要超过许用值,就得减小最大拉削力 Cmax一般采取的措施有 减小齿升量玛z,或增大齿距P以减少同时工作齿数ze,但这样处理后还需重新验算ze和L, 看是否满足要求。 七、拉刀材料的选择 拉刀属结构复杂类刀具,凡整体式拉刀都选用高速钢刀具材料,如w18Cr4V或 W6M05Cr4V2,因为这两种材料的冷、热加工性均比较好。对于组合式拉刀,为提高拉削效率, 刀齿材料常选用硬质合金 八、拉刀的合理使用与刃磨 拉刀的合理使用与刃磨对于提高拉削表面质量和拉削效率,乃至延长拉刀使用寿命具有 重要的意义 1.拉削表面上常见的缺陷与消除方法 (1)环状波纹表面上出现的环状波纹或啃刀现象主要是拉削力变化较大,拉刀工作不 平稳,使刀齿在圆周方向切削不均匀所致。消除缺陷常采用的措施:从设计方面主要检查齿 升量安排是否合理,同时工作齿数是否太少,刃带宽度是否太小等:从使用方面看,主要应 使选用的拉削速度不要过高。此外,还应考虑拉刀的弯曲度和径向跳动是否超差。 (2)局部划伤局部划伤常因刀齿刃口碰伤,或精切齿上附着切屑,或容屑槽经多次刃 磨造成不光滑台阶形,以致划伤拉削表面。对这种缺陷,一般从使用方面进行检查,采取相 应措施便能得到解决 (3)鱼鳞状鱼鳞状缺陷主要是由于在拉削过程中,已加工表面上产生较大的塑性变形 所致。常采取的消除措施是:合理选择与正确刃磨拉刀的前角,对工件进行适当的热处理, 以改善其切削性。 (4)断屑沟痕拉削表面上有时出现的断屑沟痕,经常产生于最后一个切削齿的分屑 槽位置处,这是由于分屑槽处金属未被切除而被校准齿挤压所致。消除这种缺陷的措施是 适当减小最后一个切削齿的直径,一般使它减小0.005~0.01m即可。 5)挤亮点挤亮点是由于刀齿后面与拉削表面间产生较剧烈挤压摩擦所致。消除措 施是选择合适的后角和齿升量:采用性能良好的切削液:对硬度较高的工件材料通过适当的 热处理降低其硬度。 2.拉刀使用后的管理 为保证拉削精度与表面质量,拉刀用后必须妥善管理。对长而细的拉刀不能平放,应吊 挂起来,以免发生弯曲变形。此外,注意保护刀齿,不能让硬物磕碰,以免损坏刀齿。 3.拉刀的刃磨 拉刀磨损后,是在万能工具磨床或拉刀磨床上沿前面进行刃磨的。刃磨后必须保持拉刀
式中 Fcmax——最大拉削力，N；[Q]——拉床的许用拉力，一般[Q]=(O．5～O．9)Qmax； Qmax——为每一种型号的拉床规定允许的最大拉力，N。 经上述两方面校验后，只要超过许用值，就得减小最大拉削力 Fcmax 一般采取的措施有 减小齿升量 fz，或增大齿距 P 以减少同时工作齿数 ze，但这样处理后还需重新验算 ze 和 L， 看是否满足要求。 七、拉刀材料的选择 拉刀属结构复杂类刀具，凡整体式拉刀都选用高速钢刀具材料，如 w18Cr4V 或 W6M05Cr4V2，因为这两种材料的冷、热加工性均比较好。对于组合式拉刀，为提高拉削效率， 刀齿材料常选用硬质合金。 八、拉刀的合理使用与刃磨 拉刀的合理使用与刃磨对于提高拉削表面质量和拉削效率，乃至延长拉刀使用寿命具有 重要的意义。 1．拉削表面上常见的缺陷与消除方法 (1)环状波纹 表面上出现的环状波纹或啃刀现象主要是拉削力变化较大，拉刀工作不 平稳，使刀齿在圆周方向切削不均匀所致。消除缺陷常采用的措施：从设计方面主要检查齿 升量安排是否合理，同时工作齿数是否太少，刃带宽度是否太小等；从使用方面看，主要应 使选用的拉削速度不要过高。此外，还应考虑拉刀的弯曲度和径向跳动是否超差。 (2)局部划伤 局部划伤常因刀齿刃口碰伤，或精切齿上附着切屑，或容屑槽经多次刃 磨造成不光滑台阶形，以致划伤拉削表面。对这种缺陷，一般从使用方面进行检查，采取相 应措施便能得到解决。 (3)鱼鳞状 鱼鳞状缺陷主要是由于在拉削过程中，已加工表面上产生较大的塑性变形 所致。常采取的消除措施是：合理选择与正确刃磨拉刀的前角，对工件进行适当的热处理， 以改善其切削性。 (4)断屑沟痕 拉削表面上有时出现的断屑沟痕，经常产生于最后一个切削齿的分屑 槽位置处，这是由于分屑槽处金属未被切除而被校准齿挤压所致。消除这种缺陷的措施是： 适当减小最后一个切削齿的直径，一般使它减小 0．005～O．01mm 即可。 (5)挤亮点 挤亮点是由于刀齿后面与拉削表面间产生较剧烈挤压摩擦所致。消除措 施是选择合适的后角和齿升量；采用性能良好的切削液；对硬度较高的工件材料通过适当的 热处理降低其硬度。 2．拉刀使用后的管理 为保证拉削精度与表面质量，拉刀用后必须妥善管理。对长而细的拉刀不能平放，应吊 挂起来，以免发生弯曲变形。此外，注意保护刀齿，不能让硬物磕碰，以免损坏刀齿。 3．拉刀的刃磨 拉刀磨损后，是在万能工具磨床或拉刀磨床上沿前面进行刃磨的。刃磨后必须保持拉刀
设计前角γo不变和一定的表面粗糙度。碟形砂轮周边与拉刀前面上的D点接触,D点为前 面与槽底圆弧的交点。为了减小砂轮的接触面积,砂轮的锥面与前面的夹角为5°~15° 砂轮轴线与拉刀轴线间夹角β=35°~55°,两者轴线保持在同一垂直平面内,并使砂轮与 拉刀按各自轴线转动。因此,前面是由砂轮与拉刀相对运动时,形成许多弧形曲线连接而成 的。为了避免砂轮对拉刀槽底产生过切现象,故砂轮直径不能太大,通常按下式计算确定: R=rDsin(B-yo)/sino 式中R—一砂轮半径,m:rD一拉刀D点半径,m:β——砂轮轴线与拉刀轴线间 的夹角:y0-—拉刀切削刃前角。 第三次课 §8-2齿轮刀具 齿轮以渐开线圆柱齿轮应用最多。加工渐开线圆柱齿轮用的刀具有两种:成形齿轮刀具, 如盘形齿轮铣刀和指状齿轮铣刀:展成齿轮刀具,如齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀等 成形齿轮铣刀 (一)盘形齿轮铣刀 在卧式铣床上利用分度头进行分齿,盘形齿轮铣刀作旋转运动,工作台作进给运动,加 工直齿或斜齿圆柱齿轮。生产率和加工精度都比较低,适用于单件生产或修配工作中加工要 求不高的圆柱齿轮。 1.盘形齿轮铣刀的几何参数 盘形齿轮铣刀的刃形是按照被加工齿轮的槽形和尺寸而设计的。盘形齿轮铣刀是铲齿成 形铣刀,前角γf=0°,使刃形与齿槽形状相同,以便减小齿形加工误差。 为了有利于切削,齿顶后角af和齿侧后角an也是铲削而成。K为齿顶后角af的铲削 量 2.盘形齿轮铣刀的选用 用盘形齿轮铣刀加工齿轮时,齿轮的模数和压力角相同,但齿数不同,齿槽形状也不相 同。由渐开线形成原理可知,齿数越少,则基圆越小,渐开线就弯曲得越厉害。因此,在加 工不同齿数的齿轮时,应采用不同齿形的铣刀,这样就会使铣刀的数量特别多。生产中为了 减少盘形齿轮铣刀的数量,常用一把铣刀加工模数和压力角相同,但齿数规定了加工范围的 齿轮
设计前角γo 不变和一定的表面粗糙度。碟形砂轮周边与拉刀前面上的 D 点接触，D 点为前 面与槽底圆弧的交点。为了减小砂轮的接触面积，砂轮的锥面与前面的夹角为 5°～15°， 砂轮轴线与拉刀轴线间夹角β=35°～55°，两者轴线保持在同一垂直平面内，并使砂轮与 拉刀按各自轴线转动。因此，前面是由砂轮与拉刀相对运动时，形成许多弧形曲线连接而成 的。为了避免砂轮对拉刀槽底产生过切现象，故砂轮直径不能太大，通常按下式计算确定： R=rDsin（β-γo）/sinγo 式中 R——砂轮半径，mm；rD——拉刀 D 点半径，mm； β——砂轮轴线与拉刀轴线间 的夹角； γo——拉刀切削刃前角。 第三次课 §8-2 齿轮刀具 齿轮以渐开线圆柱齿轮应用最多。加工渐开线圆柱齿轮用的刀具有两种：成形齿轮刀具， 如盘形齿轮铣刀和指状齿轮铣刀；展成齿轮刀具，如齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀等。 一、成形齿轮铣刀 (一)盘形齿轮铣刀 在卧式铣床上利用分度头进行分齿，盘形齿轮铣刀作旋转运动，工作台作进给运动，加 工直齿或斜齿圆柱齿轮。生产率和加工精度都比较低，适用于单件生产或修配工作中加工要 求不高的圆柱齿轮。 1．盘形齿轮铣刀的几何参数 盘形齿轮铣刀的刃形是按照被加工齿轮的槽形和尺寸而设计的。盘形齿轮铣刀是铲齿成 形铣刀，前角γf=0°，使刃形与齿槽形状相同，以便减小齿形加工误差。 为了有利于切削，齿顶后角αf 和齿侧后角αn 也是铲削而成。K 为齿顶后角αf 的铲削 量。 2．盘形齿轮铣刀的选用 用盘形齿轮铣刀加工齿轮时，齿轮的模数和压力角相同，但齿数不同，齿槽形状也不相 同。由渐开线形成原理可知，齿数越少，则基圆越小，渐开线就弯曲得越厉害。因此，在加 工不同齿数的齿轮时，应采用不同齿形的铣刀，这样就会使铣刀的数量特别多。生产中为了 减少盘形齿轮铣刀的数量，常用一把铣刀加工模数和压力角相同，但齿数规定了加工范围的 齿轮