金 属 切 削 原 理 与 刀 具第8章

1、8.1 概述 8.1.1 拉削原理 拉刀是一种加工精度和切削效率都比较高的多齿刀具。拉削时拉刀作等速直线运动，由于拉刀的后一个（或一组）刀齿高出前一个（或一组）刀齿，从而能够一层层地从工件上切下多余的金属，如图8.1所示8.1.2 拉削方式及特点1拉削加工的特点（1）拉床结构简单。 第八章 拉刀与拉削技术 第八章 拉刀与拉削技术（2）加工精度与表面质量高。（3）生产率高。（4）拉刀耐用度高，（5）切削条件差。图8.1 拉削的过程第八章 拉刀与拉削技术2拉削方式 在拉削过程中，表示拉削余量在各个刀齿上切下顺序和方式的图形，称为拉削图形，拉削图形又叫拉削方式。（1）分层式拉削。是指拉刀的刀齿把拉削

2、余量一层一层地依次切去，每个刀齿根据齿升量的多少切去一层余量的拉削方式。分层式拉削表面质量较高，但刀具的成本高，生产率低，且在拉削有硬皮的铸、锻件时，拉刀的切削齿磨损较快。分层式拉削又可分为两类。 同廓式拉削法。如图8.2所示，它们一层层地切去加工余量，最后由拉刀的最后一个切削齿和校准齿切出工件的最终尺寸和所需表面。第八章 拉刀与拉削技术 采用同廓式拉削时，为了使切屑容易卷曲和切削，在每个切削齿上都开有如图8.3所示的交错分布的窄的分屑槽。采用这种拉削方式能达到较小的表面粗糙度值。但刀具成本高，生产率低，并且不适于加工带硬皮的工件。但同廓拉削的拉刀在加工平面、圆孔和形状简单的成形表面时，一般常

3、采用。但其他形状的廓形在制造时则比较困难 图8.2 同廓式拉削图形 图8.3 同廓拉削拉刀的分屑槽第八章 拉刀与拉削技术 渐成式拉削法。按如图8.4所示渐成式拉削法设计的拉刀，刀齿廓形与被拉削表面的形状不同，被加工表面的最终形状和尺寸是由各刀齿切出的表面连接而成。（2）分块式拉削。按分块式拉削图形设计的拉刀，其切削部分是由若干齿组组成。每个齿组中有23个刀齿，它们的直径相同或基本相同，共同切下加工余量中的一层金属，每个刀齿仅切去一层中的一部分，全部余量由几组刀齿按顺序切完。最常用的是轮切式。图8.5所示为轮切式拉削图形；图8.6所示为3个刀齿一组的圆孔拉刀的外形，图8.7所示为圆孔拉刀的截形。

4、 分块式拉削与分层式拉削相比，它的主要优点是每一个刀齿上参加工作的长度较小，因此在保持相同的切削力第八章 拉刀与拉削技术 图8.4 渐成式拉削图形 图8.5 轮切式拉削图形的情况下，允许的切削厚度比分层拉削要大得多；虽然每层金属要用一组刀齿去切除，但由于切削厚度比分层拉削方式大23倍，所以在同一拉削量下，所用刀齿的总数减少了许多，拉刀长度缩短，不仅节省了刀具材料，生产率也提高；在刀齿上分屑槽的转角处，刀齿的磨损量也较小第八章 拉刀与拉削技术 图8.6 圆孔拉刀的外观 图8.7 轮切式圆孔拉刀截形 轮切式拉刀主要用于加工尺寸大、余量多的内孔、平面、宽大的键槽和矩形花键孔等，并且可以用来加工带有硬

5、皮的铸件和锻件。但轮切式拉刀的结构较复杂，加工后的工件表面粗糙度值较大。第八章 拉刀与拉削技术（3）综合式拉削。综合式拉削集中了分层式拉削与轮切式拉削的优点，即粗切齿和过渡齿制成轮切式结构，精切齿则采用分层式结构。这样，既缩短了拉刀长度，保持了较高的生产率，又能获得较好的工件表面质量。图8.8所示为综合式拉刀结构及拉削图形。 综合式拉削刀齿的齿升量分布较合理，拉削过程较平稳，加工表面质量高。它既缩短了拉刀长度，提高了生产率，又能获得较好的加工质量。但综合式拉削拉刀的制造较困难。我国生产的圆孔拉刀较多地采用这种结构。第八章 拉刀与拉削技术1第1刀齿 2第2刀齿 3第3刀齿4第4刀齿 5第5刀齿

6、6第6刀齿图8.8 综合式拉刀结构及拉削图形第八章 拉刀与拉削技术8.1.3 拉刀的种类和用途 拉削加工按拉刀和拉床的结构可分为内表面拉削和外表面拉削等。内表面拉削多用于加工工件上贯通的圆孔、多边形孔、花键孔、键槽及螺旋角较大的螺纹等，又可分为拉削和推削。拉刀常制成组合式。1拉刀的种类（1）按拉刀所加工表面的不同分。拉刀可分为内拉刀和外拉刀两类。（2）按拉刀工作时受力方向的不同分。拉刀可分为拉刀和推刀。（3）按拉刀的结构不同分。拉刀可分为组合式和整体式以及装配式3种。第八章 拉刀与拉削技术图8.9 拉削加工的各种内外表面2拉刀的用途 拉刀可以用来加工各种截面形状的通孔、直线或曲线的外表面。图8

7、.9所示为拉削加工的典型工件截面形状。第八章 拉刀与拉削技术82圆孔拉刀的结构特点 8.2.1 圆孔拉刀的组成和几何参数 如图8.10所示为圆孔拉刀的组成，其功能如下。（1）头部。是指拉刀与机床的连接部分，用以夹持拉刀和传递动力。（2）颈部。是指头部与过渡锥之间的连接部分。（3）过渡部。是指颈部与前导部之间的锥度部分。（4）前导部。用于引导拉刀的切削齿正确地进入工件孔，防止刀具进入工件孔后发生歪斜，同时还可以检查预加工孔尺寸是否过小，以免拉刀的第一个刀齿因负荷过重而损坏。第八章 拉刀与拉削技术 图8.10 圆孔拉刀的组成（5）切削部。担负切削工作，由粗切齿、过渡齿和精切齿组成。（6）校准部。用

8、以校正孔径、修光孔壁，以提高孔的加工精度和表面质量，也可以作精切齿的后备齿。（7）后导部。用于保证拉刀最后的正确位置，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和刀齿（8）尾部。用于支撑拉刀，防止其下垂而影响加工质量和损坏刀齿。只有当拉刀既长又重时才需要。第八章 拉刀与拉削技术8.2.2 圆孔拉刀的容屑槽及分屑槽的结构尺寸1圆孔拉刀的容屑槽结构尺寸 容屑槽是形成刀齿的前刀面和容纳切屑的环状或螺旋状沟槽。理想容屑槽的形状应保证切屑能顺利地卷成较紧密的螺卷，并保证刀齿有足够的强度和重磨次数。 图8.11（a）所示为曲线齿背形容屑槽。齿背由两段圆弧和前刀面组成。其主要参数之间的关系如下：h

9、=（0.350.42）p、g=（0.250.35）p、R=（0.650.7）p、r=（0.150.2）p。 图8.11（b）所示为加长齿距形容屑槽。其槽底由两段圆弧和一段直线组成。其主要参数之间的关系如下：h=（0.300.35）p、g=（0.300.35）p、r=0.6p。第八章 拉刀与拉削技术图8.11 拉刀的容屑槽形式 图8.11（c）所示为直线齿背形容屑槽。其由一段直线、一段圆弧和前刀面组成，适用于在加工脆性材料和普通钢材时用同廓式拉削方式的拉刀。其主要参数之间的关系如下：h= （0.250.35）p、g=（0.300.40）p、r=（0.200.25）p。第八章 拉刀与拉削技术 容屑

10、槽按其深度不同，可分为浅槽、基本槽和深槽。容屑槽的有效容积Vp，必须大于切屑体积Vq，即VpVq。由于切屑的宽度变形较小，容屑槽的有效容积Vp及切屑体积Vq，可近似地用它们在拉刀轴向剖面中的面积Fp及Fq来表示，二者的比值称为容屑系数，以K表示，则： （8-1） 可得容屑槽深度h： （8-2） 如果能满足式（8-2），就可以保证有足够的容屑空间。设计拉刀时，为了使容屑槽有足够的容屑空间，容屑系数K的数值必须选择恰当。K的具体数值随加工材料性质和齿升量的不同而不同。选取时可参考相关手册。 第八章 拉刀与拉削技术2圆孔拉刀的分屑槽结构尺寸 拉刀分屑槽的作用是减小切屑宽度，降低切屑卷曲阻力，改善拉削

11、状况，便于切屑容纳在容屑槽中。 图8.12所示为分层式拉刀的分屑槽。分屑槽的槽形尽量采用角形槽，使槽侧角大于90，以利于散热和使副切削刃有后角。其深度往往要大于齿升量，即haf，否则将起不到分屑的作用。槽底后角应稍大于拉刀刀齿后角，或者与拉刀轴线成a0+2。加工脆性材料时，由于是崩碎型切屑，所以不需要分屑槽。 第八章 拉刀与拉削技术图8.12 分层式拉刀常用的分屑槽 轮切式圆孔拉刀的粗切齿和过渡齿采用弧形分屑槽，以实现分块切削和起分屑作用，如图8.13所示。第八章 拉刀与拉削技术 为了保证拉削质量，在最后的12个精切齿上，由于齿升量很小，切屑较少，所以不应有分屑槽。为了便于测量拉刀刀齿直径，分

12、屑槽的数目一般取偶数，并且应该能够保证在分屑后其切削宽度为67 mm。图8.13 轮切式拉刀的分屑槽第八章 拉刀与拉削技术8.3 花键拉刀的结构特点8.3.1 刀齿的组合方式 矩形花键拉刀按其用途不同，可设计成单独加工花键的花键拉刀，或设计成拉圆孔花键、倒角花键、倒角圆孔花键等各种复合拉刀，组合方式如图8.14所示（1）拉花键。此种情况要求工件内径有较高精度，而拉刀结构最为简单。（2）拉花键及圆孔。有先拉花键后拉圆孔及先拉圆孔后拉花键两种拉刀。（3）拉倒角及花键。有先拉倒角后拉花键及先拉花键后拉倒角两种拉刀。第八章 拉刀与拉削技术图8.14 矩形花键拉刀刀齿组合方式图（4）拉圆孔、花键及倒角。

13、其顺序可有3种。 圆孔花键倒角。 倒角圆孔花键。 倒角花键圆孔。8.3.2 花键切削齿的形状 花键刀齿的形状如图8.15所示。第八章 拉刀与拉削技术（1）刀齿宽度b。 （8-3）（2）刀齿侧刃及其棱边f。当花键刀齿的高度大于1.5mm时，刀齿侧刃上磨出侧隙角=130，在侧刃上留有棱边f，其宽度应大于齿升量，为0.80.2mm。 图8.15 矩形花键拉刀刀齿第八章 拉刀与拉削技术8.4 拉削加工技术 8.4.1 拉削表面常见的缺陷及其消除方法（1）鳞刺与积屑瘤及其消除方法。通常可采取下述措施加以抑制：增大拉刀前角；适当减小齿升量；适当调整拉削速度；采用润滑性能好的切削液等。（2）环状波纹及其消除

14、方法。消除措施有：合理采用不等齿距的拉刀；避免齿升量的突然变化；适当增加同时工作齿数；应保证拉刀的过渡齿、精切齿及校准齿上具有适当的刃带。（3）局部划痕及其消除方法。拉刀在保管及使用过程中防止刀齿产生缺口。在使用前应清除容屑槽内的切屑。拉刀在重磨时，应尽量保持原有的容屑槽形状。第八章 拉刀与拉削技术（4）孔径扩大或缩小及其消除方法。孔径扩大的原因主要是：新拉刀内、外径取上限尺寸，拉刀重磨时外径出现毛刺；有积屑瘤；拉削短工件孔壁很薄时也会出现孔径扩大。消除孔径扩大的措施有：重磨后的拉刀必须用油石消除毛刺；避免产生积屑瘤；合理选择切削油。可改用油类切削液，以改善孔径缩小现象。8.4.2 拉刀的合理

15、使用（1）拉刀是定尺寸的专用刀具，不仅工件孔径和公差应符合要求，而且拉削长度也应符合拉刀所能加工的范围，另外工件材料改变也影响拉削状况。因此，拉削长度、工件材料改变时，必须对拉刀相关尺寸和强度进行校验。第八章 拉刀与拉削技术（2）每拉完一个工件，必须彻底消除工件支承面和容屑槽内的切屑。（3）拉刀使用过程中要经常抽检工件表面质量，发现刀齿有缺陷要及时处理，磨损后及时重磨。8.4.3 拉刀的刃磨 VB0.3mm时需重磨。重磨要保证切削齿的前角不变，而且应使前刀面去除量保持一致。1锥面刃磨法 图8.16所示为砂轮锥面刃磨圆孔拉刀的情形。此时要使砂轮不过切，砂轮直径D不能过大，A点为前刀面与槽底圆弧的

16、切点，则砂轮直径应满足以下条件：第八章 拉刀与拉削技术 图8.16 用砂轮锥面刃磨圆拉刀 图8.17 用砂轮外圆刃磨圆拉刀 （8-4）此时砂轮锥面的修正角。第八章 拉刀与拉削技术 锥面刃磨法优点是能保证前刀面获得正确的锥角，刃磨质量好，刀具耐用度高。但磨小直径或前角大的拉刀时，允许的砂轮直径很小，致使刃磨困难。2圆周刃磨法 图8.17所示为用砂轮圆周法刃磨圆孔拉刀情形。为了减少砂轮的接触面积，砂轮的锥面与前面的夹角为515。砂轮的轴线与拉刀的轴线间夹角3555，两者轴线保持在同一垂直平面内，并使砂轮周边与前刀面上A点接触，此时砂轮锥面修整角可减小，砂轮外缘修整出适当的圆弧。刃磨时不是用锥面磨削，而是砂轮和拉刀