拉 刀-机械制造

拉

刀金属切削原理及刀具拉刀拉刀是一种高生产率的精加工刀具。1.1拉刀概述1.拉刀的分类与用途拉刀的种类很多，通常根据以下几个方面进行分类。1）按加工表面分类拉刀按加工表面的不同可分为内拉刀和外拉刀。内拉刀。内拉刀用于加工各种形状的内表面，如圆孔、方孔、花键孔和键槽等。外拉刀。外拉刀用于加工各种形状的外表面。内拉刀的典型实例外拉刀的典型实例拉削加工中典型工件的截面形状2）按结构分类拉刀按结构可分为整体拉刀、焊齿拉刀、装配拉刀和镶齿拉刀。整体拉刀。整体拉刀是指各部分为一种材料并制成—体的拉刀，包括焊接柄拉刀（一般切削部分用高速钢，柄部用40Cr）。焊齿拉刀。焊齿拉刀是指焊接或黏结刀齿的拉刀。装配拉刀。装配拉刀是指用两个或两个以上零部件组装而成的拉刀。(4)镶齿拉刀。镶齿拉刀是指刀齿用机械连接方法直接装在刀体上的拉刀。焊齿拉刀、装配拉刀和镶齿拉刀2.拉刀的结构拉刀种类很多，结构各有特点，但它们的基本结构是相同的。下面以如图所示的圆孔拉刀的结构为例来说明拉刀的各组成部分及其作用。圆孔拉刀的结构①—前柄；②—颈部；③—过渡锥；④—前导部；⑤—切削齿；⑥—校准齿；⑦—后导部；⑧—后柄1）前柄前柄是拉刀前端用于夹持和传递动力的柄部。2）颈部颈部是前柄与过渡锥之间的连接部分，也是打烙拉刀标记（拉刀材料、尺寸、规格等）的部位。3）过渡锥过渡锥是引导拉刀前导部进入工件预加工孔的过渡部分。4）前导部前导部是引导拉刀切削齿正确地进入工件待加工表面的部分，并检

查工件预加工的孔径是否过小，以免拉刀第一个刀齿因负荷太大而损坏。切削齿切削齿担负全部切削工作，可切除工件上全部的加工余量。它由粗切齿、过渡齿和精切齿组成。校准齿校准齿是几个尺寸、形状相同，起校准及储备作用的刀齿。它可以提高工件的加工精度和降低表面粗糙度，还可作为精切齿的后备齿。后导部后导部是保证拉刀的最后刀齿正确切离工件的导向部分，可防止拉刀因工件下垂而损坏已加工表面或刀齿。后柄后柄是拉刀后端用于夹持或支承的柄部。若在自动拉床上拉削，则起着退回拉刀时的夹持作用；若在非自动拉床上拉削，则起着支持拉刀尾部不致下垂的作用。3.拉削特点拉削加工与其他金属切削加工方法相比较，具有以下主要特点：生产率高。虽然拉削速度较低，一般为0.04～0.13

m/s（约2～8m/min），但拉刀同时工作的齿数多，切削刃长，且一次行程就能够完成粗、半精及精加工，所以生产率高。可获得高的加工精度及较低的表面粗糙度。由于拉削速度较低，拉削平稳，且切削厚度很薄，因此，拉削精度可达IT9～IT7，表面粗糙度—般可达2.5～1.25，甚至可达0.32。拉刀耐用度高、寿命长。每一刀齿在工作行程中只切削一次，由于拉削速度较低，刀齿磨损小，因而拉刀的耐用度很高。拉床结构简单，操作方便。拉削过程只有主运动即拉刀的直线运动，进给运动是靠刀齿的齿升量来实现的。拉削的加工范围广。拉削可加工内表面，也可加工外表面，但不能加工工件非光洁的盲孔或表面。切削条件差。拉削属于封闭式切削，排屑困难，因此，其容屑、冷却和润滑都受到很大限制。拉刀结构复杂，制造成本较高。根据拉削上述特点，故在成批和大量生产中广泛使用，在加工零件要求有一定精度的小批生产，如花键孔、键槽等也都采用拉削加工。此外，在现代化的自动生产线上，拉削工艺也得到了应用。1.2拉削方式拉削方式是指用拉刀逐齿把加工余量从工件表面切下来的方式。

拉削方式可分为分层式拉削方式、分块式拉削方式和组合式拉削方式三类。1.分层式拉削方式1）同廓式拉削方式

同廓式拉削方式的拉削图形如图所示。同廓式拉削方式的拉削图形用同廓式拉削方式切下的切屑成环状，卷曲困难，套在卷屑槽内不易清除。为了便于清理切屑及减小切削力，在切削齿上开有前后交错的窄分屑槽，如图（a）所示。但分屑槽使拉削出来的切屑上形成凸筋，如图（b）所示，要使切屑的卷曲半径增大，需要较大的容屑空间。（b）（a）同廓式拉刀的分屑槽和切屑凸筋2）渐成式拉削方式渐成式拉削方式的拉削图形如图所示。渐成式拉削方式的拉削图形2.分块式拉削方式如图所示的刀齿1、2的截形相同，其上圆弧形凹槽相互错开，各切除同一层中的几段金属。余下未切去的部分，则由不作圆弧形凹槽的刀齿3切除。为避免刀齿3切下整圈金属，其直径比同组中的刀齿1、2的直径小0.02～0.05

mm。分块式拉刀截形及其拉削图形1、2、3—刀齿；4—被刀齿1切除的金属层；5—被刀齿2切除的金属层；6—被刀齿3切除的金属层3.组合式拉削方式组合式的拉削方式是指同一支拉刀采用了两种或两种以上的拉削方式，又称为综合式拉削方式。如图所示为把同廓式和分块式拉削方式的拉削图形综合在一起的拉削图形。组合式拉削方式的拉削图形1—刀齿1切除的金属层；2—刀齿2切除的金属层；3—刀齿3切除的金属层；4—刀齿4切除的金属层；5—刀齿5切除的金属层；6—刀齿6切除的金属层1.3圆孔拉刀设计1.切削齿切削齿是拉刀中最重要的部分，它将直接影响拉削质量和生产率。1）拉削余量一般拉削余量的选取是根据拉削长度和孔径的大小以及拉削前孔的精度等情况而确定，常以A表示被加工表面的拉削余量，单位为mm。如图所示，在已知拉削前和拉削后孔的直径的情况下，拉削余量为式中，为拉削后孔的直径（mm）；为拉削前孔的直径（mm）。内孔拉削余量若只知拉削后孔的直径，则拉削余量可用经验公式计算，也可根据被加工孔的长度、直径和上一道工序的加工精度查出拉削余量。圆孔拉刀的拉削余量见表13-1。拉削前孔为钻出时拉削前孔为镗出时拉削后孔的直径10～18>18～30>30～50>50～80>80～12010～18>18～30>30～50>50～80>80～1206～100.60.7———0.20.3———>10～180.70.70.8——0.30.30.4——>18～300.70.80.81.0—0.40.40.50.6—>30～500.81.01.01.11.20.50.50.50.60.7>50～80—1.11.11.31.3—0.50.60.70.7>80～120—1.11.21.51.5—0.60.60.70.8>120～180——1.41.61.6——0.70.80.8表13-1圆孔拉刀的拉削余量2）齿升量拉刀的齿升量是前后相邻两刀齿（或齿组）的高度差或半径差，它等于切削厚度，常用符号 表示，单位为mm。粗切齿的齿升量 是根据工件材料、拉刀类型来选取的，具体见表13-2。在进行拉刀强度、容屑槽系数和拉刀牵引力等验算后，必要时须进行修正。表13-2拉刀粗切齿的齿升量拉刀类型被加工材料的齿升量钢的齿升量铸铁的齿升量铝的齿升量铜的齿升量普通拉刀0.02～0.040.03～0.080.02～0.050.05～0.10综合轮切式圆拉刀0.03～0.10---矩形齿花键拉刀0.04～0.070.06～0.100.04～0.100.06～0.08键槽及各种槽拉刀0.05～0.120.06～0.200.05～0.080.06～0.15三角齿和渐开线拉刀0.04～0.06---四方和六方拉刀0.02～0.150.05～0.150.03～0.150.05～0.203）前角与后角(1)前角。前角对切屑的变形和卷曲、拉刀耐用度、拉削力等都有很大影响。其数值一般是根据工件材料的性质来选取，见表13-3。工件材料拉刀前角工件材料拉刀前角钢197HBS15°～16°可锻铸铁10°198～229HBS15°铝及其合金，巴氏合金，紫铜20°≥229HBS10°～12°不锈钢、耐热奥氏体钢20°一般黄铜10°灰铸铁180HBS10°青铜、黄铜5°＞180HBS5°粉末冶金及铁石墨材料15°表13-3拉刀前角的数值拉刀类型粗切齿精切齿拉刀后角刃带宽度/mm拉刀后角刃带宽度/mm圆孔拉刀0.05～0.2花键拉刀0.05～0.150.05～0.2键槽拉刀0.20.2～0.4（2）后角和刃带宽度。拉刀后角和刃带宽度的数值见表13-4。表13-4拉刀后角和刃带宽度的数值4）齿距齿距是前后相邻两刀齿切削刃间的距离。拉刀的齿距可用下列经验公式计算式中，p为拉刀的齿距（mm）；为拉削长度（mm）。校验最大同时工作齿数，可用下式计算计算后，值略去小数，仅取整数部分。齿距及同时工作齿数的标准值见表13-5。表13-5 齿距及同时工作齿数的标准值拉削长度/mm齿距/mm同时工作齿数拉削长度/mm齿距/mm同时工作齿数10～1253＞45～49105＞12～145.53＞49～54116＞14～1663＞54～60116＞16～196.53＞60～70126＞19～206.54＞70～77136＞20～2574＞77～83137＞25～3184＞83～90147＞31～338.54＞90～100157＞33～368.54＞100～111167＞36～4095＞111～125168＞40～459.55＞125～1451885）容屑槽(1)直线齿背形容屑槽。(2)曲线齿背形容屑槽。(3)加长齿距形容屑槽。（b）曲线齿背形容屑槽（c）加长齿距形容屑槽（a）直线齿背形容屑槽容屑槽的三种形式容屑槽按其深度不同，又可分为浅槽、基本槽与深槽三种。浅槽用于小直径圆孔拉刀，以及在拉削力较大、拉力强度不够时使用；基本槽最常用；深槽在要切下大而厚的切屑时使用。容屑槽的尺寸必须在对其容屑空间进行校验后才能最后确定。

容屑槽的有效容积

必须大于切屑的有效容积

。它们在法平面内的比值称为容屑槽的容屑系数，即（13-13）式中，为容屑槽的有效容积（mm3）；为切屑的有效容积（mm3）。如果忽略切屑宽度方向的变形，那么容屑系数就可以近似地用它们在拉刀法平面（即轴向截面）中的有效面积比来表示，即式中，F槽为容屑槽的有效面积（mm2）；F屑为切屑的有效面积（mm2）。齿升量

/mm≈0.030.03～0.070.07～0.100.104.5～83.53.22.9—＞8～143.23.22.92.6＞14～252.92.92.62.3拉削钢料时容屑系数的数值见表13-6，拉削铸铁时，一般为2～2.5。表13-6拉削钢料时的容屑系数容屑槽的有效面积如图所示，拉刀容屑槽的有效面积可看做是半径的圆面积，其中r为容屑槽底的圆弧半径，h为容屑槽深度，即近似表示为而切屑的有效面积，可近似地取切削层的断面积，即=；对于组合式拉刀，式中，对于分层式拉刀，=2

。因此，设计拉刀时，必须满足以下容屑条件在确定齿升量和查得容屑系数后，也可用上式验算拉刀齿槽深度，即另外，也可利用下式来校验容屑槽允许的最大齿升量6）分屑槽分屑槽的作用是减小切屑宽度，便于切屑容纳在容屑槽中。分层式拉削方式圆孔拉刀的切削齿和组合式切削方式圆孔拉刀的精切齿多采用V形分屑槽，如图所示：V形分屑槽V形分屑槽V形分屑槽的参数为：槽侧角ωc=45°～90°，槽宽bn=1.0～1.5

mm，分屑槽深度hn=0.7～1.0

mm，槽底半径rc=0.2～0.5mm。V形分屑槽深度hn应大于齿升量fz，否则其不起分屑作用。（b）（c）（a）V形分屑槽的槽底形式分屑槽的槽数应保证分屑后的切屑宽度不太大，使切屑易于卷曲。切屑宽度一般为6～7

mm时易于卷曲，故分屑槽槽数n的表达式为圆孔拉刀的粗切齿和过渡齿采用弧形分屑槽，弧形半径R决定于砂轮半径。组合式圆孔拉刀弧形分屑槽尺寸见教材表13-7。7）切削齿的齿数与直径切削齿的齿数是粗切齿、过渡齿和精切齿齿数之和，它可以按下式进行估算应取工件拉削前孔的最小若第一个切削齿不设齿升量，其直径直径 ，即当拉削前孔的精度等级在IT10以上时，因其精度较高，偏差较小，则第一个切削齿也可参加一部分外切削工作，故其直径可取为切削齿中的过渡齿数一般取3～5个，精切齿的齿数一般取3～7个。2.校准齿校准齿没有齿升量，只起校准及修光孔的作用，所以校准齿不开分屑槽。前角与后角前角γog。由于校准齿不起切削作用，因而其前角γog可取0°～5°，但为了制造方便，也可取与切削齿相同的前角。后角αog和刃带宽度bα1g。为了使拉刀重磨后直径变化小，延长拉刀使用寿命，校准齿的后角应比切削齿的后角取得小些，一般取αog＝30′～2°30′。在校准齿上后刀面的刃带宽度bα1g应比切削齿上后刀面的刃带宽度宽得多。但根据生产经验，刃带过宽易使金属黏附在刀齿顶部（尤其是对塑性大的钢料），故一般刃带宽度取较小值。拉刀校准齿的具体参数值见表13-8。表13-8拉刀校准齿的具体数值校准齿刃带宽度

/mm0.2～0.30.2～0.30.42）校准齿齿数拉刀经过多次重磨，使最后一个精切齿的直径减小超出允许值时，校准齿就递补为精切齿。被加工孔精度要求高时，则校准齿的齿数就应取得多一些，反之则少些。拉刀校准齿的齿数见表13-9。表13-9 拉刀校准齿齿数被加工孔精度H9～H7H11H13～H12拉刀校准齿齿数5～73～42～33）校准齿齿距与齿槽由于校准齿不起切削作用，其齿距pg可以取得小些，以缩短拉刀长度。当切削齿齿距p＞10

mm时，校准齿齿距取pg=(0.6～0.8)p当切削齿齿距p≤10

mm时，为了制造方便，校准齿齿距取pg=p校准齿的齿槽应做成与切削齿相同的形状。4）校准齿直径为了增加拉刀的重磨次数，使其具有较长的使用寿命，校准齿

直径应等于拉削后孔的最大直径Dmmax，但还必须考虑拉削后孔的直

径的扩张或收缩。由于刀齿上产生的切屑黏结和磨刀时产生的毛刺，拉刀制造时产生的切削刃位置偏差和轴线的直线度误差，以及拉刀

和拉削前孔不同轴等原因，拉削后孔的直径往往比校准齿的实际直

径要大，即产生扩张现象；而在孔壁较薄时，由于弹性变形也有可

能产生孔径收缩现象。因此，校准齿的直径d0g应取d0g=Dmmax±Δ式中，Δ为拉削后孔的直径的扩张量或收缩量（mm）。拉削后孔的直径扩张时取“－”号，孔的直径收缩时取“＋”号，扩张量与收缩量应通过实验确定。一般情况下拉削孔的扩张量见表13-10。表13-10拉削孔的扩张量单位：mm孔径公差孔径公差孔径公差0.02500.035～0.050.0050.18～0.290.030.0270.0020.06～0.100.010.30～0.340.040.03～0.0330.0040.11～0.170.02>0.340.053.拉刀的其他部分及其总长度1）前柄前柄应尽量选用快速装夹的结构，其直径至少应比拉削前孔的直径小0.5

mm，并选用标准值。圆孔拉刀前柄的结构尺寸如图所示。圆孔拉刀前柄的结构尺寸2）颈部颈部直径d2可与前柄直径d1相等(一次磨出)，或比前柄直径d1小0.3～1mm。其长度l2应保证拉刀第一个切削齿尚未进入工件以前，拉刀的前柄能被拉床夹头夹住。l2可按下式计算式中，m为拉床夹头与拉床床壁的间隙（mm），可取m＝10～20

mm；B为拉床床壁的厚度（mm）；A为拉床花盘法兰的厚度（mm）；l3为过渡锥长度（mm），其通常取10

mm、15

mm或20

mm。拉刀颈部长度的计算在拉刀工作图上，通常不标注颈部长度，而是标注从前柄端面到第一个切削齿之间的长度L′1。L′1可按下式计算L′1=l1+l2+l3+l4式中，l1为前柄长度（mm）；l4为前导部长度（mm）。3）过渡锥过渡锥的小端直径为颈部直径，大端直径为前导部直径。4）前导部前导部的直径d4取拉削前孔的最小直径Dwmin，其偏差为e8。其长度l4是过渡锥大端到第一个切削齿的距离，一般等于工件拉削长度l。当孔的长径比大于1.5时，可取l4=0.75l，但其值不可小于40

mm。5）后导部如图所示，后导部直径d7取拉削后孔的最小直径Dmmin，其偏差为f7，其长度l7=（0.5～0.7）l，但其值不可小于20

mm。拉刀尾部长度的计算6）后柄后柄直径与机床托架孔的尺寸一致，其长度l8=(0.5～0.7)l，但其值不可小于20～25

mm。7）拉刀总长度拉刀总长度是其各部分长度的总和。在总长度为1

000

mm以内时，偏差应取±2

mm；更长时，偏差应取±3

mm。拉刀总长度的允许值见表13-11。表13-11拉刀总长度的允许值单位：mm拉刀总长度12～1515～2020～2525～3030～50>50拉刀直径6008001

0001

2001

3001

6004.拉刀强度及拉床拉力的校验为了保证拉削工作的正常进行，在拉削时所产生的最大拉削力必须小于拉床的实际拉刀，并满足拉刀强度的限制，所以要进行拉床拉力和拉刀强度的校验，以避免损坏拉床和拉断拉刀。1）拉削力计算拉削力可按下式计算（13-29）式中，为拉削力（N）；为拉刀单位长度切削刃上的拉削力（N/mm），见表13-12；为每个刀齿切削刃的总长度（mm）。表13-12拉刀单位长度切削刃上的拉削力加工材料碳素钢合金钢灰铸铁197HBS=198～2