第八章其他加工刀具 【内容提要】 本章主要介绍拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的类型、结构和作用以及工作原理。 【目的要求】 1.明确拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的类型 2.掌握拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的结构特点、切削参数及应用场合:会根 据具体加工工艺情况选择拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的类型。 3.了解自动线与数控机床刀具。 【本章内容】 第一次课 §8-1拉刀 拉刀是一种多齿、精加工刀具。拉刀工作时沿轴线作直线运动,以其后一刀齿高于前 刀齿来完成拉削任务。拉削加工在成批大量生产中得到广泛的应用。 、拉削特点 (1)生产率高拉刀同时工作齿数多,切削刃长,一次行程即可完成工件的粗加工、精 加工和光整加工,因此具有很高的生产率, (2)拉削速度低,质量稳定一般拉削速度νc=2~8m/min,拉削平稳,切削厚度小 因此拉削精度可达IT7~IT8,表面粗糙度值可达Ra5~0.8μm。另外,拉削时各刀齿不是 连续而是间隙工作的,刀齿磨损慢,刀具耐用度高,寿命长。这样由同一把拉刀加工出的工 件,其质量稳定,具有很好的互换性 (3)拉床结构简单、操作方便因为拉削一般只有一个主运动。 4)拉刀加工范围广泛可拉削各种形状的通孔和外表面。但拉刀的设计、制造复杂, 价格昂贵,不适应单件小批生产 (5)拉刀是专用刀具一种形状与尺寸的拉刀,只能加工相应形状与尺寸的工件,不具 有通用性。因此也把拉刀称为定尺寸刀具 二、拉刀分类 拉刀种类很多,结构各异,目前有多种分类法: (1)按加工内、外表面可分为内拉刀与外拉刀 (2)按加工对象可分为圆孔拉刀、花键孔拉刀和特形孔拉刀等 (3)按受力方式可分为拉刀、推刀和旋转拉刀等 三、拉刀结构 尽管不同的拉刀结构各有特点,但它们的组成部分还是相同的。下面以圆孔拉刀为例, 来说明拉刀各组成部分及其作用 (1)柄部由拉床的夹头夹住,传递拉力
第八章 其他加工刀具 【内容提要】 本章主要介绍拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的类型、结构和作用以及工作原理。 【目的要求】 1．明确拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的类型； 2．掌握拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的结构特点、切削参数及应用场合；会根 据具体加工工艺情况选择拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的类型。 3．了解自动线与数控机床刀具。 【本章内容】 第一次课 §8-1 拉 刀 拉刀是一种多齿、精加工刀具。拉刀工作时沿轴线作直线运动，以其后一刀齿高于前一 刀齿来完成拉削任务。拉削加工在成批大量生产中得到广泛的应用。 一、拉削特点 (1)生产率高 拉刀同时工作齿数多，切削刃长，一次行程即可完成工件的粗加工、精 加工和光整加工，因此具有很高的生产率。 (2)拉削速度低，质量稳定 一般拉削速度νc=2～8m／min，拉削平稳，切削厚度小， 因此拉削精度可达 IT7～IT8，表面粗糙度值可达 Ra5～0．8μm。另外，拉削时各刀齿不是 连续而是间隙工作的，刀齿磨损慢，刀具耐用度高，寿命长。这样由同一把拉刀加工出的工 件，其质量稳定，具有很好的互换性。 (3)拉床结构简单、操作方便 因为拉削一般只有一个主运动。 (4)拉刀加工范围广泛 可拉削各种形状的通孔和外表面。但拉刀的设计、制造复杂， 价格昂贵，不适应单件小批生产。 (5)拉刀是专用刀具 一种形状与尺寸的拉刀，只能加工相应形状与尺寸的工件，不具 有通用性。因此也把拉刀称为定尺寸刀具。 二、拉刀分类 拉刀种类很多，结构各异，目前有多种分类法： (1)按加工内、外表面可分为内拉刀与外拉刀； (2)按加工对象可分为圆孔拉刀、花键孔拉刀和特形孔拉刀等； (3)按受力方式可分为拉刀、推刀和旋转拉刀等。 三、拉刀结构 尽管不同的拉刀结构各有特点，但它们的组成部分还是相同的。下面以圆孔拉刀为例， 来说明拉刀各组成部分及其作用。 (1)柄部 由拉床的夹头夹住，传递拉力。．
(2)颈部连接柄部与其后各部分,便于柄部穿过拉床的挡壁。也是打标记的地方 (3)过渡锥引导拉刀逐渐进入工件孔中,并起对准中心的作用 (4)前导部导向、防止拉刀偏斜 (5)切削部分担负全部加工余量的切除工件,由粗切齿、过渡齿和精切齿组成,其刀 齿直径尺寸自前往后逐渐增大 (6)校准部起修光和校准作用,亦可做精切齿的后备齿 (⑦)后导部保持拉刀最后的正确位置,防止拉刀刀齿在切离工件后,因自重下垂而损 坏已加工表面或刀齿。 (8)支托部对长而重的拉刀起支撑托起作用。 四、拉削要素 以圆孔拉刀为例 (1)拉削速度vc拉刀的直线运动速度即为拉削速度vc。拉削时,切削刃上各点乃至 各刀齿的拉削速度是相等的,这一点是不同于车削与钻削的 (2)进给量或齿升量fz指相邻两刀齿(或齿组)半径方向的高度差。齿升量大,则刀齿 的切削厚度大。 (3)切削厚度hD在基面Pr内垂直于加工表面度量的切削层尺寸。对于轮切式拉刀 hD=fz;对于综合轮切式拉刀,hD=2fz (4)切削宽度bD在基面Pr内沿加工表面所度量的切削层尺寸。同廓式圆孔拉刀bD= πdo,式中的do为拉刀刀齿的直径 (5)切削面积AD拉刀每一刀齿的切削面积为AD=bDhD。若拉削时同时工作齿数为ze, 则切削总面积为 AD2=ADz e= I dofzze (mm2) 式中ze—一拉刀同时工作齿数;L。—工件的拉削长度;P—一拉刀切削齿的齿 距。 五、拉削方式 拉削方式又称拉削图形。它是指拉削时工件表面的成形方式和加工余量的切除方式。采 用何种拉削方式,既影响着刀齿的负荷分配、拉削力、工件表面质量,又影响到拉刀耐用度、 拉刀总长等。因此,拉削方式是拉刀设计中应首先确定的一个重要环节。 )表面成形方式 表面成形方式有两种:同廓式和渐成式 1.同廓式 同廓式拉削,其特点是拉刀刀齿的形状与工件的廓形相似,最后一个刀齿决定已加工
(2)颈部 连接柄部与其后各部分，便于柄部穿过拉床的挡壁。也是打标记的地方。 (3)过渡锥 引导拉刀逐渐进入工件孔中，并起对准中心的作用。 (4)前导部 导向、防止拉刀偏斜。 (5)切削部 分担负全部加工余量的切除工件，由粗切齿、过渡齿和精切齿组成，其刀 齿直径尺寸自前往后逐渐增大。 (6)校准部 起修光和校准作用，亦可做精切齿的后备齿。 (7)后导部 保持拉刀最后的正确位置，防止拉刀刀齿在切离工件后，因自重下垂而损 坏已加工表面或刀齿。 (8)支托部 对长而重的拉刀起支撑托起作用。 四、拉削要素 以圆孔拉刀为例。 (1)拉削速度νc 拉刀的直线运动速度即为拉削速度νc。拉削时，切削刃上各点乃至 各刀齿的拉削速度是相等的，这一点是不同于车削与钻削的。 (2)进给量或齿升量 fz 指相邻两刀齿(或齿组)半径方向的高度差。齿升量大，则刀齿 的切削厚度大。 (3)切削厚度 hD 在基面 Pr 内垂直于加工表面度量的切削层尺寸。对于轮切式拉刀， hD=fz；对于综合轮切式拉刀，hD=2fz。 (4)切削宽度 bD 在基面 Pr 内沿加工表面所度量的切削层尺寸。同廓式圆孔拉刀 bD= πdo，式中的 do 为拉刀刀齿的直径。 (5)切削面积 AD 拉刀每一刀齿的切削面积为 AD=bDhD。若拉削时同时工作齿数为 zе， 则切削总面积为： AD∑=ADzе=πdofzze(mm2) ； 式中 zе——拉刀同时工作齿数； L。——工件的拉削长度； P——拉刀切削齿的齿 距。 五、拉削方式 拉削方式又称拉削图形。它是指拉削时工件表面的成形方式和加工余量的切除方式。采 用何种拉削方式，既影响着刀齿的负荷分配、拉削力、工件表面质量，又影响到拉刀耐用度、 拉刀总长等。因此，拉削方式是拉刀设计中应首先确定的一个重要环节。 (一)表面成形方式 表面成形方式有两种：同廓式和渐成式。 1．同廓式 同廓式拉削，其特点是拉刀刀齿的形状与工件的廓形相似，最后一个刀齿决定已加工
表面的形状与尺寸。这种拉削方式,优点是bD大hD小、拉削后表面质量高,缺点是拉刀齿 数多、拉刀较长。另外,它不适于拉削有硬皮铸、锻件,否则刀齿易损。 2.渐成式 渐成式拉削,其特点是拉刀刀齿的形状与工件的廓形不相似,工件的表面不是由最后 个刀齿形成,而是由各切削刃包络而成。其优点是拉刀制造简单,缺点是拉削表面质量不及 同廓式拉削 (二)加工余量的切除方式 拉削时,加工余量的切除方式有两种:分层拉削与分块拉削。 1.分层拉削 是把加工余量分为若干层,每一刀齿切除其中的一层。 2.分块拉削 是把加工余量分为若干层,每一层或两层被几个刀齿分段切除。分块拉削又可分为轮切 式拉削和综合轮切式拉削 (1)轮切式拉刀的切削部分由若干齿组组成,每一齿组中有2~5个刀齿,并切去较厚 的一层金属,而每一刀齿只切去该层金属中的若干段。同一齿组内各刀齿无齿升量,但齿组 间齿升量较大。在同一齿组内,前后两个刀齿开有交错分布的分屑槽,使切削刃交错分布, 第三个刀齿设计成圆环形,直径略小些。 轮切式拉刀拉削时,切削厚度b较大,切削宽度幻较小,故拉刀齿数少,长度短,切削 效率高。适用于加工尺寸大、余量大的内孔,还可用来拉削带有硬皮的铸、锻件 (2)综合轮切式综合轮切式拉削是综合了分层拉削与轮切式拉削的优点而形成的。整 个切削部分分为粗切齿组、过渡齿组和精切齿组三部分。粗切齿组与过渡齿组采用类似轮切 式的刀齿结构,即除第一个刀齿切除第一层加工余量的一半外,从第二个刀齿起每一刀齿均 切除二层加工余量的一半。但粗切齿齿升量较大,过渡齿齿升量逐渐减小,精切齿组采用分 层拉削同廓式的刀齿结构,各刀齿的齿升量较小。校准齿组也采用了同廓式的刀齿结构,但 各刀齿间无齿升量,即fz=0。 综合轮切式拉刀的优点是:齿升量分布合理,刀齿较少,拉刀长度短,生产效率高, 拉削平稳,加工表面质量高 第二次课 六、拉刀设计 拉刀设计主要有切削部分、校准部分和其它部分设计。下面以圆孔综合轮切式拉刀为例 来说明其设计过程
表面的形状与尺寸。这种拉削方式，优点是 bD 大 hD 小、拉削后表面质量高，缺点是拉刀齿 数多、拉刀较长。另外，它不适于拉削有硬皮铸、锻件，否则刀齿易损。 2．渐成式 渐成式拉削，其特点是拉刀刀齿的形状与工件的廓形不相似，工件的表面不是由最后一 个刀齿形成，而是由各切削刃包络而成。其优点是拉刀制造简单，缺点是拉削表面质量不及 同廓式拉削。 (二)加工余量的切除方式 拉削时，加工余量的切除方式有两种：分层拉削与分块拉削。 1．分层拉削 是把加工余量分为若干层，每一刀齿切除其中的一层。 2．分块拉削 是把加工余量分为若干层，每一层或两层被几个刀齿分段切除。分块拉削又可分为轮切 式拉削和综合轮切式拉削。 (1)轮切式 拉刀的切削部分由若干齿组组成，每一齿组中有 2～5 个刀齿，并切去较厚 的一层金属，而每一刀齿只切去该层金属中的若干段。同一齿组内各刀齿无齿升量，但齿组 间齿升量较大。在同一齿组内，前后两个刀齿开有交错分布的分屑槽，使切削刃交错分布， 第三个刀齿设计成圆环形，直径略小些。 轮切式拉刀拉削时，切削厚度 b 较大，切削宽度幻较小，故拉刀齿数少，长度短，切削 效率高。适用于加工尺寸大、余量大的内孔，还可用来拉削带有硬皮的铸、锻件。 (2)综合轮切式 综合轮切式拉削是综合了分层拉削与轮切式拉削的优点而形成的。整 个切削部分分为粗切齿组、过渡齿组和精切齿组三部分。粗切齿组与过渡齿组采用类似轮切 式的刀齿结构，即除第一个刀齿切除第一层加工余量的一半外，从第二个刀齿起每一刀齿均 切除二层加工余量的一半。但粗切齿齿升量较大，过渡齿齿升量逐渐减小，精切齿组采用分 层拉削同廓式的刀齿结构，各刀齿的齿升量较小。校准齿组也采用了同廓式的刀齿结构，但 各刀齿间无齿升量，即 fz=O。 综合轮切式拉刀的优点是：齿升量分布合理，刀齿较少，拉刀长度短，生产效率高， 拉削平稳，加工表面质量高。 第二次课 六、拉刀设计 拉刀设计主要有切削部分、校准部分和其它部分设计。下面以圆孔综合轮切式拉刀为例 来说明其设计过程
(一)切削部分的设计 1.齿升量fz 粗切齿的齿升量较大。因为加工余量的80%要由粗切齿去切除,但其齿升量也不易过大, 过大则拉削力大,一则影响拉刀的强度和拉床的负荷;二则很难获得表面粗糙度值小的拉削 表面。一般推荐齿升量fz=0.03~0.06mm,且各齿齿升量相等。 精切齿的齿升量fz较小。考虑到加工精度与表面质量,其齿升量fz一般取0.01~ 0.03mm,且各齿齿升量相等 过渡齿齿升量介于粗切齿与精切齿的齿升量之间,且大小不等、逐渐减小。这样安排过 渡齿的齿升量,其目的是使拉削力从粗切齿组到精切齿组起到一个平稳的过渡,保持拉削过 程的平稳性 2.几何参数 (1)前角γ0一般根据工件材料选取。拉削钢料时,为减小切削变形,降低拉削力,提 高拉削表面质量,一般y0-5。~20。(材料韧性大,yo取得大些);拉削铸铁时,为加强切 削刃强度,γ0应选得小些,约为5°~10° (2)后角ao拉刀属于定尺寸刀具,为使刀齿沿前面重磨后直径变化较小,以延长拉刀 的使用寿命,其后角ao应选得小些,一般ao=1°~3° 3)刃带ba1为了使拉刀制造时便于测量,拉削时起支撑作用和重磨后又能保持疵不 变,各刀齿后面上留有宽度为bal、后角为零的刃带。但一般bal不宜太宽,以免增大摩擦, 使拉削表面质量降低,通常ba1=0.1~0.4nm,粗切齿取得小些,精切齿取得大些 3.齿距P 齿距指相邻两刀齿间的轴向距离。在设计齿距P时,要着重考虑两个方面的问题,即容 屑空间与拉削平稳性。若齿距P小,则同时工作齿数多,拉削平稳性好,拉削表面质量高 但齿距P过小,容易造成容屑空间不够,切屑挤塞于容屑槽内而折断拉刀。一般齿距P的设 计原则是:在保证有足够容屑空间的前提下,同时工作齿数ze尽可能多些。一般ze≥3 通常推荐: 粗切齿P=(1.25~1.5)√L 过渡齿Pn=P 精切齿Pm=P1(当P1≤10mm时) Pm=(0.6~0.8)P1(当Pr>10mm时) 式中PI,PⅡ,PⅢ—一分别为粗切齿、过渡齿和精切齿齿距,mm; Lo一拉削长度,m 4.容屑槽 拉削属于封闭式切削,切屑被封闭于容屑槽中,所以对容屑槽的要求是:有足够的空间 并能使切屑自由卷曲,以免堵塞和损坏刀齿:能使刀齿有足够的强度和较多的重磨次数 ①直线齿背型齿背为直线,槽底有一圆弧r,形状简单,制造容易,常用于拉削脆性
(一)切削部分的设计 1．齿升量 fz 粗切齿的齿升量较大。因为加工余量的 80%要由粗切齿去切除，但其齿升量也不易过大， 过大则拉削力大，一则影响拉刀的强度和拉床的负荷；二则很难获得表面粗糙度值小的拉削 表面。一般推荐齿升量 fz=O．03～0．06mm，且各齿齿升量相等。 精切齿的齿升量 fz 较小。考虑到加工精度与表面质量，其齿升量 fz 一般取 0．01～ O．03mm，且各齿齿升量相等。 过渡齿齿升量介于粗切齿与精切齿的齿升量之间，且大小不等、逐渐减小。这样安排过 渡齿的齿升量，其目的是使拉削力从粗切齿组到精切齿组起到一个平稳的过渡，保持拉削过 程的平稳性。 2．几何参数 (1)前角γ0 一般根据工件材料选取。拉削钢料时，为减小切削变形，降低拉削力，提 高拉削表面质量，一般 y0—5。～20。(材料韧性大，y0 取得大些)；拉削铸铁时，为加强切 削刃强度，γ0 应选得小些，约为 5°～10°。 (2)后角 ao 拉刀属于定尺寸刀具，为使刀齿沿前面重磨后直径变化较小，以延长拉刀 的使用寿命，其后角 ao 应选得小些，一般 ao=1°～3°。 (3)刃带 ba1 为了使拉刀制造时便于测量，拉削时起支撑作用和重磨后又能保持疵不 变，各刀齿后面上留有宽度为 ba1、后角为零的刃带。但一般 ba1 不宜太宽，以免增大摩擦， 使拉削表面质量降低，通常 ba1=0．1～O．4nm，粗切齿取得小些，精切齿取得大些。 3．齿距 P 齿距指相邻两刀齿间的轴向距离。在设计齿距 P 时，要着重考虑两个方面的问题，即容 屑空间与拉削平稳性。若齿距 P 小，则同时工作齿数多，拉削平稳性好，拉削表面质量高。 但齿距 P 过小，容易造成容屑空间不够，切屑挤塞于容屑槽内而折断拉刀。一般齿距 P 的设 计原则是：在保证有足够容屑空间的前提下，同时工作齿数 zе尽可能多些。一般 zе≥3。 通常推荐： 式中 PI，PⅡ，PⅢ——分别为粗切齿、过渡齿和精切齿齿距，mm； Lo——拉削长度，mm。 4．容屑槽 拉削属于封闭式切削，切屑被封闭于容屑槽中，所以对容屑槽的要求是：有足够的空间 并能使切屑自由卷曲，以免堵塞和损坏刀齿；能使刀齿有足够的强度和较多的重磨次数。 ①直线齿背型 齿背为直线，槽底有一圆弧 r，形状简单，制造容易，常用于拉削脆性
材料及一般钢材 ②曲线齿背型齿背为曲线,槽底为圆弧,这种槽型有利于切屑卷成螺旋形,适应于拉 削塑性较大的金属。 ⑧加长齿距型槽底为一直线,用两圆弧r分别与前面、齿背相连接。这种槽型有足够 的容屑空间,适应拉削长度L。较大的工件,综合轮切式拉刀常用这种槽型。 容屑槽深度ˆ确定容屑槽时,必须注意容屑条件。因为切屑卷曲不可能绝对紧密,所以 应使容屑槽的有效容积大于切屑体积。 般容屑槽的有效容积与切屑体积的比为2~4,这个比值用K来表示,于是有: rh2 haDL。K 整理得: h=1.13√KhDL 式中h—一容屑槽深度,mm K——容屑系数,一般加工钢料K=2.5~3.5,加工铸铁K一2~2.5; hD—一切削厚度,综合轮切式拉削hD=2fz,m: Lo—一拉削长度,m 容屑槽按其深度不同,可分为浅槽、基本槽和深槽。根据齿距P和槽深h,可在有关资 料中査出容屑槽的各个参数。 5.分屑槽 拉刀在拉削塑性材料时,如果切削刃上没有分屑槽,则每个刀齿切下的金属层是一个圆 环,对拉削过程不利,并且它会套在容屑槽中,使切屑清除困难。所以对直径较大的拉刀而 言,在前、后相邻切削齿的切削刃上要做出交错分布的分屑槽,使切屑分成若干小段,切屑 卷曲顺利,清除方便。拉削脆性材料,因是崩碎形切屑,无须做出分屑槽。 分屑槽形式有圆弧形、V形和U形三种。分屑槽的深度h应大于齿升量fz,否则不能 分屑。其槽底后角一般设计为αo+2°,为了保证拉削质量,最后一个精切齿不开分屑槽 6.切削齿数z 切削齿由粗切齿zI、过渡齿zⅡ和精切齿zⅢ三部分组成。其齿数为 Z=ZI+ ZI+ ZIlI (1)粗切齿齿数z1 A-(AI+Am) 2f2 式中A—一总余量(见图8-10),mm
材料及一般钢材。 ②曲线齿背型 齿背为曲线，槽底为圆弧，这种槽型有利于切屑卷成螺旋形，适应于拉 削塑性较大的金属。 ③加长齿距型 槽底为一直线，用两圆弧 r 分别与前面、齿背相连接。这种槽型有足够 的容屑空间，适应拉削长度 L。较大的工件，综合轮切式拉刀常用这种槽型。 容屑槽深度^ 确定容屑槽时，必须注意容屑条件。因为切屑卷曲不可能绝对紧密，所以 应使容屑槽的有效容积大于切屑体积。 即 一般容屑槽的有效容积与切屑体积的比为 2～4，这个比值用 K 来表示，于是有： 整理得： 式中 h——容屑槽深度，mm； K——容屑系数，一般加工钢料 K=2．5～3．5，加工铸铁 K 一 2～2．5； hD——切削厚度，综合轮切式拉削 hD=2fz，mm； Lo——拉削长度，mm。 容屑槽按其深度不同，可分为浅槽、基本槽和深槽。根据齿距 P 和槽深 h，可在有关资 料中查出容屑槽的各个参数。 5．分屑槽 拉刀在拉削塑性材料时，如果切削刃上没有分屑槽，则每个刀齿切下的金属层是一个圆 环，对拉削过程不利，并且它会套在容屑槽中，使切屑清除困难。所以对直径较大的拉刀而 言，在前、后相邻切削齿的切削刃上要做出交错分布的分屑槽，使切屑分成若干小段，切屑 卷曲顺利，清除方便。拉削脆性材料，因是崩碎形切屑，无须做出分屑槽。 分屑槽形式有圆弧形、V 形和 U 形三种。分屑槽的深度 h1 应大于齿升量 fz，否则不能 分屑。其槽底后角一般设计为αo+2°，为了保证拉削质量，最后一个精切齿不开分屑槽。 6．切削齿数 z 切削齿由粗切齿 zI、过渡齿 zⅡ和精切齿 zⅢ三部分组成。其齿数为： Z= ZⅠ+ ZⅡ+ ZⅢ (1)粗切齿齿数 z1 式中 A——总余量(见图 8—10)，mm；