山东理工大学机械工程学院金属切削原理与刀具课件拉刀

1、1,第五章 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820)，以获得较高精度和较好的表面质量。,2,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，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0.30ms)，拉削平稳，切削厚度薄(一般精切齿的切削厚度为0005 0.015mm

2、)，因此可加工出精度为IT7，表面粗糙度不大于Ra08的工件，若拉刀尾部装有浮动挤压环,则可达Ra0.4 0.2.,3,(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。,4,二 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,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

3、组合式,中小型尺寸的高速钢拉刀,大尺寸和硬质合金拉刀,5,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=150mmin)。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2535mmin。,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。,6,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

4、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。,7,图 拉刀的类型,8,头部与机床连接，传递运动和拉力。,颈部头部和过渡锥连接部分。,过渡锥部使拉刀容易进入工件孔中，起对准中心的作用。,前导部起导向和定心作用，防止拉刀歪斜，并可检查拉 削前孔径是否太小，以免拉刀第一刀齿负荷太大而损坏。,切削部切除全部的加工余量，由粗切齿、过渡齿和精切 齿组成。,校准部起校准和修光作用，并作为精切齿的

5、后备齿。,后导部保持拉刀最后几个刀齿的正确位置，防止拉刀即 将离开工件时，工件下垂而损坏已加工表面。,尾部防止长而重的拉刀自重下垂，影响加工质量和损坏 刀齿。,9,圆孔拉刀的结构 1头部；2颈部；3过渡圆锥；4前导部 5切削部；6校准部；7后导部；8尾部,10,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

6、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。,11,拉刀切削部分的主要几何参数,12,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（普通）式拉削,分层式拉削又可分为成形式和渐成

7、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。,13,2）渐成式： 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。,14,分层式拉削,15,二、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，图中

8、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002O05mm，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。,16,分块式拉削,17,三、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

9、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，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。,18,综合式拉削,19,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

10、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。,20,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)。,21,三、拉刀的前角、后角和刃带,前角和其他刀

11、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)，HBl90240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25,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。,22,四、切削厚度(齿升量) f 对于成形式拉削的圆孔拉

12、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0.0150.04mm加工铸铁时为0.030.08mm。,23,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.

13、015mm，齿数一般可取为37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35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48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。,24,齿距可按下列经验公式计算：,其中,1.251.5用于分层拉削,1.51

14、.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0.60.9倍。,注意:ze不宜少于23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45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 =Lp+1,25,六、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834所示。图834(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。

15、双圆弧容屑槽的主要尺寸可按下式确定： h=(0.350.42)p； g=(0.250.35)p r=(0.50.55)h； R=(0.650.8)p。,26,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,27,式中

16、 Fp =h2/4 ； Fc=f L (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2.55.5，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22.5。,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,28,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836所示。分屑槽能减小切屑的宽度，使切屑容易

17、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。,29,2)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，应竭力避免槽底成弧形或平行于拉刀轴线。,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12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.,30,八、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=FDzeK1K2K3 (N) 式中F单位长度的拉削力， 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。 当齿升量大于0.04mm时可查阅其他有关资料。,31,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343392MPa，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；