第五章拉刀

金属切削原理与刀具李勇第五章拉刀本章主要内容：1.拉刀的种类和用途（5.1）2.拉刀的结构（5.2）3.圆孔拉刀设计（5.3）拉削视频第五章拉刀第一节拉刀的种类和用途1.按照加工表面的不同分类：各种形状通孔加工的内拉刀，加工平面、槽等的外拉刀。2.按照结构不同分类：整体式和装配式两种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，以获得较高精度和较好的表面质量。第五章拉刀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0.30m／s)，拉削平稳，切削厚度薄(一般精切齿的切削厚度为0·005∽0.015mm)，因此可加工出精度为IT7，表面粗糙度不大于Ra0．8的工件，若拉刀尾部装有浮动挤压环,则可达Ra0.4∽0.2.(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。第五章拉刀第一节拉刀的种类和用途第五章拉刀第五章拉刀第五章拉刀在拉伸状态下工作在受压状态下工作(用于加工余量较小的内表面或修整热处理后的变形量)第五章拉刀拉床只有主运动，结构简单，可一次加工成形，质量好，效率高，但刀具设计制造复杂，适于大批量生产。拉床按加工表面分为内拉床和外拉床；按布局分为卧式和立式两类。第五章拉刀第二节拉刀的结构传递动力过渡+连接中心对准导向+定心+检查底孔尺寸拉刀位置保持辅助支撑有少量校准齿，校准+修光粗切齿+过渡齿+精切齿工作部分第五章拉刀拉刀切削部分几何参数如图所示αf——齿升量，即切削部前、后相邻刀齿（或组）高度之差；p——齿距，两相邻刀齿之间的轴向距离；bα1——刃带，用于在制造拉刀时控制刀齿直径，也为了增加拉刀校准齿前刀面的可重磨次数，提高拉刀使用寿命。有了刃带，还可提高拉削过程稳定性；γ0——前角；α0——后角。第五章拉刀5.3圆孔拉刀设计一、确定拉削余量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。第五章拉刀当预加工孔径(初孔)已知时，拉削余量δ可按下式计算：δ=dmmax一dmmin式中，dmmax为拉削后孔的最大直径；dmmin为预加工孔的最小直径。（1）当拉前孔是钻头加工时，拉削余量可按下式计算：δ=0.005dm+0.1l1/2δ：拉削余量；dm：拉削后孔的公称直径；l：拉削孔的长度（2）当拉前孔是扩孔钻加工时，拉削余量可按下式计算：δ=0.005dm+0.075l1/2（3）当拉前孔是精扩孔或镗孔加工时，拉削余量可按下式计算：δ=0.005dm+0.05l1/2第五章拉刀二、拉削方式（又称拉削图形）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：1.分层式（普通）;2.分块式（轮切）;3.综合式三大类。第五章拉刀1、分层（普通）式拉削将拉削余量一层一层地顺序切下，切削宽度大，切削厚度较小，刀齿多，拉刀长，生产率不高，不适合有硬皮的工件。分层式拉削又可分为同廓拉削式和渐成拉削式两种。（1）同廓拉削式：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。易于制造，SQ好，较常用。第五章拉刀（2）渐成式：如图中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。第五章拉刀2、轮切（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。图中所示的是两个刀齿为一组（共有四组刀齿）的圆孔拉刀及拉削图形。每一组（如红色圆环中间所示）的其中一个刀齿切削掉黑色所示的工件材料，另一个刀齿切削掉白色所示的材料。注意：1.一个刀齿并不是仅指有一段切削刃，而是指有若干段切削刃组成；2.同一组的两个刀齿具有不同的轴向位置。第五章拉刀图中所示的是三个刀齿为一组的轮切式圆孔拉刀及拉削图形。1,2刀齿具有相同的外径和廓形，相互错开，剩余的材料有第3个刀齿切除，第3个刀齿直径比同组的刀齿直径小0.02-0.04mm。分块式拉削的优点是，切屑窄而厚，单位切削力小，拉刀刀齿数目可少一些，拉刀短，生产率高；采用这种拉刀拉削铸锻件不会损坏刀齿。缺点是拉刀制造困难，加工表面质量较差。第五章拉刀3、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。它集中了普通（分层）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(在粗切齿后面)是采用分层式结构，它称为综合式拉刀(或综合轮切式拉刀)。第五章拉刀三、切削部设计1、齿升量αf对于分层式拉削的圆孔拉刀，其齿升量是指相邻两个刀齿高度之差；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。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∽0.015mm，齿数一般可取为3～7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3～5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4～8个。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。分层式圆孔拉刀加工钢时的齿升量为0.015∽0.03mm．加工铸铁时为0.03～0.08mm。精切齿0.005∽0.025mm第五章拉刀2、拉刀的前角、后角和刃带（查表法和计算法）前角和其他刀具一样，主要是根据工件材料性质选取，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18º；中碳钢(45钢，40Cr等)，HBl90～240时，前角可选为15º；铸铁、铜及合金工具钢前角可选为10º；青铜等前角为5º。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2～5º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2º～4º；精切齿的后角与粗切齿相同；校准齿的后角取为0º30ˊ。第五章拉刀刃带的用途不仅在制造拉刀时控制刀齿的尺寸，对于校准齿还可保证拉刀在沿前刀面重磨时刀具直径不变。刃带宽度不宜太大，否则刀齿磨损严重，降低加工表面质量.如图，后刀面有刃带，宽度为ba1，后角为0º。第五章拉刀齿距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。齿距可按下列经验公式计算：1.25～1.5用于分层拉削,1.5～1.9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0.6～0.8倍。注意:ze不宜少于2～3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4～5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=L／p+1第五章拉刀4、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。第五章拉刀5、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，如图所示。分屑槽能减小切屑的宽度，使切屑容易变形，便于卷曲，并易于从拉刀上取下。加工脆性材料时，切屑崩碎，因此不需要分屑槽。为了保证SQ，最后一个精切齿上不应有分屑槽。第五章拉刀6、拉刀的齿数及其直径齿数为：以上计算后进行圆整。过渡齿数一般取3-5个，精切齿数取3-7个。第五章拉刀四、拉刀的强度与拉床拉力校验1.拉削力计算：普通式圆孔最大拉削力：Fmax=Fz’πdmze综合式圆孔最大拉削力：Fmax=Fz’πdmze/2Fz’——拉刀切削刃单位长度上的拉削力dm——拉削后孔的公称直径ze——最大同时工作齿数第五章拉刀2.拉刀强度校验：拉削时的拉应力小于等于许用应力：σ=Fmax/Amin≤[σ]Amin——拉刀的危险横截面面积3.拉床拉力的校验：拉削时最大的拉力应小于拉床所能承受的实际拉力以及额定拉力。其中，新、旧拉床的系数取值不同。五、拉刀校准部校准部的齿无齿升量，不做分屑槽。具体计算可查表并且考虑拉削加工后的扩张量和收缩量。