第四章拉刀的设计及应用

1、对被拉削工件的要求
• 9) 长拉刀使用时பைடு நூலகம்应将托架调整到与工件同轴。当工件孔 与拉刀前导部位之间的缝隙较大时，应将工件移到与孔径 一致的拉刀刀齿上开始拉削，否则会造成孔的位置偏移或 拉刀折断的危险； 10) 拉床定位端面必须与拉刀进刀轴线垂直，要定期检查 拉床定位法兰托盘对进刀轴线的垂直度； 11) 拉床拉削走刀时的平稳、有力，与拉床运行前的邮箱 运转加热，油缸中储存空气的排出，油压稳定升降有着密 切关系，其中以排除走刀时的颤动或爬行尤为重要； 12) 拉削前应用冷却润滑油冲洗浸溶拉刀，冲刷附在刀齿 和容屑槽内的切屑或其他赃物，并使刀齿进一步得到润滑； 13) 拉刀插入夹头时，要注意插板是否插正；自动锁紧的 夹头，在拉刀插入后要用手往回拉一拉，看是否已经锁紧； 带爪式的夹头在拉刀插入后要观察和用手试拉是否装正和 卡住。然后将所需拉削的工件推在拉削的定位面上，才能 开车拉削。
一、概述
• 一、 拉刀的种类和用途 • 二、 拉刀结构要素 • 三、 拉削方式

图1 渐开线花键拉刀(6T95倒档啮合齿座)

一、 拉刀的种类和用途（工作示意图）
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拉刀是一种高生产率、高精度的多齿刀具。拉削时，拉刀 作等速直线运动，是主运动。由于拉刀的后一个（或一组） 刀齿高出前一个（或一组）刀齿，所以能够依次从工件上切 下金属层，从而获得所需的表面。拉削时，由刀齿的齿升量 代替了进给运动，因此拉削加工中没有进给运动。拉刀的种 类很多，一般分为内拉刀和外拉刀两大类

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图2拉刀工作示意图

图3 几种常用拉刀的结构型式
键槽拉刀

矩型花键拉刀

圆孔拉刀 渐开线花键拉刀

平面拉刀

一、 拉刀的种类和用途
• 内拉刀用于加工各种廓形的内孔表面，其拉刀名称一般都 有被加工孔的形状来确定，如圆孔拉刀、四、六方拉刀、 键槽拉刀、花键拉刀等。内拉刀还可以加工螺旋内花键， 内齿轮。内拉刀可加工的孔径通常为10~120mm，在特殊 情况下可加工到5~400mm，拉削的槽宽一般为3~100mm， 孔的长度一般不超过直径的3倍，特殊情况下可达到2m。 • 外拉刀用于加工各种开放的外表面，如平面、成型表面、 槽纹、汽轮机中的复杂榫槽和榫头以代替这些零件的铣、 刨、磨等加工，特别适用与汽车、摩托车、拖拉机等大批 量生产中的某些零件表面。 • 拉刀按机构分可分为整体式和组合式（装配式）两大类， 中小规格的内拉刀都做成整体式，大规格的内拉刀和大部 分外拉刀多做成组合式。 • 根据拉刀刀齿材料又分为高速钢拉刀和硬质合金拉刀。 • 根据拉刀工作时的受力情况又分为拉刀和推刀。

（1）拉刀结构图
头部

颈部

过渡锥部

前导部

切削部

校准部

后导部

尾部

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图4

（2） 刀齿几何参数
• 齿升量αf--前、后两刀齿（或 齿组）半径或高度之差。粗切齿 af=0.02～0.20mm,精切齿 af=0.005～0.015mm。 齿距p--相邻两刀齿之间的轴 向距离。齿距根据孔的拉削长度 计算，拉刀同时工作齿数可取 3～8个。 前角γo--前角根据工件材料选 择。一般高速钢拉刀切削齿的前 角γo=5°～20°，硬质合金拉刀 的前角γo=0°～1.0°，校准齿 前角γog与切削齿前角相同。 刃带ba1--为了增加拉刀的重 磨次数，提高切削过程的平稳性 和便于制造时控制刀齿的直径， 在刀齿后刀面上留有一后角为 0°的棱边。

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5、容屑槽的形状与尺寸
• 拉刀的容屑槽应能保证容纳切下的全部切屑和切屑的 自由卷曲，并应保证刀齿有足够的强度和一定的重磨 次数。常用的容屑槽形状有直线齿背型和曲线齿背型 两种，直线齿背型易于制造，多用于拉削脆性材料， 曲线齿背有利于切屑的卷曲和拉削结束后切屑从容屑 槽中落下来，适用于拉削韧性材料。 容屑槽各部分尺寸与齿距t的关系如下： h=（0.38~0.45）t g=（0.3~0.35）t R=（0.65~0.7）t R=0.5h 在设计和生产中应遵循尽量减小容屑槽规格尺寸，又 能满足生产需要的原则。

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2、拉削时注意事项
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1）拉削过程中，冷却润滑液不仅应有力的喷在刀齿上，最好在 工件外表面也要有足够的冷却。工件表面粗糙度要求较低时，建 议采用浓度较高的乳化液； 2）对于长而重的拉刀，从拉削开始到行程一半左右为止都应有 托架扶托进行拉削。当拉刀细而长有不够扶托条件时，可用手扶 托拉刀尾部，可减小摆尾现象； 3）在拉削即将结束时，要防止工件因自重下垂； 4）拉削过程中，要经常观注工件拉削表面质量及拉刀磨损情况。 一般来说，工件粗糙度较高时，拉刀振动和拉削异声加剧，都标 志着拉刀已经磨钝，需要进行修磨； 5）拉完一个工件后，应用铜丝刷顺着切削刃方向将附在容屑槽 内的切屑刷去，严禁用钢丝刷，也不能用棉纱揩擦，以免棉纱纤 维钩缠在刀齿上。当刀齿上粘附着的切屑用铜丝刷很难去除时， 可用油石轻轻打磨掉，但要注意保持刀齿原先的几何形状和锋口； 6）拉削过程中，要经常注意拉床上的压力表指针的变化情况， 若发现指针直线上升时应停车检查，防止损坏拉刀； 7）由于拉床拉力不够或工件偏斜等原因，造成拉床发生沉重负 荷的响声，甚至溜板停止移动，应立即停车检查； 8）拉刀用毕，应垂直悬挂，严防拉刀刀齿与金属物相碰（包括 与其他拉刀相碰）。

3、齿距t的选取
• • 齿距t及同时工作的齿数Zi
齿距是拉刀两相邻刀齿间的轴向距离，其大小一 般由工件的被拉削长度确定。拉削一般材料时齿距 t=（1.25~1.5）L*1/2（L——工件的被拉削长度） 短工件和脆性材料选小值，长工件或韧性材料选大 值。拉削高温合金材料时齿距为t=（1.9~2.0） *L1/2同时工作齿数Zi=L/t+1（取整数）。由此可知， 拉刀的齿距越小，拉刀的工作齿数就越多，工作过 程就越平稳，拉削表面粗糙度就越小，但相应会增 加拉削力，减小容屑空间，而拉刀齿距太大，则会 减小同时工作齿数，使拉削过程不平稳。所以在设 计时拉刀的同时工作齿数一般取3≤Zi≤8，齿距和同 时工作齿数时相互联系的必须综合考虑拉削平稳性， 拉削力，拉削长度，容屑空间和拉刀强度等情况。

4、容屑系数K和容屑槽深度h的选取
• • • • 在拉削中，拉刀每一刀齿所切下的切屑都 必须完全纳在容屑槽内。 容屑系数应满足以下条件 Ac/Aj≥K K＞1 式中 Ac——容屑槽的有效面积 Ac=π*h²/4 Aj——切削面积 Aj=Sz*L 所以 π*h²/4*Sz*L≥K 则 h≥1.13（K*Sz*L）1/2

图5 拉刀切削部份 的主要切削参数

三、拉削方式
• (1)分层式拉（也称为成形式拉削） • 特点：刀齿的刃形与被加工表面相同，它们一层层 地切下加工余量，最后由拉刀的最后一个刀齿和校 准齿切出工件的最终尺寸和表面。这种方式可获得 较高的表面质量，但拉刀长度较长，生产率较低。

图6 成形式拉削图 形

三、拉削方式

3、拉削速度的选取
• 拉削速度一般在1~18m/min。当拉刀齿升 量大时拉削速度应取小一些，拉削较硬材 料(280~320HB)或较软材料硬度<170HB 时，拉削速度应相应降低。拉削硬度大于 320HB时，拉削速度更应该降低。拉削粗 糙度低于Ra1.6时，拉削速度应控制在 2m/min以下。

4、拉削加工中常见缺陷产生的原因及消除方法 •

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1、对被拉削工件的要求
• 5) 拉削前预制孔必须保证一定的几何精度（如同 轴度、垂直度、尺寸精度为H8、H9~H11，粗糙度 Ra6.3~3.2）拉刀前导部分应能完全穿入孔内，穿 不进去或只穿过一半时是不能进行拉削的； • 6) 拉削前预制孔两端应进行倒角，以免毛刺影响 拉刀的通过及工件的定位； • 7) 拉刀使用前必须将防锈油用汽油洗净，并检查 刀齿是否锋利，刀齿有无碰伤，崩刃或其他损伤， 绝对不能用刀齿已损伤的拉刀进行拉削； • 8) 孔加工拉刀的拉削长度是有严格规定的，不能 任意超过拉刀规定的范围，否则会造成拉刀强度不 够而崩刃或折断，但拉削长度也不宜过短，要保证 拉削时同时工作的齿数不少于三个，以保证拉削过 程的平稳；

二、 拉刀的结构（主要组成部份）
• 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，也是打标记的地方 • 过渡锥部分--起引导作用，使拉刀容易进入工件的预制孔。 • 前导部分--引导拉刀平稳地、不发生歪斜地过渡到切削部分。 • 切削部分--担任全部加工余量的切除工作。它由粗切齿、过渡齿 和精切齿组成。 • 校准部分--最后几个无齿升量和分屑槽的刀齿，起修光、校准作 用。以提高孔的加工精度和表面质量，并可作为精切齿的后备齿。 • 后导部分--用来保持拉刀最后几个刀齿的正确位置，防止拉刀在 即将离开工件时，因工件下垂而损坏已加工表面质量及刀齿。 • 尾部--当拉刀长而重时，可以用托架支托拉刀的尾部，防止拉力 因自重而下垂，一般重量较轻的拉刀则不需要尾部。
• （2）分块式拉削（也称为轮切式拉削） 将加工余量分为若干层，每层金属不是由一个刀 齿切去，而是由几个刀齿分段切除，每个刀齿切去 该层金属中的相互间隔的几块金属。 优点是切屑窄而厚，在同一拉削余量下所需的刀 齿总数较分层式少，故拉刀长度大大缩短，生产率 也大大提高。这种方式还可用来加工带有硬皮的铸 件和锻件。其缺点是拉刀结构复杂，加工表面质量 较差。 （2）综合式拉削 集中了分层式与分块式拉削的优点，拉刀的粗切 齿及过渡齿制成轮切式结构（分块拉削），精切齿 则采用分层式结构，分层拉削，最终完成零件表面 的加工。

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2、齿升量Sz的选取
• 齿升量Sz 拉刀两相邻刀齿在半径方向上的尺寸差 称为拉刀的齿升量。齿升量也是拉刀每齿的切削 厚度和进给量，拉刀齿升量的大小直接影响着拉 削表面的质量、拉削力和拉刀的结构，是拉刀的 最重要的参数之一。齿升量的数值通常根据被加 工材料的性质、拉刀的类型、被拉削工件表面的 质量和精度要求等因素而确定，一般情况下拉刀 的齿升量不超过0.15mm，若有被拉削表面粗糙度 要求较小、被加工材料的加工性能差、用于高速 拉削的拉刀、加工刚性差的零件（薄壁和软金 属）、小截面低强度的拉刀等情况，齿升量应取 小一些。

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三、拉刀的合理使用
• 1、对被拉削工件的要求

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2、拉削时注意事项 3、拉削速度的选取
4、拉削加工中常见缺陷产生的原因及消除 方法

1、对被拉削工件的要求
• 拉削时的加工表面质量和尺寸精度与拉削前工件的工艺准 备状况有着密切的关系，对内孔的拉削来说工件预制孔不 仅是待加工表面而且也是定位基准，它的尺寸和几何精度， 与工件基准端的垂直度，以及工件材料的切削加工性能等， 对拉削的质量和拉削过程的正常进行都起着重要作用。 拉削前的工件应满足下列要求 1) 拉前的预制孔，应进行半精加工； 2) 拉削时的基面必须平整光滑，如果预制孔与定位基面精 度较差，则应采用球面支承夹具； 3) 对于较短的工件。其长度小于拉刀两个齿距时，可用夹 具把几个工件紧固在一起拉削； 4) 钢件应经过正火或退火及调制处理，其硬度在 180~240HB时拉削性能最好，粗糙度最容易达到，拉刀耐 用度也较高。因此，应尽可能将被加工工件预先热处理在 这一范围；

三. 拉刀主要切削要素选取
• 1、前角γ、后角α的选取 • 2、齿升量Sz的选取 • 3、齿距t的选取 • 4、容屑系数K和容屑槽深度h的选取

• 5、容屑槽的形状与尺寸

1、前角γ、后角α 的选取
• 前角γ 拉刀的前角主要根据被拉削材料的性能选 取。当拉削韧性材料时，应选用较大的前角，拉 削脆性材料时，应选用较小的前角。 后角α 拉刀的后角是根据拉刀的类型和工件所需 的加工精度而确定的。增大后角可以减少拉刀后 刀面与工件的摩擦，但在重磨时会很快减小拉刀 的尺寸，使其丧失精度。通常拉削IT7~IT8级精 度的圆孔拉刀、花键拉刀、四六方拉刀以及其他 类型的拉刀切削齿后角为2°~3°30′，拉削IT9精 度和更低精度的上述拉刀切削齿后角为3°~4°， 单面有齿的槽拉刀、平面拉刀和外拉刀切削齿后 角为4°~7°，校准齿的后角为0°30′~1°30′。