《成形刀具和拉刀》PPT课件.ppt

1 第九讲 成形刀具和拉刀 2 第一节成形表面及其加工方法 成形刀具 有些机器零件的表面 不是简单的圆柱面 圆锥面 平面及其组合 而是形状复杂的表面 这些复杂表面称为成形表面 按照成形表面的几何特征一般分为以下三种类型 1 回转成形面由一条母线 曲线 绕一固定轴线旋转而成 如滚动轴承内 外圈的圆弧滚道和手柄等 图8 1 a 3 4 2 直线成形面由一条直母线沿一条曲线平行移动而成 它可分为 外成形面 如凸轮 图8 1 b 和冷冲模的凸模等 内成形面 如叶片泵定子内曲面和冷冲模的凹模型孔等 3 立体成形面即零件各个剖面具有不同的轮廓形状 如汽轮机扭曲变截面叶片和某些锻模 图8 1 c 压铸模 塑压模的型腔 成形表面常用的加工方法有车 铣 刨 拉和磨削 表8 1 5 6 成形表面的加工方法很多 按成形原理分述如下 一 用成形刀具加工刀具的切削刃按工件表面轮廓形状制造 加工时 刀具相对工件作简单的直线进给运动 1 车削成形面用成形车刀可加工内 外回转成形面 常用的成形车刀有棱体成形车刀 图8 2 a 和圆体成形车刀 图8 2 b 前者只能加工外成形面 而后者可以加工内 外回转成形面 故应用较为广泛 7 8 2 铣削成形面用成形铣刀铣削成形面 一般在卧式铣床上进行 图8 3 常用来加工直线成形面 一般成形铣刀的前角 0 重磨时只刃磨前刀面以保证刃形不变 9 3 刨削成形面成形刨刀的结构与成形车刀相似 一般只用于加工形状简单的直线成形面 4 拉削成形面拉削可加工多种内 外直线成形面 加工质量好 生产率高 但拉削成形面的拉刀复杂 成本高 故宜用于成批大量生产 5 铰削内球面用球形铰刀可以铰削小直径的球窝 图8 4 以及处于深孔的球窝 图8 5 铰削前先用钻头在工件上钻出盲孔 再用成形车刀粗车成形 然后进行粗铰 精铰 球铰刀一般有4 6个齿 粗铰刀刀齿上开有分屑槽 精铰刀上没有 精铰钢件的表面粗糙度Ra为1 6 m 加工青铜件时 Ra可达0 4 0 8 m 10 11 6 磨削成形面利用修整好的成形砂轮 在外圆磨床上可以磨削回转成形面 图8 6 在平面磨床上可以磨削外直线成形面 图8 7 12 特点 用成形刀具加工成形面 加工的精度主要取决于刀具的精度 并易于保证同一批工件表面形状 尺寸的一致性和互换性 成形刀具是宽刃刀具 同时参加切削的刀刃较长 一次切削行程就可切出工件的成形面 因而有较高的生产率 此外成形刀具可重磨的次数多 故刀具的寿命长 但是 成形刀具的设计 制造和刃磨都较复杂 故刀具的成本也较高 适用范围 用成形刀具加工成形面 适用于成形面精度要求较高 尺寸较小 零件批量较大的场合 13 一 用靠模装置加工成形面1 机械靠模装置图8 8为利用靠模车削成形面的装置 将车床中拖板上的丝杠拆去 把拉杆固定在中拖板上 其另一端与滚柱连接 当大拖板作纵向移动时 滚柱沿着靠模的曲线槽移动 使车刀作相应的移动 车出手柄上的成形面 二 用简单的刀具加工 14 特点与使用范围 用机械靠模装置加工成形面 生产率较高 加工精度主要取决于靠模精度 靠模形状复杂 制造困难 费用高 靠模与滚轮之间直接承受切削力 磨损较严重 因此 必须提高靠模的硬度 耐磨性以延长其寿命 这也给靠模制造增加了困难 这种方法适于在成批生产中应用 2 随动系统靠模装置随动系统靠模装置是以发送器的触头 靠模销 接受靠模外形轮廓曲线的变化为信号 通过放大装置将信号放大后送入驱动装置 再由驱动装置控制刀具作相应的仿形运动 仿形装置按发送器作用原理不同 有很多种类 下面介绍一种应用较多的仿形装置 电感式仿形装置 15 电感式仿形装置由图8 9示出 在靠模仪4内有电感发生器 加工时靠模销9沿水平或垂直方向运动并始终和靠模8的表面保持接触 随着靠模表面曲线的变化 靠模销产生轴向移动 使发生器中的电感发生变化 从而发出信号 经放大后控制进给电机3 驱使指状铣刀跟踪靠模销作相应的位移而进行成形面的加工 16 特点 可加工形状复杂的直线及立体成形面 且靠模与靠模销之间的接触压力小 约5 8MPa 靠模可用石膏 木材或铝合金等软材料制造 加工方便 精度高且成本低 缺点 机床复杂 设备费用高 二 按运动轨迹法加工成形面内 外球面加工中 常采用运动轨迹法常用的方法有铣削 车削和磨削 如图8 10用车削法车削外球面和内球面 17 刀具实现准确的圆轨迹进给运动 精度 生产率较高 适用于大批量生产 通过蜗轮传动 保证刀尖围绕固定圆心实现准确的进给运动 18 刀刃形状决定于工件形状的车刀 称为成形车刀 第二节成形车刀 但它的廓形尺寸与工件的并不完全一致 需要进行设计计算 成形车刀制成后 其后刀面为成形表面 每次重磨时只磨前刀面 成形车刀是一种专用刀具 它多用于车床 六角车床 自动和半自动车床上加工内外回转体成形表面 一 成形车刀的类型和装夹 成形车刀按其结构和形状可分为下面三种 19 1 平体成形车刀 除刀刃具有复杂的形状外 外形和普通车刀相似 如图8 11只能用于加工外成形表面 且重磨次数少 它的装夹方法和普通车刀一样 2 棱体成形车刀 它的外形为棱柱体 其重磨次数比平体成形车刀多 刀具的刚性比平体的好 使用时靠燕尾体与刀杆的燕尾槽联结 并用螺钉夹紧 如图8 12所示 刀杆的燕尾槽制有一倾斜角 即图8 12中的 f 刀体下端的螺钉可用来调整刀尖的高度 并可承受部分切削力 增加刀具的刚性 20 21 3 圆体成形车刀 它的外形是回转体 其重磨次数比棱体的多 且可加工内成形表面 图8 13所示为加工外成形表面时的装夹方法之一 如图所示 工作时 将刀尖调整到工件中心高度上 用内孔定位装夹 为防止因切削力使刀具转动 刀具一端制有端面齿 和刀夹上的端面齿相啮合 由图可见 当工件顺时针旋转时 主运动 刀具的中心应高于工件中心 以便形成后角 以上成形车刀工作时 工件旋转是主运动 刀具做径向进给运动 22 h0 R1sin f f H R1sin f 23 24 二 成形车刀的前角和后角 与其他刀具直接磨出前角 后角不同 成形车刀预先磨出一定角度 然后依靠刀具相对工件的安装位置而形成的 例如 对于棱体成形车刀 制造和重磨时只控制前 后角之和 装夹时装在倾斜一 f的角度的刀杆上 从而形成前角 f和后角 f 如图8 12所示 对于圆体成形车刀 如图8 14所示 制造时使车刀中心到前刀面的垂直距离为 h0 R1sin f f 安装时 使刀尖位于工件中心高度位置 刀具中心比工件中心高H R1sin f 成形车刀的前 后角规定在工件的端截面内测量 并以刀刃上最外点为其标准值 在工件端截面中的前角为 f 后角为 f 如图8 14所示 25 由于有了前角 切削刃上不位于工件中心高度上的其他各点 都低于切削刃最外点 例如图8 14中2点低于1点 由图可知 离切削刃最外点愈远 其前角愈小 后角愈大 且圆体比棱体成形车刀变化要大 成形车刀的前角可根据工件材料选择 参考有关手册 后角可按下列数值选取 平体成形车刀25 30 棱体成形车刀12 17 圆体成形车刀10 15 26 三 成形车刀的截形计算 制造成形车刀时 是以N一N剖面上的廓形作为加工和检验用的 如图8 14所示 对于棱体成形车刀 应知道垂直于主后刀面的法剖面的廓形尺寸 对于圆体成形车刀 应知道它的轴向剖面的廓形尺寸 从图8 14可以看出 只有当前角和后角都等于零时 刀具的N N剖面上的廓形尺寸才和工件的轴向廓形完全相同 此时 成形车刀的截形无需计算 它等于工件廓形尺寸 但是 前 后角都等于零度 特别是后角为零度 的成形车刀是无法进行工作的 只要后角大于零度 成形车刀的截形就必须进行计算 27 从图8 14中可明显看出 刀具在N一N剖面上的廓形深度P和工件轴向剖面上的廓形深度Pw是不相等的 即P PwPw r2 r1成形车刀截形的设计计算方法有计算法 作图法和查表计算法 下面以圆体成形车刀为例介绍计算法的原理 如图8 15所示的外表面加工用的圆体成形车刀的计算原理如下 计算时 应已知工件的各个半径及轴向尺寸 刀具的前角 f和后角 f刀具的最大半径R1 也应事先选定 计算的要求是求出刀具上各组成点的半径 即图中的R2 R3 28 29 如图8 15 通过1点作前刀面的延长线 刀具中心Oc 与该延长线的垂线距离为hc 由图可知hc R1sin f f B1 R1cos f f 在工件一方 通过1点作前刀面的延长线 工件中心01与该延长线的垂线的距离为h 由图可知h r1sin f A1 r1cos f 30 另外 01点与2 的连线与刀具前刀面形成 f2 01点与3 点的连线与前刀面形成 f3 依次类推 这样sin f2 h r2 A2 r2cos f2 C2 A2一A1 sin f3 h r3 A3 r3cos f3 C3 A3一A1 因此 根据图8 15中的关系 刀刃组成点各个半径 R2 R3 便可按下面的顺序求出B2 B1一C2 tg 2 hc B2 R2 hc sin 2B3 B1一C3 tg 3 hc B3 R3 hc sin 3 总结 由以上可知 B1和hc为共同数值 因此求刀刃上任意点y的半径的步骤可归纳为 By B1一Cy tg y hc By Ry hc sin y 31 四 成形车刀加工时的双曲线误差 成形车刀在加工圆锥体 或工件上的圆锥部分 时 加工后往往发现圆锥体母线不是直线 而是一条内凹的双曲线 这种误差称为双曲线误差 图8 16为棱体成形车刀加工圆锥体的情况 由于前角不等于零度 包含前刀面的M M平面不通过工件的中心 即切削刃不在工件的轴线平面上 根据圆锥体的形成原理可知 工件在M M平面内应是一条外凸的双曲线 这样 刀刃在M M平面上的形状应该是内凹的双曲线1 一3 一2 才能切出正确的圆锥体 然而刀刃却是直线1 一4 一2 即工件被多切去了一部分材料 加工后的工件表面便不是圆锥面 因而产生了双曲线误差 这种误差反映在工件上是工件表面的内凹量 32 33 五 成形铣刀 成形铣刀与成形车刀相同之处是刀具廓形都要根据工件廓形设计 用成形铣刀可在通用的铣床上加工复杂形状的表面 并获得较高的精度和表面质量 生产率也较高 成形铣刀常用于加工成形直沟和成形螺旋沟等 类型 成形铣刀的刃形是根据所要铣削的工件截面形状设计的 有些成形铣刀 如凸半圆成形铣刀 凹半圆成形铣刀等 已经标准化 有些则可以根据部颁标准资料制造 对于特殊刃形的成形铣刀就要自行设计 属于成形铣刀范围的还有 麻花钻槽铣刀 丝锥槽铣刀 花键槽铣刀 螺纹铣刀 盘形齿轮铣刀 扳手钳口铣刀等 34 铲齿成形铣刀是用成形车刀按一定曲线铲出的 磨损后是沿径向重磨前刀面的 其刃磨比较简单 图8一17 b 是铲齿成形铣刀磨损后沿前刀面刃磨时的示意图 由图可见 前角为0 的前刀面是通过铣刀中心的平面 刃磨时只要磨出一个通过铣刀中心的平面即可 因此刃磨很方便 本节主要介绍铲齿成形铣刀 尖齿成形铣刀的齿背是利用专门的靠模铣削和刃磨的 在磨损后是重磨后刀面的 如果刃形复杂则刃磨很困难 如图8 17所示的尖齿 半圆 成形铣刀 每次重磨时都要沿abc的半圆形状来刃磨 给使用部门带来很大困难 但刀具的耐用度和加工表面质量高 适合在大批量生产中使用 按照齿背的加工方法 成形铣刀可分为尖齿成形铣刀和铲齿成形铣刀 35 一 成形铣刀铲齿原理如图8 17所示 成形铣刀必须有后角 而且在重磨前刀面后使刃形不变 保证加工出所要求的工件截面形状 怎样才能达到这两个要求呢 下面参看铲齿原理图来说明 36 37 图8 18所示为成形铣刀的径向铲齿过程 铲刀的纵向前角为0 其前刀面应准确地安装在铲床的中心平面内 铣刀以铲床主轴轴线为旋转轴线作等速转动 当铣刀的前刀面转到铲床的中心高平面时 铲刀就在凸轮控制下向铣刀轴线等速推进 当铣刀转过 0角时 凸轮转过 0角 铲刀铲出一个刀齿的齿背 包括齿顶12及齿侧面1 2 6 5 而当铣刀继续转过 1角时 凸轮转过 1角 此时铲刀迅速退回到原来位置 这样 铣刀转过一个齿间角 凸轮转过一整转 而铲刀则完成一个往复行程 随后重复上述过程 进行下一个刀齿的铲削 由此可见 由于铲刀的前刀面始终通过铣刀的中心 所以铣刀在任意轴向剖面的刃形必然和铲刀的刃形完全一致 铣刀重磨时 只要保证前刀面为轴向平面 就能使切削刃形状保持不变 38 另外 还可看出以下几点 1 铲制的成形铣刀在使用中重磨前面以后仍能保持原有刃形 例如 如图8 18所示 假设已重磨至OB面了 因OB是径向截面 它也经过铲刀前刀面的铲削 所以它的刃形和A面是一样的 所以只要我们沿半径方向 前刀面 刃磨铣刀 则刃磨后其刃形可保持不变 由于前刀面是平面 所以使刃磨较简单 如果在铲齿时铲刀不快速退回 而是沿着齿背曲线1 2 3 8一直铲下去 则铣刀每转过一个齿间角 2 Z 铲刀前进的距离48称为铲削量K 与此相适应 凸轮旋转一周的升高量 半径差 也应该等于铲削量K 一般在凸轮上都标注该凸轮的K值 39 2 由于铲刀把铣刀齿顶的一部分金属铲去了 如图8 18中剖面线部分 因此形成了后角 这一点可以参看图8 19来理解 铣刀经过铲齿以后齿顶形成后角 齿的侧面也形成后角 3 在图8 18中 由于铣刀的前刀面通过其中心O 因此它的前角是0 前角为0 的成形铣刀的设计是比较简单的 例如 如果要求设计一个凹圆弧的成形铣刀 那么就等于要设计一个凸圆弧的铲齿成形车刀 然后对铣刀进行铲齿 如果还需对铣刀进行铲磨 那就是按要求的形状修整砂轮 40 4 铲齿成形车刀的后角应比较大 25 30 这一点从图8 18的铲齿过程中是不难理解的 由上所述 铲齿成形铣刀的优点是 1 在整个使用期间 可以加工出相同的槽形 2 重磨比较简单 重磨次数多 3 重磨后容屑空间增大 但铲齿成形铣刀有以下缺点 1 它不能选取较多的齿数 因为齿数多了将使铲齿时的退刀运动发生困难 这一点从图8 18中铲刀的运动情况便可看出 2 齿顶沿圆周的振摆较大 可达0 04 0 12mm以上 这是因为 铲齿成形铣刀的齿顶很难再进行外圆磨削 而且沿前面刃磨后反而会使振摆增大 41 二 成形铣刀的后角 齿背曲线及铲齿量齿背曲线 径向铲齿时 通过铣刀切削刃上任意点作端剖面 端剖面与齿背表面的交线称为齿背曲线 成形铣刀的齿背曲线多数采用阿基米德螺旋线 因为铲制这种曲线的凸轮也是阿基米德螺旋线 由数学可知 阿基米德螺旋线凸轮的向量半径 与极角 成正比 因此等速回转运动与沿半径方向的等速直线运动合起来 就得阿基米德螺旋线 因此 可以在具有旋转运动和直线运动的任何机床上 按照上述比例关系用机械的方法实现凸轮的加工 即铲制阿基米德螺旋线所用凸轮容易制造 为便于分析 取这样的极坐标来表示阿基米德螺旋线 如图8 19 即当 0 时 R0 而当 0 时 R0 因此齿背曲线方程为 R0 b 式中 和 是螺旋线上各点的向量半径和极角 弧度 b是决定螺旋线尺寸大小的常数 比例系数 42 当 2 Z时 R0 K则R0 K R0 b 2 Z 故b KZ 2 由微分几何学可知 曲线上任意点M的切线和该点向径之间的夹角 为 tg R0 b b R0 b 设铣刀刀齿在M点的后角为 fM 因 fM 90 故tg fM tg 90 1 tg 1 R b 将b值代入 得 tg fM 1 2 R KZ 8 1 新铣刀 0 故新铣刀齿顶处的后角 fa为 tg fa 1 2 R KZ 8 2 43 或 K d0 z tg fa 8 3 式中d0 铣刀直径 由式可知 铣刀切削刃上各点的铲削量都相同 所以各点的齿背曲线都是齿顶齿背曲线的等距线 半径为Rx的点的端面后角 fx为 tg fx Kz 2 Rx R Rx tg fa 8 4 由式 8 2 8 4 可知 1 fM fa 若铣刀重磨次数愈多 则 角愈大 f也愈大 因此以阿基米德螺旋作为齿背曲线的铣刀 重磨后后角增大 但变化值很小 如d0 80mm z 10 K 5mm的铣刀 新刀 在刀齿磨到最后时 磨掉1 2齿距 fa 11 59 相差仅44 变化值可忽略不计 44 2 铣刀切削刃上愈靠近轴线的点 Rx愈小 fx愈大 如d0 80mm的凹半圆铣刀 新刀时切削刃上半径最小的点的后角为 fx 14 24 因此成形铣刀名义后角规定在新刀齿顶处 并取较小数值 fa 10 12 由上述分析可知 只要铣刀要求的K值相同 均可用同一凸轮铲制 这就大大减少了所需凸轮的数量 目前 广泛采用K 0 5 12mm的凸轮 尺寸间隔 对于小尺寸铣刀为0 25mm 中等尺寸铣刀为0 5mm 大尺寸铣刀为1 2mm 一般铲齿车床都带一套凸轮 设计成形铣刀时 求出铲齿量K的数值以后 即可选用合适的凸轮 不需另外设计与制造 45 第二拉刀 第一节拉削特点及拉刀类型 一 拉削特点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工件上切下金属 图8 20 以获得较高精度和较好的表面质量 46 拉削加工与其他切削加工方法相比较 具有以下特点 1 生产率高由于拉刀是多齿刀具 同时参加工作的刀齿多 如图8 20所示为三个 切削刃总长度大 一次行程能够完成粗 半精 精加工 因此生产率很高 尤其是加工形状特殊的内 外表面工件时 效果尤为显著 2 拉后工件精度与表面质量高由于拉削速度比较低 目前一般不超过0 30m s 拉削平稳 切削厚度薄 一般精切齿的切削厚度为0 005 0 015mm 因此可加工出精度为IT7 表面粗糙度不大于Ra0 8的工件 若拉刀尾部装有浮动挤压环 则可达Ra0 4 0 2 47 3 拉刀耐用度高由于拉削速度小 切削温度低 刀具磨损慢 因此拉刀的耐用度较高 4 拉削加工应用范围广拉刀可以加工出各种形状的通孔及没有障碍的外表面有些其他切削加工方法难于完成的加工表面 可以采用拉削加工完成 5 拉床结构简单拉削一般只有主运动 进给运动靠拉刀切削部分的齿升量来完成 因此拉床结构简单 操作也方便 48 49 二拉刀的类型及其应用 1 按加工表面的不同 可分为 内拉刀和外拉刀图8 22 加工工件的内表面 加工工件的外表面 2 按拉刀构造不同 可分为 整体式和组合式图8 24 中小型尺寸的高速钢拉刀 大尺寸和硬质合金拉刀 50 51 3 按受力方式 可分为 拉刀和推刀 在拉伸状态下工作 在受压状态下工作 用于加工余量较小的内表面或修整热处理后的变形量 52 4 链式连续拉削 普通拉削时 工件不运动 拉刀作主运动 为了提高生产率和实现自动化生产 出现了链式连续拉削方式 如图8 26所示 图中拉刀固定不动 被加工工件装在连续运动的链式传送带的随行夹具上作主运动 从而实现连续拉削方式 这种拉削方式已在汽车制造业中得到应用 53 为了提高拉削的生产率 近年来高速拉削已逐渐采用 高速拉削所用机床应有足够的刚度和运动精度 应有较大的速度范围 v 1 50m min 试验表明 高速拉削不仅提高了拉削生产率 同时也改善了工件的表面质量 提高了刀具耐用度 采用硬质合金机夹拉刀进行高速拉削 已在汽车工业加工缸体中得到应用 拉削速度为25 35m min 第二节拉刀的结构 拉刀的类型不同 其结构上虽各有特点 但他们的组成部分仍有共同之处 下面以圆孔拉刀为例介绍其组成部分 如图8 28所示 54 圆孔拉刀由头部 颈部 过渡锥部 前导部 切削部 校准部 后导部及尾部组成 其各部分功用如下 头部 用于将拉刀装夹在拉床的夹头中以传送运动和拉力 颈部 用于连接头部与刀体 一般在颈部上刻印拉刀的标记 一般颈部和头部的尺寸较小 如果拉刀强度不够 希望在头部或颈部折断 这样拉刀的修复较容易 过渡锥部 使前导部能顺利进入初孔 工件上予先加工的孔 起对准中心的作用 55 前导部 起引导作用 防止拉刀进入工件孔后发生歪斜 并可检查拉削孔径是否符合要求 切削部 它担负主要的切削工作 其刀齿尺寸逐渐增大 又分为粗切齿与精切齿两部分 有的拉刀在粗切齿与精切齿之间还有过渡齿 校准部 用于校准与修光被切削表面 起到提高工件加工精度和表面质量的作用 其刀齿尺寸不变 当切削部分的刀齿经过刃磨尺寸变小后 前几个校准齿依次变成切削齿 所以校准齿还具有精切齿的后备作用 后导部 它能在拉削终了前保持拉刀的后几个刀齿与工件间具有正确的相对位置 防止工件偏斜 尾部 只有当拉刀又长又重时才需要 用于支撑拉刀 防止拉刀下垂 尾部的直径视拉床托架尺寸而定 其长度一般应不小于20mm 56 二 拉刀切削部分几何参数 如图8 29所示 f 齿升量 即切削部前 后刀齿 或组 高度之差 p 齿距 两相邻刀齿之间的轴向距离 b 1 刃带 用于在制造拉刀时控制刀齿直径 也为了增加拉刀校准齿前刀面的可重磨次数 提高拉刀使用寿命 有了刃带 还可提高拉削过程稳定性 0 前角 0 后角 57 第三节拉削图形 拉刀刀齿从工件上把拉削余量切除的顺序 一般都用图形来表示 这种图形即称为拉削图形 或称拉削方式 拉削图形对拉刀刀齿负荷分配 拉刀长度 拉削力的大小 拉刀耐用度及加工质量等都有很大影响 拉削图形可分为分层式 分块式及综合式三大类 一 分层式拉削 分层式拉削又可分为成形式和渐成式两种 1 成形式 它的特点是 刀齿的刃形与被加工表面形状相同 仅尺寸不同 即刀齿直径 或高度 向后递增 加工余量被一层一层地切去 58 这种拉削方式切削厚度小而切削宽度大 因此可获得较好的工件表面质量 这种方式的拉刀刀齿结构如图8 30 b 所示 为避免出现环状切屑 拉刀刀齿圆周上交错地制造出分屑槽 便于分屑与容屑 但有分屑槽后 切屑形成一条加强筋 如图8 30 c 所示 它使切屑半径增大 卷曲困难 另外 这种方式由于切屑薄而宽 拉削力及功率较大 分屑槽转角处容易磨损而影响拉刀耐用度 这种方式的拉刀除圆孔拉刀外 其他制造比较困难 59 2 渐成式 如图8 31所示 图中工件最后要求是方孔 拉刀刀齿与被加工表面形状不同 被加工工件表面形状和尺寸是由各刀齿的副刃所切成 这时拉刀可制成简单的直线形或弧形 它的优点是 复杂形状的工件 拉刀制造却不太复杂 缺点是在工件已加工表面上可能出现副切削刃的交接痕迹 因此被加工表面较粗糙 60 二 分块式拉削 这种拉削方式 工件上的每一层金属不是由一个刀齿切去 而是将加工余量分段由几个刀齿先后切去 例如 轮切式拉刀就是按分块式拉削方式设计的拉刀 如图8 32所示 图中所示的是三个刀齿为一组的圆孔拉刀及拉削图形 某组中 第一齿与第二齿的直径相同 但突出的切削刃互相错开 各自切除工件上同一圆周上不同位置的几段材料 余下的材料由同一组的第三个刀齿切除 每组的第三个刀齿不必制造分屑槽 即刀齿为圆形 其直径应较同组其他刀齿的直径小0 02 O 05mm 否则可能由于工件金属的弹性复原等原因而切下整圈金属层 按分块式设计的拉刀称为轮切式拉刀 有制成两齿一组 三齿一组及四齿一组的 原理相同 61 分块式拉削的优点是 切屑窄而厚 单位切削力小 拉刀刀齿数目可少一些 拉刀短 生产率高 采用这种拉刀拉削铸锻件不会损坏刀齿 缺点是拉刀设计较难 加工表面质量较差 62 三 综合式拉削 按综合式拉削方式设计的拉刀 称为综合式拉刀 它集中了成形式拉刀与轮切式拉刀的优点 即拉刀的粗切齿 在拉刀前部 是采用轮切式结构 精切齿 在粗切齿后面 是采用成形式结构 它称为综合式拉刀 或综合轮切式拉刀 我国生产的圆孔拉刀较多地采用这种结构 该拉刀的粗切齿不必分组 即第一个刀齿切去一层金属的一半左右 参看图8 33 第二个刀齿比第一个刀齿高出一点 一个齿升量 它除了切去第二层金属的一半左右外 还切去第一个刀齿留下的那部分金属层 后面的刀齿都以同样顺序交错切削 直到把粗切余量切完为止 剩下的精切余量由精切齿按成形式拉削图形完成 63 这种拉削方式集中了成形式拉刀和轮切式拉刀的优点 既缩短了拉刀长度 保持较高的生产率 又能获得较好的工件表面质量 64 第四节圆孔拉刀的设计基础 一 确定拉削图形圆孔拉刀通常多采用综合式拉削图形 即粗切齿采取不分组的轮切式结构 精切齿采取成形式结构 过渡齿可采用成形式 也可采取轮切式结构 二 确定拉削余量拉削图形确定后就应确定拉削的加工余量 加工余量是影响拉刀设计的重要因素 加工余量不能选得太小 否则孔的缺陷层不易被切去 影响加工质量 但也不能太大 太大则拉刀太长 造成制造上的困难 并将使成本提高 一般拉削余量是根据拉削长度 孔径大小以及拉前孔的精度等条件确定 65 当预加工孔径 初孔 已知时 拉削余量A可按下式计算 A Dmax一Dmin式中 Dmax为拉削后工件的最大直径 Dmin为预加工孔的最小直径 当拉前孔是钻或扩出式 拉削余量可按下式计算 拉前孔用铰削或镗削加工 式中 D为拉削后工件的公称直径 mm L为拉削长度 mm 66 三 拉刀的前角 后角和刃带 见图8 29 前角和其他刀具一样 主要是根据工件材料选取 当拉削韧性金属时应选较大前角 拉削脆性金属 如铸铁 青铜等 应选取较小的前角 低碳钢 例如25钢 35钢 30Cr等 HB小于190时 前角可选为18 中碳钢 45钢 40Cr等 HBl90 240时 前角可选为15 铸铁 铜及合金工具钢前角可选为10 青铜等前角为5 高速拉削 为防止由于拉削冲击而造成崩刃 拉削前角应比一般拉削小2 5 圆孔拉刀的后角应选较小值 这是为了防止刀齿沿前刀面重磨后直径尺寸过分变小之故 一般 粗切齿取后角为2 4 精切齿的后角与粗切齿相同 校准齿的后角取为0 30 67 刃带的用途不仅在制造拉刀时控制刀齿的尺寸 对于校准齿还可保证拉刀在沿前刀面重磨时刀具直径不变 刃带宽度不宜太大 否则刀齿磨损严重 降低加工表面质量 见表8 1 68 四 切削厚度 齿升量 f对于成形式拉削的圆孔拉刀 其齿升量是指相邻两个刀齿高度之差 见图8 29 对于轮切式圆孔拉刀 其齿升量是指相邻两组刀齿高度之差 拉削余量一定时 齿升量增加 刀齿的齿数可减少 拉刀长度可短些 不仅使拉刀制造容易 而且可提高拉削生产率 但齿升量增加 拉削力增加 拉刀耐用度和加工质量将受到不良影响 因此 齿升量的确定必须考虑到拉刀强度 机床拉力以及工件表面质量等要求 拉削方式 图形 决定后 齿升量主要根据被加工工件材料选取 成形式圆孔拉刀加工钢时的齿升量为0 015 0 04mm 加工铸铁时为0 03 0 08mm 69 通常拉刀的粗切齿切去拉削余量的80 左右 每齿的齿升量相等 精切齿的齿升量一般取为0 005 0 015mm 齿数一般可取为3 7个 有时为了提高表面质量和保证拉削过程平稳 在粗切齿与精切齿之间设置3 5个过渡齿 过渡齿的齿升量从粗切齿的齿升量逐齿递减至精切齿的齿升量 校准齿没有齿升量 齿数一般取4 8个 五 齿距P 齿距就是两相邻齿间的轴向距离 齿距过大 则拉刀过长 不仅制造成本高 拉削生产率也低 另外 齿距过大同时参加切削工作的拉刀齿数太少 切削不平稳 齿距越小 拉刀就越短 拉削生产率越高 但是 齿距太小 容屑空间小 切屑容易堵塞 而且使同时工作齿数增多 如果齿升量不变则拉削力将增大 可能导致拉刀折断及机床过载 70 齿距可按下列经验公式计算 其中 1 25 1 5用于分层拉削 1 5 1 9用于轮式拉削式中 L为拉削长度 精切齿和校准齿的齿距应适当减小 约为粗切齿的0 6 0 9倍 注意 ze不宜少于2 3个 否则拉削工作就不平稳 可能发生振动 并将降低加工质量 一般应使ze为4 5个 最多不要超过8个 同时参加切削工作的拉刀齿数ze可用下式计算 ze L p 1 71 六 拉刀的容屑槽容屑槽的形状应使切屑易于卷曲 并且其体积应宽敞地容纳切屑 另外 还应保证刀齿有足够的强度和适当的重磨量 常用的容屑槽形状如图8 34所示 图8 34 a 为双圆弧容屑槽 它能保证切屑很好地卷曲 容屑空间也较宽敞 适用于加工钢料及其他塑性金属 当齿距小于12mm时 采用双圆弧容屑槽效果更好 双圆弧容屑槽的主要尺寸可按下式确定 h 0 35 0 42 p g 0 25 0 35 pr 0 5 0 55 h R 0 65 0 8 p 72 图8 34 b 为加长齿距型容屑槽 其底部由两段圆弧和一段直线组成 齿距较大 有足够的容屑空间 适用于加工深孔或孔内有空刀槽的工件 其主要参数可按下式求出h 0 30 0 35 p g 0 30 0 35 p r 0 6h 73 图8 34 c 为槽底凸起的专用双圆弧型容屑槽 在大的齿升量及高速拉削加工塑性材料时仍可很好地容屑 在齿距及容屑槽的尺寸基本确定之后 应根据容屑情况进行校验 即校验容屑槽的空间能否宽敞地容纳切屑 具体要求是 容屑槽的有效容积必须大于切屑体积 即Vp Vc式中Vp 容屑槽的有效容积Vc 切屑体积 若忽略切屑宽度方向的变形 Vp和Vc可分别近似用他们在拉刀轴向剖面中的面积Fp和Fc表示 两者的比值称为容屑系数 以K表示 即K Fp Fc 74 式中Fp h2 4 Fc fL 图8 35 设计拉刀时容屑系数K必须很好地选择 其大小取决于加工材料的性质 齿升量及拉刀磨损快慢等 容屑系数一般是通过实验确定 一般加工钢材时 容屑系数取为2 5 5 5 较小值用于以小的齿升量加工低合金钢的拉刀 加工铸铁则取为2 2 5 当容屑系数K与齿升量 f为已知时 可用下式验算槽深 如能满足上式 说明所选容屑槽可保证足够的容屑空间 75 同理 尚可校验容屑槽容许的最大齿升量 即 因此 当不能满足容屑要求时 亦可考虑适当减小齿升量 七 拉刀的分屑槽加工韧性金属的拉刀 在切削齿上应作有分屑槽 如图8 36所示 分屑槽能减小切屑的宽度 使切屑容易变形 便于卷曲 并易于从拉刀上取下 设计分屑槽应注意 1 前后刀齿的分屑槽应相互错开 其槽深应大于齿升量 76 2 为了减少分屑槽与加工表面的摩擦 槽底后角应大于拉刀后角 如图8 36 b 所示 应竭力避免槽底成弧形或平行于拉刀轴线 图8 36 c d 3 分屑槽的数目nk应保证切屑宽度不太大 便于卷曲成较为紧密的切屑 有利于容屑 切屑宽度aw一旦确定 即可得到分屑槽的数目 nk d0 aw为便于测量拉刀刀齿直径 分屑槽的数目一般取偶数 4 拉刀最后1 2个精切齿上 齿升量小 切屑变形小 可不做分屑槽 校准齿也可不做分屑槽 77 八 拉刀的齿数及其直径齿升量 f选好后 可根据下式估算切削齿的齿数 z A 2 f 3 5 A 加工余量 上述算出的齿数包括粗切 精切及过渡 78 确切的齿数应在拉刀每个刀齿直径排列后才能决定 对于成形式圆孔拉刀 第一个粗切齿主要修正上道工序的毛边 因此齿升量可取小些或为零 最后一个精切齿的直径为校准齿的直径 切削齿直径应规定一定的制造公差 一般取 0 008 0 02之间 最后一个精切齿的直径偏差应与校准齿相同 九 拉刀的颈部在确定拉刀颈部长度时 应考虑到拉床挡壁厚度l2 法兰盘突出部分l3 头夹与挡壁的间隙l等 要保证拉刀第一个刀齿尚未进入工件之前 拉刀头部能被机床夹头夹住 以便传递拉力 如图8 37所示 因此 颈部长度应满足下列条件 l1 l l2 l3 lw l4 79 式中l1 颈部与过渡锥长度之和 mm l 夹头与挡壁间隙 一般取5 20mm l2 挡壁厚度 对于L6110 L6120和L6140型拉床分别为60mm 80mm和l00mm l3 法兰盘突出厚度 通常取30 40mm lw 工件长度 mm l5 过渡锥长度 通常取10mm 15mm或20mm l4 前导部长度 一般可取 L4 lw颈部直径一般等于头部直径或稍小0 3 1mm 80 十 拉削力的计算及拉刀强度的检验圆孔拉刀的拉削力F可按下式计算F F DzeK1K2K3 N 式中F 单位长度的拉削力 见表8 2 D 拉刀直径 mm ze 同时工作齿数 K1 K2 K3 分别表示前角 冷却液及刀齿磨损程度对拉削力影响的修正系数 通常均取为l 表8 2只列出了部分数据 当齿升量大于0 04mm时可查阅其他有关资料 81 拉削力计算出来以后 可按下式验算拉刀的强度 式中F 拉刀工作时的拉削力 N Amin 拉刀上危险截面的面积 mm2 拉刀材料的许用应力 MPa 82 拉刀的危险截面一般在第一个切削齿前面的容屑槽处或是在头部的最小截面处 高速钢的许用应力为343 392MPa 40Cr的许用应力为245MPa如果经过验算拉力强度不够 则应适当减小齿升量或加大齿距的数值 1 工件表面有鳞刺在切削速度较低 齿升量较大的情况下加工塑性材料时容易产生 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 降低拉削速度 采用润滑性能好的切削液等 第五节拉削后工件表面常见缺陷及改进措施 83 2 拉削后的工件表面常会产生环状波纹 消除环状波纹的措施有 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 拉削后的工件表面有局部划痕 这主要是由于拉刀刀齿有缺口或容屑槽容屑条件不好所造成的 因此 拉刀在保管及使用过程中都应特别仔细 防止刀齿产生缺口 另外 拉刀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 使切屑容易卷曲 并保证有良好的容屑条件 84 4 拉削后的孔径有时会扩大或缩小 孔径扩大的原因主要是 新拉刀由于外径取上限尺寸 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 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 拉削长度为60mm以上的薄壁工件时 拉后会产生弹性恢复 以致孔径缩小 使用磨损较大的旧拉刀 由于摩擦大温度上升 工件冷却后也会缩小 生产实践证实 用油类切削液拉出来的孔径要比用乳化液拉出来的孔径稍大 因此可改用油类切削液 以改善孔径缩小现象 85