成形车刀设计(中北大学09级)

三、拉刀的设计前言拉刀是一种高生产率的刀具，可以用来加工各种形状的通孔、直槽、螺旋槽以及直线或曲线外表面，广泛的用于大量和成批生产中。

拉刀的种类如图（1）用于拉削的成形刀具。

刀具表面上有多排刀齿，各排刀齿的尺寸和形状从切入端至切出端依次增加和变化。

当拉刀作拉削运动时，每个刀齿就从工件上切下一定厚度的金属，最终得到所要求的尺寸和形状。

拉刀常用于成批和大量生产中加工圆孔、花键孔、键槽、平面和成形表面等, 生产率很高。

拉刀按加工表面部位的不同，分为内拉刀和外拉刀；按工作时受力方式的不同，分为拉刀和推刀。

推刀常用于校准热处理后的型孔。

拉刀的种类虽多，但结构组成都类似。

如普通圆孔拉刀的结构组成为：柄部,用以夹持拉刀和传递动力;颈部，起连接作用；过渡锥，将拉刀前导部引入工件；前导部，起引导作用，防止拉刀歪斜；切削齿，完成切削工作，由粗切齿和精切齿组成；校准齿，起修光和校准作用，并作为精切齿的后备齿；后导部，用于支承工件，防止刀齿切离前因工件下垂而损坏加工表面和刀齿；后托柄，承托拉刀。

拉刀的结构和刀齿形状与拉削方式有关。

拉削方式通常分为分层拉削和分块拉削两类。

前者又分成形式和渐成式；后者又分轮切式和综合轮切式。

成形式拉刀各刀齿的廓形均与被加工表面的最终形状相似;渐成式拉刀的刀齿形状与工件形状不同,工件的形状是由各刀齿依次切削后逐渐形成。

轮切式拉刀由多组刀齿组成，每组有几个直径相同的刀齿分别切去一层金属中的一段，各组刀齿轮换切去各层金属。

综合轮切式拉刀的粗切齿采用轮切式，精切齿采用成形式。

轮切式拉刀切削厚度较分层拉削的拉刀大得多，具有较高的生产率，但制造较难。

拉刀常用高速钢整体制造，也可做成组合式。

硬质合金拉刀一般为组合式，因生产率高、寿命长，在汽车工业中常用于加工缸体和轴承盖等零件，但硬质合金拉刀制造困难。

（一）选定刀具类型和材料的依据1选择刀具类型：对每种工件进行工艺设计和工艺装备设计时，必须考虑选用合适的刀具类型。

事实上，对同一个工件，常可用多种不同的刀具加工出来。

采用的刀具类型不同将对加工生产率和精度有重要影响。

总结更多的高生产率刀具可以看出，增加刀具同时参加切削的刀刃长度能有效的提高其生产效率。

例如，用花键拉刀加工花键孔时，同时参加切削的刀刃长度l=B×n×Zi，其中B 为键宽，n为键数，Zi为在拉削长度内同时参加切削的齿数。

若用插刀同时参加切削的刀刃长度比插刀大得多，因而生产率也高得多。

2正确选择刀具材料：刀具材料选择得是否恰当对刀具的生产率有重要的影响。

因为硬质合金比高速钢及其他工具钢生产率高得多，因此，在能采用硬质合金、的情况下应尽力采用。

由于目前硬质合金的性能还有许多缺陷，如脆性大，极难加工等，使他在许多刀具上应用还很困难，因而，目前许多复杂刀具还主要应用高速钢制造。

拉刀结构复杂，造价昂贵，因此要求采用耐磨的刀具材料，以提高其耐用度；考虑到还应有良好的工艺性能，根据《刀具课程设计指导书》表29，选择高速工具钢，其应用范围用于各种刀具，特别是形状较复杂的刀具。

根据表30，选择W18Cr4V。

（二）刀具结构参数、几何参数的选择和设计设计步骤1、选择拉刀材料及热处理硬度拉刀材料选用W6Mo5Cr4V2高速钢。

热处理硬度见图技术条件。

2、拟订拉削余量切除顺序和拉削方式拉削作量的切除顺序为：倒角—键侧—与大径—小径，拉刀切削齿的顺序是：倒角齿—花键齿—圆形齿。

实际采用分层拉削渐放式。

本节用脚标d,h,y表示倒角齿，花键齿和圆形齿；用脚标c,g,j和x表示粗切。

过渡，精切和校准齿；用脚标w和m表示工件预制孔和拉削孔。

3、选择切削几何参数按表4－2，4－3选择前角γ=5°后角α=2°4、确定校准齿直径倒角齿不设校准齿查表4－16，花键齿,圆形齿的扩张量为10um，则花键齿校准齿和圆形齿校准齿直径为mmd mm d yx hx 020.62)010.0030.62(110.72)010.0120.72(=-==-=5．计算倒角齿参数 查表4－29知倒角的工艺角度为 ︒=45θ。

按表4－29 计算如下：6.计算拉削余量 按表4－1计算圆形拉削余量为1mm ，预制孔径为61，实际拉削余量mm mm A y 28.2)61020.62(=-倒角余量 mm A d 28.200.6128.63=-=花键余量mm A h 93.8)1.028.63(110.72=--=7．选择齿升量 按表4－4选择为倒角齿：mm a fd 065.0=（槽拉刀和键槽拉刀栏）花键齿：mm a fh 050.0=（矩形花键拉刀栏）圆形齿：mm a fy 050.0= （综合式拉刀栏）mmmm d d mmB d mmctg ctg B M ctg mm d M tg d ftg B B BB B B y y 28.63)6.0~3.0(78.6202.11sin 12sin 02.111353.54545sin 1203.262sin 203.26)1.1245sin(6221)sin(211.122097.0arcsin 2097.062455.02122sin 2min min 1max 1maxmin 1=+==︒====︒-︒⨯⨯=-==︒+︒⨯⨯=+=︒===︒⨯⨯+=+=φφθθφφθφθφ8．设计容屑槽1）齿距计算 按表4－7mm l P 11604.1)5.1~2.1(=== mm P P P j g 8)8.0~6.0(===2）选择容屑槽 按表4-8采用曲线槽，粗切齿用深槽，h=4.5mm,精切齿用基本槽。

3）校验容屑条件 查表4-9得容悄系数k=3.5。

倒角齿齿升量大时，就校验之，应使满足式l Ka h f 13.1≥ ：17.460065.05.313.113.1=⨯⨯=l ka f 因式h=4.5,所以l Ka h f 13.1≥ 式满足，校验合格。

4）校验同时工作齿数 据表4-7得知l/p=5,即15,5max min +==θθz z ，满足830≤≤z 的校验条件9.花键齿截形设计 花键齿键宽b B 按下式计算，精确到0.001mm ：b xh m a B B δ-=m a x b b B B ∆-=m a x m i n式中，m a x b B 为内花键键槽宽最大极限尺寸；b δ为拉削扩张量（查表4-16得b δ=0.010mm ）;b ∆为拉刀键齿宽制造公差带宽，为保证键齿尺寸耐用度高，b∆应在制造条件允许范围内取小值，取b ∆=0.010mm 。

则x hma B =(12.043-0.010)mm=12.033mm minb B =(12.033-0.010)mm=12.023mm拉刀键齿面应制出 0=r K 的修光刃f ，其下应磨出侧隙角'301 。

工厂常在齿高为1.25mm 及其以下的刀齿上磨侧隙，在图中标出。

10.确定分屑槽参数 除校准齿和与其相邻的一个精切齿外，拉刀切削齿均磨制三角形分屑槽。

由于在每个圆形齿上都存在着不工作的刃段，圆形齿段不必磨分屑槽。

11.选择拉刀前柄 按表4—17选择Ⅱ型—A 无周向定位面的圆柱形前柄，公称尺寸551=d mm,卡爪底径422=d mm,其余见图12.校验拉刀强度 通过计算分析，确认倒角齿拉削力最大，因而应计算拉刀倒角齿拉削力kNkN k k k k k z a F F mm mm f B z a e w z h w 0.166101113.115.115.16424.9619210424.96)010.02033.12(8)2(3343210max max max =⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯∑'==⨯+⨯=+=∑--拉刀最小截面积在卡槽底颈处，则拉应力 G P a G P a F A F 12.074.1384/0.16642414.32max minmax ==⨯==σ][σσ<（表4-25），拉刀强度校验合格。

根据表4-23,表4-24,拉床拉力为400 X 0.8KN=320KN,比Fmax 大,拉床载荷校验合格.选用L6140拉床,良好状态旧拉床.13.确定拉刀齿数及每齿直径1）倒角齿齿数 53.17065.0228.22=⨯==fdd dc a A z 取182）花键齿齿数 初拟花键过渡痴与精切齿的齿升量为0.04，0.03，0.02，0.01，0.005mm ，逐步递减，共切除余量mm A 21.0"=。

花键粗切齿齿数 2.88105.0221.093.812"=+⨯-=+-=fdb bc a A A z取89齿，多切去了0.25⨯0.05⨯2mm=0.025mm 的余量，应减去0.0125的齿升量.因此减去一个精切齿并将齿升量调整为0.04,0.03,0.015,0.0075.后2齿齿升量<0.5afh 为精切齿,前2齿则为过度齿.3) 圆形赤齿书 初拟方案与花键齿相同,即拟切去"A 余量,计算圆形粗切齿齿数为1.8105.0221.0020.112"=+⨯-=+-=fyyc a A Ay z 取8齿,少切了0.15 X 0.005X 2=0.015mm 的余量,需增加一个精切齿起齿升量为0.0075mm.这样,圆形齿段具有粗切齿8个,过度齿3个,精切齿3个.4）校准部齿数 倒角齿不设校准齿。

圆形齿和花键齿校准齿齿数查表4-14，得花键校准齿齿数 4=bx z 圆形校准齿齿数 7=yx z 各齿直径基本尺寸,见表4-41矩形花键拉刀齿序表齿形 齿号直径基本尺寸 直径尺寸公差 齿型 齿号直径基本尺寸1 61.13 692 61.26 70 68.23 3 61.39 71 68.334 61.52 72 68.435 61.65 73 68.536 61.78 74 68.637 61.91 75 68.738 62.04 76 68.839 62.14 77 68.93 10 62.3 78 69.03 11 62.43 79 69.13 12 62.56 80 69.23 13 62.69 81 69.33 14 62.82 82 69.43 15 62.95 83 69.53 16 63.08 84 69.63 17 63.17 85 69.73 18 63.23 86 69.83 19 63.13 87 69.93 20 63.23 88 70.03 21 63.33 89 70.13 22 63.43 90 70.23 23 63.53 91 70.33 24 63.63 92 70.43 25 63.739370.5326 63.83 94 70.6327 63.93 95 70.7328 64.03 96 70.8329 64.13 97 70.9330 64.23 98 71.0331 64.33 99 71.1332 64.43 100 71.2333 64.53 101 71.3334 64.63 102 71.4335 64.73 103 71.5336 64.83 104 71.6337 64.93 105 71.7338 65.03 106 71.8339 65.13 107 71.9340 65.23 108 72.0141 65.33 109 72.0742 65.43 110 72.143 65.53 111 72.11544 65.63 112 72.11545 65.73 113 72.11546 65.83 114 72.11547 65.93 115 72.11548 66.03 116 61.149 66.13 117 61.250 66.23 118 61.351 66.33 119 61.452 66.43 120 61.553 66.53 121 61.654 66.63 122 61.755 66.73 123 61.856 66.83 124 61.8857 66.93 125 61.9458 67.03 126 61.9859 67.13 127 6260 67.23 128 62.01561 67.33 129 62.02562 67.43 130 62.02563 67.53 131 62.02564 67.63 132 62.02565 67.73 133 62.02566 67.83 134 62.02567 67.93 135 62.02568 68.03 136 62.025 最后一个齿距加长的目的是为了砂轮的切出.14.拉刀齿部长度 参照图4-2。