《金属切削与机床》课件第10章

第10章刨削加工与刨床10.1刨削加工

10.2拉

削

加

工与拉床

10.1刨削加工10.1.1刨削

1．刨削的应用刨削是以刨刀相对工件的往复直线运动与工作台（或刀架）的间歇进给运动实现切削的加工方法。刨削可以加工平面、平行面、垂直面、台阶、沟槽、斜面、曲面等，如图10－1所示。刨削加工的精度可达IT9～IT8，最高可达IT6，表面粗糙度Ra值可达6.3～1.6μm，最低可达0.8μm，能基本满足一般平面加工的要求。

图

10-1刨削加工示意图

2．刨削的运动刨削的运动因机床的不同而异,如图10-2所示。在牛头刨床上刨削时，刀具的直线往复移动是主运动，工件的横向间歇移动是进给运动，如图10－2(a)所示。在龙门刨床上刨削时，工件的直线往复移动是主运动，刀具的横向间歇移动是进给运动，如图10－2(b)所示。刨刀或工件前进时切下切屑的行程称为工作行程，返程时不切削称为空行程。空行程刨刀需抬起让刀，

以避免刀具和工件的摩擦。

图10-2刨削运动(a）

牛头刨床上的刨削;(b）

龙门刨床上的刨削

3．刨削的特点

(1)刨削在主运动的同时没有进给运动，故刀具的角度不因切削运动变化而变化。

(2)刨削加工的过程是在断续切削，刀具在空行程中能得到自然冷却。

(3)刨削的主运动是往复运动，回程时不切削，限制了切削速度的提高。

(4)刨削一般生产率比较低，但在加工狭长表面如导轨、长槽等时，由于减少了进给次数，可以采用多件、多刀等，

生产率也可提高。

10.1.2刨刀

1．刨刀的种类刨刀是刨削加工所使用的工具。刨刀的种类很多，可按加工表面的形状和用途分类，也可按刀具的形状和结构分类。

(1）按加工表面的形状和用途，刨刀可以分为平面刨刀、偏刀、切刀、弯切刀、角度刀和样板刀等。其中，平面刨刀用于刨削水平面；偏刀用于刨削垂直面、台阶面和外斜面等；切刀用于切断和刨削直槽等；弯切刀用于刨削T形槽；角度刀用于刨削燕尾槽和内斜面等；样板刀用于刨削V型槽和特殊形状的表面等。

具体可参照图10-1分析。

(2）按刀具的形状和结构，刨刀可分为左刨刀和右刨刀、直头刨刀和弯头刨刀、整体刨刀和组合刨刀等。图10-3是直头刨刀和弯头刨刀的工作示意图。当刨削力过大或刨削较硬的工件时，直头刨刀的刀杆受力变形向后弯曲，刀尖容易啃入已加工表面，发生“扎刀”或“崩刀”现象，影响加工表面的粗糙度，如图10-3(a)所示；而弯头刨刀切削时就不易产生这种现象,如图10-3(b)所示。

图10-3直头刨刀和弯头刨刀(a）

直头刨刀;(b）

弯头刨刀

图10-4是一种宽刃精刨刀的结构。这种刨刀刃宽小于50mm时，刀片材料采用硬质合金（YG6,YG8）；刃宽大于50mm时，刀片材料采用高速钢。刀片安装的前角一般为-10°～-15°，后角为3°～15°。刨刀刃磨后要对前、后刀面进行研磨，使其表面粗糙度Ra值小于0.1μm。

图

10-4宽刃精刨刀

2．刨刀的角度

刨刀的几何角度及其选取原则基本与车刀相同。刨削过程冲击较大，为了使切入工件时的冲击力不作用在刀尖而作用在刀刃上，刨刀的前角应比车刀的前角约小5°～10°，刃倾角约为-10°～20°，

主偏角一般在45°～75°。

10.1.3刨

床

用刨刀加工工件表面的机床称为刨床。刨床类机床主要有牛头刨床、龙门刨床和插床等类型。

其组、系代号及主参数如表10-1所示。

表10-1常用刨床组、

系代号及主参数

1.牛头刨床牛头刨床主要由床身、滑枕、刀架、工作台、横梁等组成，因其滑枕和刀架形似牛头而得名，如图10-5所示。牛头刨床的主运动是滑枕3带动刀架2在水平方向所作的直线往复运动。滑枕3装在床身4顶部的导轨上，由床身内部的曲柄摇杆机构传动，实现主运动。通过调整变速手柄5可以改变滑枕的运动速度，行程长度则可通过滑枕行程调节手柄6调节。刀具安装在刀架2前端的抬刀板上，转动刀架上方的手轮，可使刀架沿刀架座上的垂直导轨上下移动，以调整刨削深度。调整刀架座可使刀架绕水平轴左右偏转60°，用以刨削斜面或斜槽。滑枕回程时，抬刀板可将刨刀朝前方抬起，避免刀具擦伤已加工表面。工件装夹在工作台1上，可沿横梁8上的导轨作间歇的横向进给运动。横梁8带动工作台沿床身的竖直导轨上下移动，以调整工件与刨刀的相对位置。图中7为手轮。

图

10-5牛头刨床

牛头刨床的传动方式有机动和液压两种。在机械传动方式中，曲柄摇杆机构最为常见。用曲柄摇杆机构传动时，滑枕的工作速度和空行程速度都是变值。图10-6(a)所示为曲柄摇杆机构传动的滑枕速度图。当牛头刨液压传动时，滑枕的工作速度和空行程速度都是定值，如图10-6(b)所示。

图10-6滑枕速度图(a）

机械传动的速度图;(b）

液压传动的速度图

2.龙门刨床图10-7是龙门刨床的外形图。龙门刨床因有一个“龙门”式框架而得名。龙门刨床的主运动是工作台9带动工件沿床身10的水平导轨作直线往复运动。横梁2上的立刀架5、6可沿横梁导轨作间歇的横向进给运动，用于刨削工件的水平表面。立刀架上的溜板可使刨刀上下移动，作切入运动或刨削竖直平面。此外，刀架溜板还能绕水平轴调整至一定的角度，用于加工斜面。装在左、右立柱上的侧刀架1和8可沿立柱导轨作垂直方向的间歇进给运动，用于刨削工件的竖直平面。横梁可沿立柱导轨升降，以调整刀具与工件的位置。各个刀架都有自动抬刀装置，在工作台回程时，刀板自动抬起，可避免刀具擦伤已加工表面。图

10-7龙门刨床

10.1.4插床

1.插削加工插削是指用插刀相对工件作垂直运动的加工方法。插削主要用于加工工件的内表面，如键槽、花键孔、多边形孔等，如图10-8所示。插削生产率低，所以只用于单件小批量生产，

成批生产中已被拉削替代。

图10-8插削加工示意图(a）

插键槽;(b)插方孔;(c)插六方形孔;(d)插花键孔

2.插床插床又称为“立式刨床”，其主运动是滑枕带动插刀作上下往复直线运动。图10－9是插床的外形图。滑枕5向下移动为工作行程，向上为空行程。滑枕导轨座绕立柱上的销轴，可在小范围内调整角度(β)，以加工倾斜表面。下滑座2和上滑座3可分别带动工件实现横向和纵向的进给运动。圆工作台4可沿圆周方向作间歇进给运动，其分度由分度装置8实现。

图10-9插床

10.2拉削加工与拉床10.2.1拉

削

加

工拉刀是一种多齿刀具，它的后一个(或一组)刀齿高出前一个(或一组)刀齿，从而在拉削时能够一层一层地从工件上切去金属，以获得所要求的加工表面。拉削后可达到的精度等级为IT9～IT7，表面粗糙度Ra为3.2～0.5μm。拉削主要用于成批、大量生产中。拉削加工的典型截面形状如图10-10所示。

图

10-10拉削的典型截面

1．拉削过程拉削时，拉刀与工件的相对运动为主运动，一般为直线移动。拉削的进给运动依靠后一刀齿的齿升量（前后刀齿的高度差）来实现，如图11-2所示。拉削一次行程可切除被加工表面的全部余量，获得所要求的加工表面。当拉刀在切削时，受压而不受拉，此时称推削加工，刀具被称为推刀。

推削加工一般用于修光和校正孔的变形。

图

10-11拉削过程

2．拉削要素

(1）拉削速度v:拉刀直线移动的速度。

(2）进给量或齿升量af：相邻两齿径向高度之差。

(3）切削厚度hD：在基面Pr内平行于过渡表面的切削层尺寸。当κr=90°时，hD=fZ。

(4）切削宽度bD:在基面Pr内沿过渡表面所度量的切削层尺寸。同廓圆孔拉刀的bD=πD，其中D为拉刀刀齿的直径。

(5）切削面积:在基面内切削层的面积Ac=afbD=hDbD。切削总面积∑Ac=AcZe,其中Ze为同时工作的齿数。

3．拉削方式

1）分层拉削分层拉削是将拉削余量一层一层地顺序切下的一种拉削方式。分层拉削可分为同廓拉削和渐成拉削，

如图10-12所示。

图10-12分层拉削方式(a)同廓拉削方式;(b）

渐成拉削方式

（1）同廓式:各刀齿的廓形与被加工表面最终要求的形状相似，工件表面的形状和尺寸，决定于拉刀最后一个精切齿和校准齿的形状与尺寸,如图11-3(a)所示。其优点是ae小，aw大，拉削的表面粗糙度值小，适用于加工余量较少且均匀的中小尺寸的圆孔以及精度要求较高的成形表面。（2）渐成式:各刀齿廓形与被拉削表面的形状不同，被加工表面的形状和尺寸由各刀齿的副切削刃形成，如图11-3(b)所示。对于加工复杂成形表面的工件，这种拉刀制造比同廓式简单。由于已加工表面出现副切削刃的交接痕迹，故加工表面质量较差。

2）分块拉削分块拉削是把加工余量分为若干层，每层被各刀齿分段切除。分块拉削可分为轮切式和综合轮切式，如图10-13所示。

图10-13分块拉削方式(a）

轮切拉削方式;(b）

综合拉削方式

（1）轮切式：拉刀的切削部分由若干齿组组成，每个齿组有2～5个刀齿。每个齿组切除一层加工余量，每个刀齿切除该层加工余量中的一段，如图11-4(a)所示。轮切式拉刀拉削时hD大，bD小，故拉刀上的刀齿较少，长度短，切削效率高,适用于加工尺寸大、余量大的内孔。（2）综合轮切式:综合式拉刀拉削是吸取了轮切与同廓式的优点而形成的一种拉削方式，如图11-4(b)所示。综合轮切式拉刀的粗切齿和过渡齿制成轮切式结构，精切齿则采用同廓式结构，这样既缩短了拉刀长度，提高了生产率，又能获得好的表面质量。

我国生产的圆孔拉刀多采用这种结构。

4．拉削的特点拉削与其它金属切削形式相比较，主要具有以下特点：

(1）生产率高。拉刀同时工作的刀齿多，切削刃长，一次行程能够完成粗、半精及精加工。

(2）加工精度较高。拉削精度等级可达IT8～IT7，表面粗糙度Ra可达0.8～0.5μm。

(3）拉刀耐用度高。拉削速度低，拉刀磨损慢，因此耐用度高。

(4）拉床的结构简单。拉削时通常只有一个主运动，进给运动由齿升量来完成，因此拉床结构简单，

操作方便。

10.2.2拉刀

1．拉刀的种类

1）按被加工表面分类按被加工表面的部位可将拉刀分为内拉刀和外拉刀，

如图10-14所示。

图

10-14各种内拉刀和外拉刀

2）按拉刀结构分类按拉刀结构可分为整体拉刀、焊接拉刀、装配拉刀和镶齿拉刀，其中后两种拉刀如图10-15所示。

3）按使用方法分类按拉刀的使用方法可分为拉刀和推刀。推刀是在推力作用下工作，主要用于校正与修光硬度低于45HRC且变形量小于0.1mm的孔。推刀与拉刀结构相似，

它的齿数小，长度短。

图10-15装配拉刀和镶齿拉刀(a）

组合直角平面拉刀;(b）

装配式内齿轮拉刀;(c）

镶齿硬质合金拉刀

2．拉刀的结构拉刀的种类很多，结构也各不相同，但其组成部分却基本相同。现以圆孔拉刀为例介绍拉刀的结构及其作用，如图10-16所示。

图

10-16拉刀组成与工作状态示意图

(1)前柄l1:拉刀的夹持部分，用于传递拉力。

(2)颈部l2：直径相对较小，便于柄部穿过拉床的挡壁，也是打标记的地方。

(3)过渡锥l3：引导拉刀逐渐进入工件预制孔中。

(4)前导部l4:引导拉刀正确地进入孔中，防止拉刀歪斜。

(5)工作部l5：包括切削部分和校准部分。其中，切削部分担负全部余量的切削工作，由粗切齿、过渡齿和精切齿三部分组成；校准部分起光整和校准作用，并可作为精切齿的后备齿，各齿形状及尺寸完全一致，用以提高加工精度和减小表面粗糙度值。

(6)后导部l6：保持拉刀最后的正确位置，防止拉刀的刀齿在切离后因下垂而损坏已加工表面或刀齿。

(7)后柄l7：对于又长又重的拉刀，用以支承并防止拉刀下垂。拉刀每齿上都有前角γo、后角αo及后角为0°的刃带；相邻齿间都有容屑槽。

3．拉刀的合理使用

1）防止拉刀断裂及刀齿损坏拉削时刀齿上受力过大、拉刀强度不够，是损坏拉刀和刀齿的主要原因。为使拉削顺利，可采取如下措施：（1）要求预制孔精度为IT10～IT8,表面粗糙度Ra≤5μm，预制孔与定位端面垂直度偏差不超过0.05mm。（2）检查拉刀的制造精度。对于外购拉刀可进行齿升量、容屑空间和拉刀强度的检验。（3）对难加工的材料，可采取适当热处理，以改善材料的加工性。（4）

保管、

运输拉刀时，

要防止拉刀弯曲变形和碰坏刀齿。

2）消除拉削表面缺陷拉削表面产生鳞刺、纵向划痕、压痕、环状波纹和啃刀等是常见的缺陷。消除这些缺陷，提高拉削表面质量的主要途径有：（1）提高刀齿刃磨质量。要注意保持刀齿刃口锋利，防止微纹产生，各齿的前角、刃带宽应保持一致。（2）保持稳定的拉削。增加同时工作齿数，减小精切齿和校准齿距或做成不等分布的齿距，提高拉削系统刚度。（3）合理选用拉削速度。拉削速度是影响拉削表面质量、拉刀磨损和拉削效率的重要因素。图11-8所示为拉削速度vc与表面粗糙度Rz的关系。资料表明,当vc=20～40m/min时，可获得很小的表面粗糙度，并能提高拉刀寿命。

图

10-17拉削速度与表面粗糙度的关系

（4）合理选用切削液。拉削碳素钢和合金钢材料时，选用极压乳化液、硫化油和加极压添加剂切削油对提高拉刀寿命、

减小拉削表面粗糙度均有良好作用。

3）提高拉刀重磨质量拉削时，若达不到加工质量，且拉刀后面磨损量VB≥0.3mm和切削刃局部崩刃长ΔL≥0.1mm等情况下，均应对拉刀进行重磨。

图

10-18圆拉刀的刃磨

图10-18是在万能工具磨床或拉刀磨床上用碟形砂轮对圆拉刀前刀面刃磨的示意图。砂轮和拉刀绕各自的轴线转动，并使砂轮周边与前刀面上的m点接触，m点为拉刀前刀面与槽底圆弧之间的交点。为了减少砂轮的接触面积，砂轮的锥面与前刀面的平角为5