刀量具圆孔拉刀综合设计

1、4.1圆孔拉刀设计拉刀是一种多齿刀具，拉削时由于拉刀的后一个（或一组）刀齿高出前一个（或一组）刀齿，从而能够一层层地从共建上窃下多余金属，以获得较高精度和较好的表面质量14。4.1.1拉削方式拉刀从工件上把拉削余量切下来的顺序和方式，通常都用图形表达，称这种图形为“拉削图形”。拉削图形分为分层式、分块式和组合式三大类。组合式拉削集中了成形式拉削与轮切式拉削的特点，即粗切齿制成轮切式结构，精切齿则采用成形式结构。这样，既缩短了拉刀长度，保证较高的生产率，又能获得较好的工件表面质量。我国多采用组合式拉刀设计。在这里也使用组合时设计。4.1.2拉削余量A 拉削余量是设计拉刀的重要原始数据之一，直接影

2、响拉削的效果。已知拉削前后的孔径,则拉削余量A 图4.1 拉削图形 （4.1） Dmmax 拉削后孔的最大直径,单位mm D0min 拉削前预制孔的最小直径,单位mm 当拉前孔是钻孔或扩孔也可用经验公式计算 （4.2） -拉后的公称直径，单位mm L - 拉削长度,单位mm 查表A=0.7,所以扩孔达到D=41.3mm 4.1.3拉刀材料拉刀材料常用W6Mo5CrV2高速工具钢整体制造,一般不焊接柄部。也有整体硬质合金作为环齿，经过精磨后套装于9SiCr或40Cr刚作的刀体上。4.1.4齿升量成形式结构的拉刀，其齿升量是指相邻两个刀齿高度之差；轮切式结构拉刀是指相邻两组刀齿高度之差。圆孔拉刀齿

3、升量大小对拉削过程和拉刀寿命有很大的影响。齿升量越大，切削厚度越大,拉削长度越短，拉削生产率越高。但齿升量过大，拉削力越大，拉刀使用寿命越短，加工表面质量降低。齿升量不能太小，不然难以切下很薄的金属层而造成滑行和挤压现象，反而加剧大刀齿的磨损。粗切齿切去整个拉削余量的80%左右，每个齿升量相等。为了使拉削过程平稳和提高加工表面质量，齿升量应有粗切齿经过渡齿递减到精切齿。粗切齿的齿升量应在保证拉刀强度拉床拉力足够的条件下,尽量取最大值。过渡齿的齿升量可先按照 、 、 、递减规律来计算，在作适当调整。校准齿的齿升量为零。 4.1.5几何参数 拉刀的几何角度主要指刀齿上的前角、后角和后刀面上刃带宽。

4、表4-1 拉刀的几何角度粗切齿精切齿校准齿前角后角刃带宽/mm0.10.150.4根据图表和实际情况考虑选择：粗切齿：， ；精切齿：，；校准齿：，。 图4.2 拉刀刀齿角度4.1.6确定齿距 齿距即两个相邻刀齿间的轴向距离（图5-3）。切削部的齿距过大，使拉刀过长，不仅制造成本高，拉削效率低，还可能使同时工作齿太少，拉削过程不稳定，影响拉削表面质量。相反，齿距选的过小，容屑空间小，切屑容易堵塞，同时工作齿多，切削力相应增大，可能导致拉刀拉断及机床过载。齿距p可按下列公式计算： （mm） (4.3)取取p=14mm；精切齿齿距p精 因为p 10，即mm4.1.7同时工作齿同时工作齿是指拉刀在工作

5、时某一时刻起作用的齿数。同时工作齿可按下式计算： （4.4）式中 L0工件的拉削长度 P切削齿齿距则同时工作齿在范围内，所以可用。 4.1.8容屑槽形状拉削是属于封闭式切削，切屑必须全部容纳在拉刀的容屑槽中。如果容屑槽不够大，切屑将发生挤塞，轻则影响加工表面质量，严重时会使拉刀损坏，因此，容屑槽的尺寸和形状对整个拉削过程有很大的影响。组合式拉刀采用直线齿背双圆弧槽型，粗切齿选深槽。表4-2 拉刀容屑槽尺寸hgrR浅槽3.541.58基本槽4428深槽542.584.1.9确定容屑系数K容屑系数K是拉刀容屑槽的有效面积A与切削层面积的比值，即为保证拉刀又足够的容屑空间，设计时须满足以下条件 （4

6、.4）式中 h切削槽深度 hD切削厚度由于组合式拉刀，所以K=2.74.1.10计算容屑槽深度 容屑槽深度是拉刀设计和验算拉刀容屑槽的一个重要参数。 h ，取h=54.1.11确定容屑槽尺寸 目前常用的容屑槽形状有直线齿背型、曲线齿背型和直线齿背双圆弧型三种。在这里我们使用直线齿背双圆弧型。采用这种槽形，适合组合式及分块式的拉削和齿升量大的拉刀上。 图4.3 容屑槽尺寸表4-3 拉刀容屑槽的选定尺寸phgr粗切齿14542.5精切齿9432校准齿94324.1.12分屑槽参数 常用分屑槽的形状有圆弧形和角度形两种。圆弧形分屑槽，主要用于轮切式拉刀的切削齿和组合式拉刀的粗切齿和过渡齿上。角度形分

7、屑槽用于同廓式拉刀的切削齿和组合式拉刀的精切齿上。 设计或选择分屑槽是，要使分屑槽的深度大于齿升量，否则将不起分屑作用；前后刀齿的分屑槽要相互错开；为使分屑槽两侧切削刃上也有一定后角，减小与加工表面的摩擦，可将槽底后角磨成；分屑槽的数目nk应保证每段切削宽度不大于57mm，nk宜取偶数，以便测量刀齿直径。对于圆弧形分屑槽，某一刀齿的刃宽应大于迁移刀齿对应位置的槽宽，一般要大0.5mm。 圆弧形分屑槽 角度形分屑槽 图4.4分屑槽形状 粗切齿和过度齿用圆弧形分屑槽，精切齿和校准齿用角度形分屑槽。粗切齿和过渡齿的槽数nk=12,槽宽a=5mm,R25mm,取R=5mm。精切齿和校准齿德槽数nk=2

8、0，槽宽 bk=0.71.2mm取bk=1mm,槽深hk=0.6 槽底半径r=0.20.4mm取r=0.2mm槽角，取。4.1.13粗算切削齿数Z切 过渡齿齿数Z过=35，精切齿齿数Z精=37（工具厂生产的拉刀常取5个），校准齿齿数Z校=37（拉削精度高的孔时取大值，反之取小值；工具厂生产的拉刀常用5个）。根据选定的粗切齿齿升量和已知的加工余量A，切削齿齿数可按照公式估算： (4.5),取Z粗=9（包括过度齿），Z粗=5，Z过=4 Z精 =4 4.1.14确定校准齿齿数Z校，直径d校 校准齿直径d校应取拉后孔径直径加工上限尺寸。考虑到拉后孔径可能产生扩张或收缩，校准齿直径的基本尺寸应为d校=D

9、mmax± （4.6）式中 Dmmax拉后的孔径最大尺寸； 拉后孔径的扩张量，“-”号用于孔径扩张；“+”用于孔径收缩。一般情况下，拉削后孔径会扩张。因为Dmmax= 孔直径公差小于0.025mm， =0，所以取Z校=5 d校=42.022mm 。4.1.15确定拉刀各齿直径 公式di =D0min +nfZ粗切齿Z粗=5.过渡齿Z过=4，精切齿Z精=4校准齿Z校=5，则各齿直径如下表：表4.4 圆孔拉刀直径，单位mm偏差±0.015直径41.3541.4541.5541.6541.7541.8341.8841.9141.94齿号123456789偏差-0.0010直径41

10、.9641.9842.0042.0242.022齿号1011121314151617184.1.16柄部结构形状及尺寸 拉刀柄部尺寸以标准化，国家标准GB3832.1-83规定内拉刀柄部尺寸。在这里选择拉刀的前柄结构为圆柱形前柄。其结构形式为型有周向定位面。 图4.5拉刀前柄 后柄的结构尺寸如下： 图4.6 拉刀后部4.1.17颈部直径D颈与长度L3和过渡锥 拉刀的商标与规格一般刻印在颈部。颈部直径可取与前柄直径相同值，也可略小于前柄直径，这里我们取D=mm。颈部长度要保证拉刀第一个刀齿尚未进入工件之前，拉刀前柄能被拉床的夹头夹住，即应考虑拉床床壁和花盘厚度、夹头与机床床壁间距等数值。 查资料

11、由拉床型号可得拉刀颈部长度L6110的L3=115mm。拉刀图样上通常不标注颈部长度，而标注柄部前端到第一刀齿之间的长度，其值为 （4 .7）式中 l前拉刀前导部的长度。 过渡锥长度在这取。 4.1.18前导部和后导部前导部直径的基本尺寸应等于拉前预制孔的最小直径，长度l前一般等于工件拉削孔长度L0；当孔的长径比大于1.5时，可取为0.75L0，但不小于40mm。后导部直径的基本尺寸等于拉后孔的最小直径Dmmin,长度l后可取为工件长度的1/22/3，但不得小于20mm。当拉削有空刀槽的内表面是，后导部的长度应大于工件空刀槽一端拉削长度与空刀槽长度之和。所以 4. 1.19拉刀总长度 L总 拉

12、刀总长度是各部分长度的总和。 （4.8）式中 拉刀柄部前端到第一刀齿之间的长度； 拉刀切削部分长度； 拉刀后导部分长度； 拉刀尾部支托部长度。由式5.7可得25+32+115+60=232，这里取=247mm,拉刀的切削部分长度为l切=9x14+4x9+5x9=198mm，l尾=104mm。因此，L总247+198+60+104609mm。4.1.20拉削力计算拉刀在拉削时产生的最大拉削力 必须小于拉床许用的额定拉力。拉削时，虽然拉刀的每一个刀齿只切去很薄的一层金属，但由于同时参加工作的切削刃总长度很长，因此拉削力很大。组合式拉刀的最大切削力计算公式： （4.9）式中 拉刀单位长度切削刃上的切

13、削力； 拉削后孔的公称直径（mm）； 同时工作齿数。即4.1.21拉刀强度验算 拉刀工作时产生的拉应力应小于拉刀材料的许用应力，即 （MPa） （4.10）式中 拉刀工作时的最大拉削力（N）； 拉刀危险断面的面积（mm2）； 拉刀材料许用应力（MPa），高速工具钢 计算=174.5MPa343MPa拉刀可用。4.1.22拉床拉力验算拉床新旧程度不同，实际的输出拉力也不同，为了安全起见取处于良好状态的旧拉床Km=0.8则Fmax0.8Fm=0.8*200KN=160KN。所以拉床可用。4.1.23拉刀的技术要求拉刀加工后需要有如下的技术要求：1.热处理硬度：刀齿和后导部分63-66HRC，前导部

14、分60-66HRC,柄部40-52HRC;2.第1-9齿其相邻刀齿直径偏差0.015mm，第10-13齿相邻刀齿直径偏差0.01mm；3.第14-18齿尺寸一致性为0.005mm，且不允许有正锥度；4.拉刀表面不得有裂纹、碰伤、锈迹等缺陷；5.拉刀切削刃应锋利，不得有毛刺、崩刃和磨削烧伤；6.拉刀容屑槽的连接应圆滑，不允许有台阶，容屑槽底应抛光。4.2键槽拉刀设计 键槽的加工在这里我选择拉削加工，这就要求设计专用的拉刀了。拉刀加工能得到表面质量较好的工件。键槽拉刀由于其拉削图形为矩形，但原理和圆孔拉刀相同，设计方法也类似15。4.2.1拉削图形 在这里拉削图形就是要加工切去的工件余量。拉削余量

15、是设计拉刀的重要原始数据之一，直接影响拉削的效果。图中有花格图形就是要求切除面积A。Hd=4.72mm这是加工深度，也是拉削余量。拉削方式选择成形式分层拉削。A=HdB=4.72×12=56.64 mm2 图4.7拉削图形4.2.2拉刀材料 拉刀材料常用W6Mo5CrV2高速工具钢整体制造,一般不焊接柄部。这里选用的拉刀材料为W18Cr4V。4.2.3齿升量粗切齿切去整个拉削余量的90%左右，每个齿升量相等。为了使拉削过程平稳和提高加工表面质量，齿升量应有粗切齿经过渡齿递减到精切齿。粗切齿的齿升量应在保证拉刀强度拉床拉力足够的条件下,尽量取最大值。过渡齿的齿升量可先按照 、 递减规律

16、来计算，在作适当调整。校准齿的齿升量为零。 4.2.4几何参数 拉刀的几何角度主要指刀齿上的前角、后角。图5.8键槽拉刀的切削齿和校准齿粗切齿：，； 精切齿：，；校准齿：，。4.2.5确定齿距 齿距即两个相邻刀齿间的轴向距离（图5-8）。切削部的齿距过大，使拉刀过长，不仅制造成本高，拉削效率低，还可能使同时工作齿太少，拉削过程不稳定，影响拉削表面质量。相反，齿距选的过小，容屑空间小，切屑容易堵塞，同时工作齿多，切削力相应增大，可能导致拉刀拉断及机床过载。齿距p可按下列公式（5-3）计算：取p=13mm；精切齿齿距p精 因为p 10，即mm4.2.6同时工作齿同时工作齿是指拉刀在工作时某一时刻起

17、作用的齿数。同时工作齿可按公式（4.4）计算：则同时工作齿在范围内，所以可用。 4.2.7容屑槽形状 拉削是属于封闭式切削，切屑必须全部容纳在拉刀的容屑槽中。如果容屑槽不够大，切屑将发生挤塞，轻则影响加工表面质量，严重时会使拉刀损坏，因此，容屑槽的尺寸和形状（图5-8）对整个拉削过程有很大的影响。这里选直线齿背双圆弧槽型，粗切齿选深槽。4.2.8确定容屑系数K容屑系数K是拉刀容屑槽的有效面积A与切削层面积的比值，即为保证拉刀又足够的容屑空间，设计时须满足以下条件公式（4.4）由于是分层拉削，所以K=3.54.2.9 计算容屑槽深度 容屑槽深度是拉刀设计和验算拉刀容屑槽的一个重要参数。 h，取h

18、=54.2.10确定容屑槽尺寸 目前常用的容屑槽形状有直线齿背型、曲线齿背型和直线齿背双圆弧型三种。在这里我们使用直线齿背双圆弧型。采用这种槽形，适合组合式及分块式的拉削和齿升量大的拉刀上。 表4-5 拉刀容屑槽的选定尺寸phgr粗切齿13542.5精切齿13542.5校准齿102.541.84.2.11分屑槽参数常用分屑槽的形状有圆弧形和角度形两种。圆弧形分屑槽，主要用于轮切式拉刀的切削齿和组合式拉刀的粗切齿和过渡齿上。角度形分屑槽用于同廓式拉刀的切削齿和组合式拉刀的精切齿上。设计或选择分屑槽是，要使分屑槽的深度大于齿升量，否则将不起分屑作用；前后刀齿的分屑槽要相互错开；为使分屑槽两侧切削刃

19、上也有一定后角，减小与加工表面的摩擦，可将槽底后角磨成；对于圆弧形分屑槽，某一刀齿的刃宽应大于迁移刀齿对应位置的槽宽，一般要大0.5mm。 图 4.8键槽拉刀齿图4.2.12粗算切削齿数Z切 根据选定的粗切齿齿升量和已知的加工余量A，切削齿齿数可按照公式估算： (4.11),取Z粗=70（包括过度齿），Z精=2，Z过=2 Z精 =4。 4.2.13确定拉刀各齿直径 公式di =D0min +nfZ粗切齿Z粗=68.过渡齿Z过=2，精切齿Z精=2校准齿Z校=2，则各齿直径如下表：表4.6键槽拉刀各齿高度：齿型粗切齿精切齿校准齿齿号126768697071727374高度2828.0732.6232.6932.7132.7332.73偏差±0.025±0.025±0.025后角4.2.14柄部结构形状及尺寸 拉刀柄部尺寸以标准化，国家标准GB3832.1-83规定内拉刀柄部尺寸。在这里选择拉刀的前柄结构为方形前柄。其结构形式如图4.9所示 图4.9键槽拉刀的头部4. 2.15拉刀总长度 L总 拉刀总长度是各部分长度的总和。由公式（4.8）。由式