专用刀具设计介绍

专用刀具设计介绍第1页/共47页

一、拉刀的用途及拉削特点

拉削时，可以是工件固定不动，拉刀作直线主运动。也有采取将工件装在连续运动的链式传送带的随行夹具上作直线主运动。

第二节拉刀设计

拉刀是一种多齿刀具，从头部向尾部方向的刀齿齿升量是逐渐增加的。通过拉刀与工件之间的相对直线运动，一层层地从工件上切下多余金属。工件拉刀拉刀工件夹具第2页/共47页1.拉刀的用途

拉削加工方法应用广泛，如下图所示。

第二节拉刀设计第3页/共47页2.拉削特点（2）拉削后工件精度与表面质量高

拉削速度较低，每个刀齿的切削厚度小，拉削平稳。（1）生产率高

拉刀同时切削的刀齿多，一次行程完成可粗-半精-精加工。

（3）拉刀耐用度高

拉削速度低，切削温度低，每个刀齿实际切削的时间短。

第二节拉刀设计（4）拉削加工应用范围广

可加工各种形状的通孔及没有障碍的外表面。

（5）拉削运动简单

拉削只有直线主运动，进给运动靠相邻刀齿的齿升量完成。第4页/共47页

二、拉刀的种类和应用范围

内拉刀有圆孔拉刀、花键拉刀、方孔拉刀和键槽拉刀。1.按加工工件表面的不同分为：内拉刀和外拉刀

（1）圆孔拉刀

其刀齿做成和被加工的孔形相同。

第二节拉刀设计第5页/共47页

注意：

一般键槽拉刀的刀体制成与键槽等宽，如果键槽宽度很小拉刀强度不够，可加宽刀体。

（2）键槽拉刀

用于加工圆孔中的键槽。键槽拉刀做成扁平体结构，工作时由导向套的矩形槽定位，以保证键槽和孔的相对位置。

第二节拉刀设计第6页/共47页

外拉刀

有平面拉刀、成形拉刀及齿轮拉刀等。平面拉刀成形拉刀齿轮拉刀

第二节拉刀设计第7页/共47页2.按拉刀结构型式分为：整体式和组合式

组合式

主要用于大尺寸和硬质合金拉刀。利于节省贵重刀具材料、更换刀齿及延长拉刀的使用寿命。

第二节拉刀设计

整体式

主要用于中、小型尺寸的高速钢拉刀。

如：发动机生产线上拉削“柴油机”缸体外表面所用的硬质合金组合式拉刀。第8页/共47页

推刀

是从后面推动完成切削的刀具。为避免推刀在工作中受压弯曲，一般推刀较短，其长径比L/d≤12~15。

推刀只用于加工余量较小的内表面和修整热处理后（硬度小于HRC45）的变形量。3.按拉刀的工作状态分为：推刀和拉刀

第二节拉刀设计F0第9页/共47页

三、拉刀的结构1.拉刀的组成

头部——拉刀的夹持部分，传递动力。

颈部——

头部与过渡锥的连接部分。便于夹头夹住拉刀头部。

第二节拉刀设计

前导部——

引导工件，防止拉刀进入工件孔后发生歪斜。

过渡锥——

易于拉刀前导部进入工件孔，并对准中心。第10页/共47页

后导部——

用于保证拉刀工作结束之前，离开工件时拉刀的正确位置，防止工件下垂而损伤已加工表面及拉刀刀齿。

第二节拉刀设计

校准齿——刀齿直径相同，大小等于工件拉削后孔的直径。只切除工件弹性恢复量，起校准、修光和备用齿作用。

切削齿——担负切削工作。第11页/共47页2.拉刀切削部分几何参数——前角——后角——主偏角——副偏角

第二节拉刀设计第12页/共47页

ba——刃带宽度，用于控制刀齿直径，增加刀齿前刀面的重磨次数，提高拉刀使用寿命及拉削过程的稳定性。3.拉刀切削部分主要结构参数

fz

——齿升量，即切削部的前、后刀齿高度差。

p

——齿距，即两相邻刀齿之间的轴向距离。

第二节拉刀设计

h

——容屑槽深度，从顶刃到容屑槽底之间的距离。第13页/共47页

四、拉削方式和拉削图形

拉削方式——指拉刀从工件上切除余量的顺序。

拉削方式关联刀齿负荷的分配、拉刀长度、拉削力的大小、拉刀的磨损与耐用度、工件加工表面质量、生产率和制造成本。

拉削方式分为：分层式、分块式、综合式。

第二节拉刀设计

拉削图形——用于表示拉削方式的图形。第14页/共47页1.分层式拉削方式——成形式和渐成式

（1）成形式拉削

拉刀每个刀齿的轮廓与零件最终加工表面形状相似，尺寸不同，切削齿的高度逐渐向后递增。

拉削时工件上的余量被一层一层地切去，由最后一个刀齿切出所要求的尺寸。再经校准齿修光校准，达到零件预定的尺寸精度及表面粗糙度。

第二节拉刀设计第15页/共47页

◆刀齿的轮廓形状需要和最终工件的孔形相似，除圆孔拉刀其它孔形拉刀制造困难。

◆能获得较高的工件加工表面精度；加工平面和圆孔的拉刀齿形简单，制造容易。

◆分屑槽使切屑表面形成一条加强筋，卷屑困难，需加大容屑空间。则每个刀齿切除的切屑很薄，需较多的刀齿来切完余量。故成形式拉刀较长，耗费刀材，拉削生产率较低。

第二节拉刀设计①成形式拉削的优点和缺点

◆分屑槽与切削刃交界处呈尖角，其散热条件差，刀齿磨损较快。第16页/共47页

（2）渐成式拉削

拉刀刀齿的廓形与工件最终表面形状完全不同，工件表面的形状和尺寸由各刀齿的副切削刃形成。

优点

拉刀的刀齿只需制成简单的直线形或圆弧形。对于复杂工件表面的加工，渐成式拉刀的制造比成形式简单。

缺点

在工件已加工表面上可能出现副切削刃的交接痕迹，使工件的加工表面质量稍差。

第二节拉刀设计如图所示第17页/共47页2.分块式拉削方式

分块式拉削

工件上的每一层金属由一组尺寸基本相同的刀齿切去，每个刀齿仅切去一层金属的一部分。

第二节拉刀设计如图，三个刀齿为一组的圆孔拉刀刀齿构造及拉削图形。第18页/共47页

余下的残留金属6

由同一组的刀齿3切除，该刀齿不需要圆弧分屑槽。为避免形成整圈金属，其直径应比同组1、2刀齿的直径小0.02~0.05mm。因此，分块式拉削也称为轮切式拉削。

图中：第1、2

齿的直径相同，但切削刃位置相互错开，分别切除工件上同一层金属的4、5

部分。

第二节拉刀设计工件切削层刀齿第19页/共47页

分块式拉削方式的优点和缺点

优点：切削刃的圆弧长度（即切削宽度）较短，允许的切削厚度较大，故拉刀长度缩短。

缺点：因拉削厚度大，故拉削后的工件表面质量稍差。

第二节拉刀设计第20页/共47页3.组合式拉削方式

组合式拉削将拉刀的粗切齿采用分块式（轮切式）结构，精切齿采用成形式结构。

如图：A部分为粗切齿；B部分为过渡齿；C部分为精切齿；D

部分为校准齿。

第二节拉刀设计

综合式拉削的特点：缩短了拉刀的长度，可保持较高的生产率，获得较好的工件加工精度和表面质量。第21页/共47页

刀齿1切除第一层金属的一半左右，刀齿2

比刀齿1高出一个齿升量，既要切除本层金属的一半左右，还要切除刀齿1留下的一半左右金属层，刀齿3与刀齿2一样交错切削，直至粗切余量切完。

（2）精切齿采取成形式结构

如图拉刀的4、5、6为精切齿，分别切除7、8、9金属层。

（1）粗切齿为不分组的分块式结构

第二节拉刀设计第22页/共47页五、圆孔拉刀设计设计内容：工作部分和非工作部分的结构参数设计；拉刀强度和拉床拉力校验；绘制拉刀工作图等。1.工作部分设计(1)确定拉削方式：组合式(2)确定拉削余量A

原则：在保证去除前道工序的加工误差和表面破坏层的前提下，尽量选用小的拉削余量，以缩短拉刀长度。采用经验公式法和查表法。预制孔为钻孔或扩孔:预制孔为镗孔或铰孔：

第二节拉刀设计第23页/共47页(3)确定拉刀材料

W6Mo5Cr4V2高速钢整体制造；也常采用高性能高速钢W2Mo9Cr4VCo8，W6Mo5Cr4V2Al制造，硬质合金环形齿套装在9SiCr或40Cr的刀体上。(4)刀齿几何参数选择前角：根据工件材料、强度选取。后角：切削厚度小，应取较大后角，后角大，锋利，但刃磨次数降低。为了延长拉刀的使用寿命，拉刀后角一般选较小值，校准齿比切削齿的还小。刃带宽度：制造拉刀控制刀齿直径，保证前刀面重磨时刀齿直径不变。

第二节拉刀设计第24页/共47页(5)确定齿升量fz

齿升量越大，所需的刀齿数越少，拉刀长度缩短，拉刀制造成本降低，生产效率也可提高。但齿升量过大，拉刀会因强度不够而拉断，并且拉削表面质量也不易保证。

粗切齿：齿升量较大，切除80％余量材料。

精切齿：齿升量较小，保证加工精度和表面质量，但由于存在刃口钝圆半径，不能小于5μm。齿升量确定原则：在保证加工质量、容屑空间和拉力强度的前提下，尽量选取较大值。

第二节拉刀设计第25页/共47页(6)确定齿距

齿距大小直接影响容屑空间和拉刀长度及同时工作齿数。齿距大，同时工作齿数减小，工作平稳性降低，增加拉刀长度，降低生产率；反之，拉削力增加，可能导致拉刀强度不足。为保证拉削平稳和拉刀强度，确定齿距应保证拉刀同时工作齿数在3~8范围内。过渡齿齿距与粗切齿相同，精切齿齿距小于粗切齿齿距，一般为粗切齿齿距的0.7倍，校准齿齿距与精切齿齿距相同。

第二节拉刀设计第26页/共47页(7)确定容屑槽形状和尺寸

第二节拉刀设计常用容屑槽形状：直线齿背容屑槽：容屑空间小，形状简单，制造容易曲线齿背容屑槽：容屑空间大，易切屑卷曲，深槽或P较小用齿形容屑槽：容屑空间大，拉削长度大的工件第27页/共47页(8)设计分屑槽分屑槽作用：宽切屑切割成窄切屑，便于切屑卷曲、容纳和清除。位置和形状：拉刀前后刀齿上的分屑槽交错磨出，有圆弧形和角度形两种形状。设计分屑槽注意问题：1）分屑槽的深度必须大于齿升量。2）分屑槽两侧刃上须具有足够大的后角。3）分屑槽数保证切屑宽度不太大，切屑易卷曲。为便于测量直径，常取偶数。4）拉刀最后一个精切齿不作分屑槽，拉削铸铁等脆性材料可不作分屑槽。

第二节拉刀设计第28页/共47页(9)确定拉刀齿数和直径拉刀齿数：根据已确定的拉削余量，粗切齿齿升量，按公式估算。目的是为了估算拉刀长度。拉刀切削齿的确定齿数要通过对刀齿直径排表来确定。各刀齿直径：第一个粗切齿直径等于预制孔的最小直径。其余粗切齿直径为前一刀齿直径加上两倍齿升量。过渡齿齿升量逐步减少。最后一个精切齿直径与校准齿直径相同。校准齿无齿升量，各齿直径均相同。2.拉刀其它部分设计头部已标准化。颈部与过渡锥部

应保证拉刀第一个刀齿尚未进入工件之前，拉刀头部能被拉床的夹头夹住。

第二节拉刀设计第29页/共47页(3)前导部、后导部和尾部前导部直径的基本尺寸应等于拉削前预制孔的最小直径。长度一般等于工件拉削孔长度。后导部直径的基本尺寸等于拉削后孔的最小直径。长度可取为工件长度的1/2~2/3，但不得小于20mm。尾部长度一般取为拉削后孔径的0.5~0.7倍，直径等于护送托架衬套孔径。(4)拉刀总长度拉刀总长度受到拉床允许的最大行程、拉刀刚度、拉刀生产工艺水平、热处理设备等因素的限制，一般不超过表5-16所规定的数值。否则，需修改设计或改为两把以上的成套拉刀。

第二节拉刀设计第30页/共47页

孔加工复合刀具

指由两把单个孔加工刀具结合在一个刀体上形成的专用刀具。一、孔加工复合刀具的分类1．按工艺类型分类

同类工艺复合刀具不同类工艺复合刀具

第三节孔加工复合刀具复合钻钻-扩-锪（b)复合扩（c)复合铰（d)复合丝锥（a)钻扩复合（b)钻铰复合（c)钻攻复合第31页/共47页3．按组成单个刀具的数目分类2．按结构形式分类整体式复合刀具两阶复合刀具装配式复合刀具三阶复合刀具

第三节孔加工复合刀具第32页/共47页二、孔加工复合刀具的应用与优点

孔加工复合刀具广泛应用于组合机床及自动线上。1.生产效率高能使机动时间重合，能减少（换刀等）辅助时间。2.加工精度高

能保证工件加工表面之间较高的位置精度，能减少工件和夹具的安装、定位误差。3.加工成本低使工序集中，减少机床或工位数量。4.加工范围广

第三节孔加工复合刀具第33页/共47页

三、孔加工复合刀具设计要点

孔复合刀具各个刀具的刀刃形状、几何参数、刀齿数、切削锥部的长度及配合直径

等参数可参照标准刀具来确定。

根据复合刀具的结构和应用，应考虑的设计要点：合理选择刀具材料、正确选择结构形式、保证可靠的容屑和排屑、保证良好的导向、正确确定刀具工作长度。

第三节孔加工复合刀具第34页/共47页

（4）兼顾工艺和成本，刀具的切削部分和刀杆部分应分别采用不同的材料。

（3）结构复杂的多阶复合刀具，为获得较高的刀具使用寿命，应选用耐磨性较好的刀具材料。1．合理选择刀具材料

（1）同时加工多层壁孔的复合刀具，需承受较大扭矩，应选用强度较高的刀具材料。

（2）若各单个刀具的直径和切削时间相差很大，为使耐用度接近，应选用不同的刀具材料。直径大、切削时间长的单个刀具选用高硬度、耐磨性较好的材料。

第三节孔加工复合刀具第35页/共47页

在加工孔径允许下，尽量采用装配式结构。便于刃磨，避免刀齿之间、刀齿与刀杆之间的相互干扰。（4）保证刃磨方便2．正确选择结构形式（1）保证刀具足够强度和刚度

复合刀具所承受的转矩和轴向力都较大。对于强度和刚度较差的刀具（如加工细长孔刀具），应采用整体式结构。

（2）保证工件加工精度

复合刀具的位置精度要求较高。如果其中有一个是精加工刀具，应考虑采用整体式结构，以保证加工质量。（3）保证合理耐用度

为使刀具寿命接近，尽量采用镶焊或装配结构，以便于按各单个刀具的工作条件，采用不同的刀具材料。

第三节孔加工复合刀具第36页/共47页

3．可靠的容屑和排屑

复合刀具同时参加切削的刀齿较多，设计时必须考虑刀具的容屑和排屑。

（1）加大容屑空间

在刀齿强度允许且不影响加工精度的前提下，适当减小刀齿数或加大容屑槽深度。（2）排屑通畅

①

前、后刀具的排屑槽圆滑连通，以便控制流向，使切屑互不干涉，顺利排出。

②

增大刀具排屑槽的螺旋角，宽度较大切削刃开分屑槽。

第三节孔加工复合刀具第37页/共47页4.保证良好的导向

复合刀具的轴向尺寸较长，刚度较差，需要良好的导向，才能保证切削时的正确位置，提高切削过程的稳定性。（1）固定式导向装置

固定式导向装置有两种使用方式：①刀具本身在导向套内工作；②以刀杆作为导向部分。

第三节孔加工复合刀具第38页/共47页

如图示，镗孔的旋转式导向装置。因导向装置中有轴承，故适用于较高切削速度。

内滚式回转镗套（2）旋转式导向装置

导向装置的旋转部分可设计在镗杆上（内滚式），也可设计在夹具镗模支架上（外滚式）。

第三节孔加工复合刀具第39页/共47页

前一把刀具切入工件一定深度后，后一把刀具才开始切入。即，以减少刀具的振动，保证加工精度。

确定刀具长度还要考虑5.正确确定刀具工作长度

确定复合刀具的长度应考虑：刀具的工作行程、刀具备磨量、导向装置尺寸等因素。

（1）同类工艺复合刀具加工零件多层壁上的同轴孔时，刀具工作行程由其中较大的壁厚确定。

工作行程L=l1+l2+l3

第三节孔加工复合刀具第40页/共47页

（2）不同类工艺复合刀具顺序加工同一个孔时，应避免粗加