《拉刀基本知识》PPT课件

2 4拉刀 主要内容 2 4 1拉刀概述2 4 2拉削图形2 4 3圆孔拉刀的设计2 4 4拉刀的合理使用及刃磨 2 4 1 1拉削特点 图2 4 1拉削的过程1 工件 2 拉刀 拉削加工与其它切削加工方法相比较 具有以下特点 1 拉床结构简单 拉削通常只有一个主运动 拉刀直线运动 进给运动由拉刀刀齿的齿升量来完成 因此拉床结构简单 操作方便 2 加工精度与表面质量高 一般拉床采用液压系统 传动平稳 拉削速度较低 一般为0 04 0 2m s 约为2 5 12m min 不会产生积屑瘤 切削厚度很小 一般精切齿的切削厚度为0 005 0 015mm 因此拉削精度可达IT7 表面粗糙度值Ra 2 5 0 88 m 3 生产率高由于拉刀是多齿刀具 同时参加工作的刀齿多 切削刀总长度大 一次行程能完成粗 半精及精加工 因此生产率很高 4 拉刀耐用度高 使用寿命长由于拉削速度较低 拉刀磨损慢 因此拉刀耐用度较高 同时 拉刀刀齿磨钝后 还可磨几次 因此 有较长的使用寿命 2 4 1 2拉刀类型 拉削加工按拉刀和拉床的结构可分为内表面拉削 外表面拉削等 内表拉削多用于加工工件上贯通的圆孔 多边形也 花键孔 键槽及螺旋角较大的同螺纹等 从受力状态又可分为拉削和推削 外表面拉削是指用拉刀加工工件外表面 拉刀常制成组合式 拉刀的类型拉刀按所加工表面的不同 可分为内拉刀和外拉刀两类 内拉刀用于加工各种形状的内表面 常见的有圆孔拉刀 花键拉刀 方孔拉刀和键槽拉刀等 外拉刀用于加工各种形状的外表面 在生产中 内拉刀比外拉刀应用更普遍 按拉刀工作时受力方向的不同 可分为拉刀和推刀 前者受拉力 后者受压力 考虑压杆稳定性 推刀长径比应小于12 按拉刀的结构不同 可分为整体式和组合式 采用组合拉刀 不仅可以节省刀具材料 而且可以简化拉刀的制造 并且当拉刀刀齿磨损或损坏后 能够方便地进行调节及更换 整体式主要用于中小型尺寸的高速钢整体式拉刀 装配式多用于大尺寸和硬质合金组合拉刀 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2 4 2所示为拉削加工的典型工件截面形状 图2 4 2拉削加工的各种内外表面 2 4 1 3拉刀的结构 图2 4 3圆孔拉刀的组成 1 头部拉刀与机床的联接部分 用以夹持拉刀 传递动力 2 颈部头都与过渡锥之间的联接部分 此处可以打标记 拉刀的材料 尺寸规格等 3 过渡部分颈部与前导部分之间的锥度部分 起对准中心的作用 使拉刀易于进人工件孔 4 前导部用于引导拉刀的切削齿正确地进人工件孔 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负荷过重而损坏 5 切削部担负切削工作 切除工件上全部的拉削余量 由粗切齿 过渡齿和精切齿组成 6 校准部用以校正孔径 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 只有拉刀既长又重才需要 2 4 2拉削图形在拉削过程中 拉削余量在各个刀齿上切下顺序和方式 称这种图形为 拉削图形 拉削图形又叫拉削方式 它决定着每个刀齿切下的切削层的截面形状 拉削图形选择的合理与否 直接影响到刀齿负荷的分配 拉刀的长度 拉削力的大小 拉刀的磨损和耐用度 工件表面质量 生产率和制造成本等 拉削图形基本上分为分为分层式和分块式两大类 分层式包括同廓式和渐成式两种 分块式常用的有轮切式 2 4 2 1分层式拉削 分层拉削是拉刀的刀齿把拉削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 分层式拉削的切削厚度 齿升量 小 所以拉削过程较为平稳 拉削表面质量较高 但单位切削力大 需要的切削齿数目多 拉刀较长 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小类 同廓式拉削法按如图2 4 4所示同廓式拉削法设计的拉刀 各刀齿的廓形与被加工表面的最终形状一样 采用同廓式拉削时 为了使切屑容易卷曲和切削力 在每个切削齿上都开有如图2 4 5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祖糙度值 但单位切削力大 且需要较多的刀齿才能把余量全都切除 拉刀较长 刀具成本高 生产率低 并且不适于加工带硬皮的工件 但同廓拉削的拉刀加工平面 圆孔和形状简单的成形表面时 刀齿廓形简单 容易制造 并且能获得较好的加工表面 因而一般也常采用 但其它形状的廓形制造时比较困难 2 渐成式拉削法按如图2 4 6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 因此 每个刀齿可制成简单的直线或圆孤 拉刀制造比较方便 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 因此加工出的工件表面质量较差 键槽 花键槽及多边孔常采用这种拉削方式加工 图2 4 4成形式拉削图形 图2 4 5同廓拉削拉刀的分屑槽 图2 4 6渐成式拉削图形 2 4 2 2分块式拉削 图2 4 7分快式拉刀外形 图2 4 8轮切式拉刀截形及拉削图形 2 4 2 3综合式拉削 图2 4 2 4综合拉削图形1 第一刀齿 2 第二刀齿 3 第三刀齿 4 第四刀齿 5 第五刀齿 6 第六刀齿 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 保持较高的生产率 又能获得较好的工件表面质量 图2 4 2 4所示为综合式拉刀结构及拉削图形 粗切齿采取不分组的轮切式拉刀结构 即第一个刀齿分段地切去第一层金属的一半左右 第二个刀齿比第一个刀齿高出一个齿升量 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第一层金属的一半左右 因此 其切削厚度比第一刀齿的切削厚度大一倍 后面的刀齿都以同样顺序交错切削 起到把粗切余量切完为止 第五齿和第六刀齿就按分层拉削工作 但第五刀齿不仅要切除本圈的金属层 还要切除第四圈中剩下的一半 精切刀齿齿升量较小 校正齿无升量 综合轮切式拉刀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 但综合轮切式拉刀的制造较困难 我国生产的圆孔拉刀较多地采用这种结构 2 4 3圆孔拉刀设计 1 拉削余量A 图2 4 10圆孔拉削余量 2 拉削方式 采用不同的拉削方式 拉刀的结构也不同 圆孔拉刀一般采用综合式 即粗切齿和过渡齿采用不分组的轮切式结构 精切齿采用分层式 3 齿升量af 拉刀的齿升量af是指相邻两个刀齿 或者是两组刀齿 的半径差 拉刀齿升量af越大 切削齿数就越少 拉刀长度越短 拉削生产率越高 刀齿成本相对较低 但齿升量af过大 则拉削力越大 影响拉刀强度和机床负荷 同时拉刀使用寿命和加工质量降低 齿升量af也不能太小 否则因为切削刃不是绝对锋利的 难以切下很薄的金属层而造成滑行和挤压现象 反而加剧刀齿的磨损 齿升量af应根据工件材质和拉刀的类型确定 拉刀的粗切齿的齿升量af最大 一般不可超过0 15mm 每个齿的齿升量af相等 切去整个拉削余量的80 左右 为了使拉削过程平稳和提高加工表面质量 并使拉削负荷逐渐下降 齿升量应从粗切齿经过渡齿逐渐递减至精切齿 过渡齿的齿升量约为粗切齿的3 5 2 5 精切齿的齿升量最小 一般取0 005 0 025mm 圆孔拉刀的过渡齿也是粗切齿的后备齿 4 齿距p与刀齿的几何参数 图2 4 11拉刀的齿距与容屑槽形式a 曲线齿背型 b 加长齿距型 c 直线齿背型 表2 4 1拉刀前角 表2 4 2拉刀后角与刃带 7 分屑槽 图2 4 12分层式拉刀常用的分屑槽 图2 4 13轮切式拉刀的分屑槽 8 切削齿的齿数与直径 切削齿的齿数包括粗切齿 过渡齿和精切齿 根据已选定的拉削余量A和齿升量af 可按下式计算 求出的齿数要按四舍五入的原则进行圆整 一般过渡齿取3 5个 精切齿取3 7个 其余为粗切齿 拉刀的第一个切削齿通常没有齿升量 这是为了避免因拉削余量不均匀或金属内含有杂质而承受过大的偶然负荷 而损坏刀齿 最后一个精切齿的直径等于校准齿的直径 切削齿的直径应献宝一定的制造公差 一般取 0 008 0 02mm 最后一个精切齿的直径偏差应与校准齿相同 2 4 3 2校准部 1 校准齿的齿数 2 齿距pj 由于校准齿只起修光作用 其齿距pj可以短些 以缩短拉刀长度 校准齿的齿形与切削齿的相同 当粗切齿的齿距p 10mm 取 当粗切齿的齿距p 10mm时 为了制造方便 取 3 校准齿的几何参数 校准齿的几何参数包括前角 后角和刃带宽度 由于校准齿不起切削作用 只起修光作用 前角一般取0 5 有时为了制造方便 常取的与切削齿相同 校准齿的后角一般比切削齿的后角要小 目的是使拉刀重磨后直径变化小 以延长拉刀的使用寿命 如表2 4 2所示 为了使拉刀重磨后校准部的直径变化小 拉削过程平稳 校准齿上的刃带宽度比切削齿宽得多 其宽度比精切齿还要大 如表2 4 2所示 4 校准齿的直径 为了使拉刀重磨次数增多 使用寿命延长 拉刀校准齿的直径doj应取工件孔的最大尺寸dmmax 还应考虑到拉孔后孔径可能产生的扩大或缩小 因此校准齿的直径应取为 对拉削后孔缩小时取 号 扩大时取 号 一般被加工孔径问题大于校准齿直径 扩大量与收缩量都应通过试验确定 一般在3 10 m范围内 收缩现象常发生在拉削韧性金属或薄壁工件时 2 4 3 3其他部分 1 头部 图2 4 14拉刀的头部 2 拉刀的颈部与过渡锥 图2 4 15拉刀颈部长度的计算1 拉刀 2 工件 3 法兰盘 4 挡壁 5 卡头 拉刀颈部的直径D2通常比头部直径Dl小0 5 1mm 也可以将头部和颈部一次磨出 则D2 Dl 拉刀颈部的长度l1应保证拉刀第一个刀齿尚未进入工件以前 拉刀的头部能被拉床夹头夹住 所以 要考虑拉床挡壁厚度 法兰盘突出部分厚度l3及间隙l等有关数值 颈部长度l1应满足下列条件 3 拉刀的后导部与尾部 后导部的长度可取为工件长度的1 2 2 3 但不得20mm 当拉削有空刀槽的内表面时 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的和 其直径等于或略小于拉削后工件孔的最小直径 公差按f7取 当拉刀用于实现工作行程和返回行程的自动循环时 需要有尾部结构 尾部设置在拉刀后导部的后边 尾部直径据拉床拖架确定 为了便于制造 一般制成与后导部直径相等 其长度不得小20 25mm 4 拉刀的总长 拉刀总长度是拉刀所有组成部分长度的总和 即 2 4 3 4拉刀强度及拉床拉力校验 1 计算拉削力 对于综合式圆孔拉刀 2 拉刀强度验算拉削时产生的拉应力 要小于拉刀材料的许用应力 即 式中Amin一拉刀的危险断面面积 m2 危险断面一般在第一个切削齿的容屑槽处或在头部 一拉刀材料的许用应力 Mpa 对高速钢 343 32 42Mpa 对于合金钢 245Mpa 3 拉床拉力校验拉床新旧程度不同 实际输出的拉力也不同 拉削时产生的最大拉削力 一定要小于拉床的实际拉力 即 式中F额一拉床的额定拉力 一拉床输出拉力的系数 对于新拉床 0 2 4 状态良好的旧拉床 0 8 状态不良的旧拉床 0 5 0 7 如果拉刀强度或拉床拉力不足时 一般采取降低拉刀齿升量或加大齿距以减少同时工作齿数等办法解决 如有可能 也调换大型号的拉床加工 2 4 4拉刀的合理使用和刃磨 1 拉削表面觉的缺陷与解决方法在拉削过程中 拉削表面常见的缺陷有以下几种 1 划伤加工表面粗糙度基本符合要求 但有局部划伤缺陷时 应主要从使用方面进行检查 例如 刀齿刃口是否有碰伤的缺口 刀齿 尤其是精切齿 上是否有附着的切屑未被清除干净 拉刀经过多次刃磨后容屑槽的形状是否造成不光滑的台阶形 以致使切屑卷曲不顺利而挤坏 刀齿和划伤加工表面等 此外 预加工孔的表面上若有氧化皮 也可能碰伤刀齿而造成局部划伤缺陷 2 挤亮点是由于刀齿后刀面与已加工表面间产生较剧烈的挤压摩擦而造成的 常用选择合适的后角 尤其是粗切齿的后角不应太小 和齿升量 采用性能良好的切削液 并需浇注充足 以及采取对硬度高的工件进行适当的热处理以降低其硬度等方法来消除这种缺陷 拉削后的表面上还会产生一些其它缺陷 3 环状波纹其主要原因是拉削过程中切削力变化较大 拉刀工作不平稳 使刀齿在圆周方向切削不均匀所致 为了消除这种缺陷 从设计方面主要检查齿升量的选定是否合理 同时工作齿数是否太少 刃带宽度是否均匀且偏小等 尤其要着重检查校准部的前七八个刀齿的加工精度 从使用方面看 拉削速度不要过高 拉床的精度与刚度要好 不产生颤动现象 拉刀的弯曲与径向跳动是否超差等 4 鱼鳞状缺陷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 当工件材料硬度低 拉刀前角小 刀齿刃口钝化时 容易产生鱼鳞状缺陷 为此 应通过合理地选择与正确地刃磨拉刀前角 对工件进行适当的热处理来改善其加工性 对钝化的刀齿及时进行刃磨以及选用性能良好的切削液等措施来消除这种缺陷 5 分屑槽的沟痕加工表面上出现的断屑沟痕 经常产生于校准齿前一个切削齿上的分屑槽处 这是由于相应于该切削齿分屑槽位置处的金属层未被切去 而校准齿上无齿升量 刃口也不够锋利 只能对残留下的金属薄层产生挤压 以致形成了分屑槽处的压痕 消除这种缺陷的主要措施是适当减小最后一个切削齿的直径 一般应减小0 05 0 01mm 2 拉刀的刃磨 拉刀的磨损主要发生在后刀面上 龙其是在分屑槽的转角处更为严重 一般磨损量VB超过0 3mm时需重磨 重磨时 一般在专用磨床上进行 如M6110型拉刀刃磨机床 对于较为短小的拉刀 也可在万能工具磨床用碟形砂轮沿前刀面进行刃磨 刃磨时应保持拉刀设计前角不变和达到预定的表面质量要求 用弧线球面砂轮刃磨拉刀前刀面 是广泛采用的刃磨圆孔拉刀的方法 如图2 4 16所示 碟形砂轮与拉刀绕各自的轴线转动 并使砂轮的周边与前刀面上的m点接触 m点为前刀面与槽底圆弧的切点 刃磨拉刀时的具体参数可参考有关资料 图2 4 16用弧线球面磨削法刃磨圆孔拉刀 小结 本章主要介绍了拉削的特点 拉削图形 拉刀的基本结构和拉刀设计的方法步骤以及各参数的选取原则 通过本章的学习 要求学生能够借助相关资料 独立地进行圆孔拉刀的设计 第十章螺纹刀具 制作 卫彩绒 10 1螺纹刀具的类型 特点及用途 螺纹是零件上常见的表面之一 它有多种形式 按照螺纹的种类 精度和生产批量的不同 可以采用不同的方法和螺纹刀具来加工螺纹 按加工方法不同 螺纹刀具可分为切削法和滚压加工法两大类 10 1 1切削加工螺纹刀具 有自动开合螺纹切头 螺纹车刀 丝锥 扳牙 螺纹铣刀 一 螺纹车刀 2 适用 1 特点 结构较为简单 齿形容易制造准确 加工精度较高 通用性好 可切削精密丝杆但需多次走刀才能切出完整的螺纹廓形 故生产率较低 中 小批量及单件螺纹的加工 刀具刃形由螺纹牙形决定的简单成形车刀 二 丝锥 1 特点 2 适用 丝锥是加工各种内螺纹用的标准刀具之一 本质上是一个带有纵向容屑槽的螺栓 结构简单 使用方便 中 小尺寸的螺纹加工 生产率较高 第二节将详述 三 板牙 1 分类 2 圆板牙 实质上是具有切削角度的螺母 是加工外螺纹的标准刀具之一 圆板牙 方板牙 六角板牙 管形板牙 钳式板牙等 在单件 小批量生产及修配中应用仍很广泛 但仅用来加工精度6h 8h和表面质量要求不高的螺纹 特点 由于板牙结构简单 使用方便 价格低廉 圆板牙的螺纹廓形是内表面 难以磨削 热处理产生的变形等缺陷无法消除 影响被加工螺纹质量和板牙的寿命 适用 图10 1圆板牙的结构 圆板牙 如图10 1所示 的外形象一个圆螺母 只是沿轴向钻有3 8个排屑孔以形成切削刃 并在两端做有切削锥部 用于加工圆柱螺纹 而加工锥形螺纹的圆板牙只做一个切削锥部 四 螺纹铣刀 用铣削方式加工内 外螺纹的刀具 1 分类 盘形螺纹铣刀 梳形螺纹铣刀 高速铣削螺纹用刀盘 盘形螺纹铣刀 用于铣切螺距较大 长度较长的螺纹 如单头或多头的梯形螺纹和蜗杆等 梳形螺纹铣刀 用于加工长度短而螺距不大的三角形内 外圆柱螺纹和圆锥螺纹 也可加工大直径的螺纹和带肩螺纹 2 特点 生产率要比用丝锥和板牙低 加工出的螺纹质量也没有用螺纹车刀时的好 当工件批量小时 机床调整所占的时间也是不经济的 2 适用 用于加工批量大 精度为6 8级的螺纹在加工精度较高的螺纹时 作螺纹的预加工用 高速铣削螺纹用刀盘 是利用装在特殊刀盘上的几把硬质合金切刀进行高速铣削各种内 外螺纹用的刀具 是一种高效的螺纹加工方法 加工螺纹的精度一般为7 8级 表面粗糙度达Ra0 8 m 五 自动开合螺纹切头 是一种高生产率 高精度的螺纹刀具 切削外螺纹用的自动开合板牙头 分类 应用较多 切削内螺纹用的自动开合丝锥 10 1 2滚压加工螺纹刀具 利用金属材料表层塑性变形的原理来加工各种螺纹的高效工具 2 适用 1 特点 生产率高 加工螺纹质量较好 可达4 7级精度 0 8 0 2 m 力学性能好 滚压工具的磨损小 寿命长 广泛应用于联接螺纹 丝锥和量规等的大批量生产中 3 分类 滚丝轮 搓丝板及螺纹滚压头 图10 2滚丝轮滚压螺纹 图10 3搓丝板工作情况 10 2丝锥 1 是使用最广泛的内螺纹标准刀具之一 2 本质是一个螺栓 端部磨出切削部分 并沿纵向开有沟槽 2 分类 1 特点 手用丝锥 机用丝锥 螺母丝锥 拉削丝锥 梯形螺纹丝锥 管螺纹丝锥和锥螺纹丝锥等 10 2 1丝锥的结构与几何参数 一 丝锥的结构 如图10 4 丝锥的结构 刀体L1 刀柄L2 切削部分 校准部分 由刀齿 容屑槽 芯部等组成 颈部 夹持部分 用于装夹和传递扭矩 端部制成方头 标记打在刀柄上 图10 4丝锥的结构 二 丝锥的几何参数 1 丝锥的几何角度 1 丝锥的几何角度主要有前角 后角 3 丝锥前角的大小视加工材料性质而定 2 均在端剖面测量 加工钢材时 可取前角 5 13 加工铝合金时 12 14 加工铸铁时 2 4 标准丝锥因具有通用性 一般按8 10 制造 图10 5丝锥工作部分的几何参数 2 容屑