空心大直径组装拉刀的设计与工艺.doc

1、1绪 论拉削加工以其突出的优点广泛应用于批量生产中。近年来，在单件、小批量生产中，有些形状复杂、精度高的零件也需要用拉刀才能加工。拉削几乎应用于所有的机械制造厂。拉刀是一种多齿工具，拉削是有拉倒的后一个（或一组）刀齿高于前一个（或一组）刀齿，从而能够从工件上切下多余的金属，以获得较高精度和较好的表面质量。拉刀从工件上把拉削余量切下来的顺序和方式，通常都用图形表达，称这种图形为“拉削图形”。拉削图形分为分层式、分块式和综合式三大类。综合式拉削集中了成形式拉削与轮切式拉削的特点，即粗切齿制成轮切式结构，精切齿则采用成形式结构。这样，既缩短了拉刀长度，保证较高的生产率，又能获得较好的工件表面质量。拉

2、刀主要用于大量生产中加工零件的成形表面。在这样条件下，较高的生产效率可补偿刀具制造和刃磨费用较高的不足。因此，可以说拉削技术的发展与大批大量生产紧密相关。拉刀是高效的多齿刀具。拉削时，利用拉刀上刀齿尺寸的变化来切除加工余量，拉削精度可达到IT8IT7，表面粗糙度Ra3.2-0.5m。 拉削加工主要特点是: 多刃同时参加切削； 切削宽度较大； 切削厚度较小(0.03-0.1毫米)； 加工表面光洁度好、精度高； 运动简单，易于自动化。花键孔的种类很多，应用较广的有矩形齿花键孔、渐开线花键孔和三角齿花键孔等。本文以渐开线花键孔拉刀的设计为主，对其余两种花键孔拉刀只介绍了截面尺寸的计算。1.1我国切削

3、技术发展概况装配式拉刀近年来有较快的发展，主要应用于结构尺寸较大的拉到和有特殊要求的拉刀。这是由于大尺寸结构拉刀要消耗大量高速钢、制造困难、成本高昂、磨损后修模也较为复杂。采用装配式结构可较好地解决上述问题，此外，装配式结构较易解决拉削方式、拉削余量分配、合理几何参数等因素和拉刀结构的矛盾，适合于有特殊要求的拉刀。目前，装配式拉刀的结构主要有装刀套式结构、装刀环式结构结构和装刀条式结构。拉刀是现代化生产中使用较多的高效切削刀具，它广泛用于汽车、拖拉机、机械制造等行业。国内一些大工具厂也因大直径拉刀所用高速钢材料的金相组织差，热处理不易掌握，质量难保证，易出废品等原因，也很少生产。为此，设计研制

4、装配式拉刀，解决了大直径拉刀不能淬火等一系列间题，提高了拉刀的制造能力和技术水平。拉刀主要是解决批量生产零部件加工孔的一种刀具，拉刀是由许多尺寸逐渐增高的刀齿所组成的一种切削刀具，当它在拉力作用下沿其轴线作直线运动时，其刀齿便一个接一个地在被加工工件上切下一层薄薄的金属，从而使工件获得一定的形状、尺寸、精度和光洁度的键槽。一根普通拉刀的价格一般在10002000元之间，但大孔径拉刀的价格则更为昂贵，有的价格高达八万多；拉刀在机械设计中有相关的标准，要求精度较高。特别是同心度、一致性等要求很严格。大直径拉刀是汽车工业、重型机械工业、国防工业广泛应用的精密复杂刀具。拉刀的制造相当于细长轴的加工，长

5、度愈一长，其制造难度愈大，成本愈高；拉刀又是一种多刃的成形刀具，它在拉削零件时，通常一次行程即可完成零件的加工。1.2拉刀简介1.2.1拉刀的类型 拉刀的种类可按贝加工表面部位、拉刀结构和使用方法不同来分类。按被加工表面部位不同分类按被加工表面部位不同可分为内拉刀和外拉刀。如下图1-1所示，较常见的内拉刀和外拉刀有：圆拉刀、花键拉刀、四方拉刀、键槽拉刀和 平面拉刀。a)圆拉刀 b）花键拉刀图1-1各种内拉刀和外拉刀1.2.2拉刀的组成拉刀的组成，以圆拉刀为例，拉刀的组成如下图所示，由前柄L1 、颈部L2 、过度锥L3 、前导部L4 、工作部L5 和后导部L6 组成。对于长或者重的拉刀还必须作出

6、支撑用的后柄L7，如图1-2所示。（1） 实心小径拉刀（2）空心大直径组装拉刀图1-2 拉刀的组成1.2.3拉刀的拉削方式拉削方式是指拉刀逐齿从工件表面切除加工余量的方式。拉削方式有分层式、分块式和综合式三种。1.分层式分层式是每层加工余量各由一个刀齿切除。但根据工件表面最终廓形的形成过程不同，又分成：同廓式 它是指各刀齿的廓形玉加工表面的最终廓形相似，最终廓形是由最后一个切削齿拉削后形成的。渐成式 它是指加工表面最终廓形是由各刀齿拉削后衔接形成的。2.分块式（轮切式）分块式拉刀取、组刀齿，齿组间有较大齿升量fz ，每组由三个齿组成，前二尺切削刃交错分布，他们分别切除加工面上1、2位置处余量，

7、最后一圆形齿起修光作用。此外，也有制成不分齿组的，每个切削齿均有较大的齿升量，各相邻刀齿切削刃均成交错分布，用于进行交错分块拉削。3.综合式综合式拉刀的前部刀齿做成单齿分块式，后部刀齿做成同廓分层式。三种拉削方式的主要特点是：同廓分层式拉刀的齿升量较小拉削质量高，拉刀较长；同廓渐成式拉刀拉削成型表面时拉刀容易制造，拉削质量较差；分块式拉刀的齿升量较大，适宜于拉削大尺寸、大余量表面，也可以拉削毛坯面，拉倒的长度短，效率高，但不易提高拉削质量；综合式拉刀具有同廓分层、分块拉削的优点，目前拉削余量较大的圆孔，常使用综合式圆拉刀。由上可知，研究先进的拉削方式，对提高拉削水平，改革拉刀结构和最近拉削技术

8、发展起着重要的促进作用。1.2.4空心大直径组装拉刀的优点在实际生产过程中，有时候需要加工的零件内径比较大，如果用实心拉刀加工的话，所需材料比较多，浪费也就比较大，而且拉刀的重量也比较大，不便于加工，所以在加工时，对于直径比较大的拉刀，就制成空心的，这样就便于拉刀的装夹与使用，同时还减轻了拉刀的质量，节约了材料，降低了企业的支出符合当前的可持续发展的方针，所以说空心大直径拉刀在实际生产中具有重大的意义。2拉刀设计2.1拉刀工作部分设计2.1.1齿升量渐开线花键拉刀的齿升量f 是相邻两刀齿（或两组刀齿）的半径差。f 应选择适当，若太大会影响拉刀强度和拉床负荷，但太小又难切下很薄的金属层。而刀齿也

9、容易磨损，加工表面也不光洁。精切齿的齿升量f数值见下表2-1，过度齿的齿升量有粗切齿的齿升量逐齿递减至精切齿的齿升量。精切齿的齿升量一般选取0.0050.025mm。表2-1 拉刀精切齿的齿升量拉刀类型被加工材料钢铸铁铝铜普通拉削圆孔拉刀0.015-0.030.03-0.080.02-0.050.05-0.12综合拉削圆孔拉刀0.03-0.06矩形齿花键拉刀0.025-0.080.04-0.100.02-0.100.05-0.12键槽及各种槽拉刀0.03-0.100.06-0.150.05-0.080.08-0.18综上所述可得出，最终所选则的拉刀齿升量为：粗切部分的齿升量f 取0.25mm，

10、精切部分的齿升量f取0.10mm。2.1.2.几何参数（1） 前角o 按被加工才聊得性质选取，对于强度或硬度高的材料，前角宜小，具体数值剑下表2-2：表2-2 拉刀前角工件材料o工件材料o钢布氏硬度值16-18可锻铸铁10197HBS198229HBS15铝及其合金、巴氏合金、紫铜20229HBS10-12不锈钢、耐热奥氏体钢20一般黄铜10灰铸铁180HBS10青铜、黄铜5180HBS5粉末冶金及铁石墨材料15根据上述表格中的数据，在本设计中，选择的前角o为18。(2)后角0 为了是刀齿前后面重磨之后，直径变小较慢，以及延长拉刀的使用寿命，拉倒的后角应选较小值，具体数值见下表2-3。(3)刃

11、带宽度b1 后刀面留有刃带，其宽度为，后角为0。刃带的作用是为了制造拉刀时便于测量刀齿直径和拉削时期支撑作用，重磨后又能保持直径不变。但刃带不宜太宽，以免增加摩擦而得到粗糙的加工表面，刃带宽度的具体数值见表2-3.表2-3 拉刀后角和刃带拉到类型粗切齿精切齿校准齿后角0刃带b1后角0刃带b1后角0刃带b1圆孔拉刀30+10.120+300.02-0.210+3020+300.3-0.5花键拉刀0.05-0.151300+10.05-0.20.5键槽拉到0.220+10.2-0.40.5由上表数值可得，在粗切部分，取切削齿的后角0 为330，由于是花键拉刀，故刃带b1选取范围为0.05-0.15

12、；在精切部分，取切削齿的后角0 为1300+1 ，刃带b1为0.05-0.2；校准齿的后角0为0300+30 ；刃带b1为0.2-0.7。具体数值如下图2-3所示 表2-3 切削齿后角与刃带2.1.3. 齿距齿距p是相邻两刀齿间的轴向距离，确定齿距的大小时，应考虑拉削的平稳性及足够的容屑空间，一般应有3-8个刀齿同时工作为好。粗切齿的齿距p按经验公式（2.1）计算P=（1.25-1.5）l （2.1）式中 l拉削长度（mm） P齿距，根据计算值，p值去接近的标准值（mm）。L=904，由式（2.1）计算得：P=12 最大同时工作齿数zc 可按下式（2.2）计算zc =l/p+1 （2.2）zc

13、 仅取整数部分。zc=71过渡齿的齿距p过 p过 =p精切齿的齿距p精 则为：当p10mm时， p精 =（0.6-0.8）p当平10mm时， p精 =p（便与制造）由P=12mm得；p精=0.8p=0.812=9.6取p精=10mm2.1.4.容屑槽容屑槽要有足够的容屑空间，能使切屑卷曲自由，又能使刀齿有足够强度，并可多次重磨，常用的容屑有下列三种形式，如图2-4所示。 图2-4容屑槽形式(1) 齿背为直线的槽行 槽底有一圆弧r，这种槽形简单，容易制造，用于拉削脆性材料及一般钢材。(2) 齿背为曲线的槽形 由于前刀面于两个圆弧（R和r）组成，这种槽形有利于卷屑，适用于拉削韧性材料。(3) 加长

14、齿距的槽形 槽底为一直线，容屑空间加大，适用于拉削深孔。容屑槽按其深度不同又可分为浅槽、基本槽及深槽三种，可根据具体情况来选用。决定容屑槽时要注意容屑条件，由于切屑卷曲不紧密，故应使容屑槽的有效容积V槽 大于切屑体积V屑 ，即容屑系数K应为K=V槽 /V屑 1 （2.3）由于切屑的宽度变形较小，可忽略不计，所以容屑系数K可用容屑槽及切削层在拉刀轴向剖面内（纵剖面）的面积比来表示。即K=F槽 /F切削层 （2.4）容屑槽纵剖面有效面积F槽 可按下式（2.5）近似计算F槽 =h2 /4 （2.5）式中，h容屑槽深度（mm）。切屑层的纵剖面积F切削层 为F切削层 =ac l （2.6）式中ac 切屑厚度（mm），杜宇普通拉削式拉刀，ac = af ；对