拉刀设计的关键问题分析
jic35导读：拉刀是一种高精度、率的多齿刀具，可用于加工各种形状的内、外表面。其中，硬质合金可转位拉刀具有切削效率高、使用寿命长等特点，其应用日趋广泛。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，zui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,生产率很高本文以曲轴加工为例，介绍用于加工外回转表面的硬质合金可转位拉刀的工作原理、设计特点以及拉刀角度的设计要点。
1拉刀的工作原理
图1拉刀加工原理示意图
采用拉削方式加工回转体外表面时，拉刀工作原理如图1所示。加工时，工件固定在夹具上随主轴一起高速旋转，拉刀沿工件圆周切线方向作直线进给运动。拉刀的每个刀齿均可看作一把切向成形车刀。由于拉刀各刀齿的切削刃与拉刀支撑平面的距离各不相同，当各刀齿依次切入工件时，从切削刃到工件轴线的zui小距离也逐齿变化，从而决定了各刀齿切除金属层的厚度。拉刀可在一次工作行程中完成粗、半精和精加工，且每一加工阶段可安排不同的加工余量。由于工件的径向尺寸由刀具安装位置决定，与进给运动的时间无关，因此加工精度易于保证。2拉刀的设计特点加工具有复杂廓形的外表面时，通常将拉刀设计为组合式，即将若干把拉刀安装在一个刀体上，使其分别加工同一零件的各部分表面。组合拉刀中的各把拉刀既可同时工作也可顺次工作。设计组合拉刀时，首先需将待加工表面廓形划分成若干简单的单元。为使加工每一单元的拉刀设计zui简化，同时又能提高拉削效率和缩短拉刀长度，在廓形分段及拉刀配置时应考虑尽可能让几把拉刀同时参与工作，但这样往往会造成拉刀结构过于复杂、拉刀及其紧固件布置困难、拉床过载、零件加工时变形过大、排屑困难等问题，因此在多数情况下采用同时加工与顺次加工相结合的方式来安排拉刀位置，合理拉削复杂表面。例如在图2所示的加工曲轴用组合拉刀结构中，布置在前面两侧的多排刀片可同时加工曲轴两侧板面，布置在后面的三排刀片则用于加工连杆轴颈表面。
图2加工曲轴用组合拉刀结构示意图
1.楔块2.螺钉3.可转位刀片4.内六角螺钉5.刀垫6.长刀座
图3组合拉刀中可转位刀片的夹固方式
采用硬质合金可转位刀片的拉刀可大大提高拉削效率和刀具使用寿命。图3所示为加工曲轴用组合拉刀中可转位刀片的夹固方式。在长刀座6上顺次布置了若干刀槽，为满足齿升量的不同要求，各刀槽的底面高度尺寸各不相同。在刀槽中装入刀垫5并用内六角螺钉4紧固在长刀座上，可转位刀片3安放在刀垫上，利用底面及两个侧面实现六点定位，并用楔块1和螺钉2夹紧固定。加工时，切削平面与工件的回转轴线相互平行。由于可转位刀片的刃长较窄，而需加工的轴颈较宽，因此需将多个可转位刀片沿轴颈轴线方向并排布置，以达到轴颈宽度，两相邻刀片应在相交处的左右各重叠一部分，以保证加工后不留刀痕。在设计组合拉刀时，其结构应能实现拉刀高度可调，以保证在加工复杂零件廓形时能获得所需加工精度。拉刀高度的调整通常在装配新拉刀时进行，通过用厚度一致的垫片垫入刀座与进给滑台之间或采用可沿拉刀长度方向移动的调整楔铁均可实现拉刀高度调整。调整楔铁的斜角为1°30´～2°，其长度应比拉刀总长大一个zui大调节行程，其宽度等于拉刀底面宽度，楔铁上的紧固螺钉孔应做成长条形，其长度应大于楔铁的行程长度。
3拉刀角度的设计要点
图4刀具前、后角的变化关系
前角和后角如图4所示，某一切削刃上的任意点从a点开始切削，在b点结束切削。在切削过程中，切削刃上任意点的工作前角和后角都在不断变化。现在讨论切削刃在直线段ab上的任意位置c点时（c点位置可用半径ri=oc和角度h来表示）垂直于工件轴线的剖面
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图1拉刀加工原理示意图
采用拉削方式加工回转体外表面时，拉刀工作原理如图1所示。加工时，工件固定在夹具上随主轴一起高速旋转，拉刀沿工件圆周切线方向作直线进给运动。拉刀的每个刀齿均可看作一把切向成形车刀。由于拉刀各刀齿的切削刃与拉刀支撑平面的距离各不相同，当各刀齿依次切入工件时，从切削刃到工件轴线的zui小距离也逐齿变化，从而决定了各刀齿切除金属层的厚度。拉刀可在一次工作行程中完成粗、半精和精加工，且每一加工阶段可安排不同的加工余量。由于工件的径向尺寸由刀具安装位置决定，与进给运动的时间无关，因此加工精度易于保证。2拉刀的设计特点加工具有复杂廓形的外表面时，通常将拉刀设计为组合式，即将若干把拉刀安装在一个刀体上，使其分别加工同一零件的各部分表面。组合拉刀中的各把拉刀既可同时工作也可顺次工作。设计组合拉刀时，首先需将待加工表面廓形划分成若干简单的单元。为使加工每一单元的拉刀设计zui简化，同时又能提高拉削效率和缩短拉刀长度，在廓形分段及拉刀配置时应考虑尽可能让几把拉刀同时参与工作，但这样往往会造成拉刀结构过于复杂、拉刀及其紧固件布置困难、拉床过载、零件加工时变形过大、排屑困难等问题，因此在多数情况下采用同时加工与顺次加工相结合的方式来安排拉刀位置，合理拉削复杂表面。例如在图2所示的加工曲轴用组合拉刀结构中，布置在前面两侧的多排刀片可同时加工曲轴两侧板面，布置在后面的三排刀片则用于加工连杆轴颈表面。
图2加工曲轴用组合拉刀结构示意图
1.楔块2.螺钉3.可转位刀片4.内六角螺钉5.刀垫6.长刀座
图3组合拉刀中可转位刀片的夹固方式
采用硬质合金可转位刀片的拉刀可大大提高拉削效率和刀具使用寿命。图3所示为加工曲轴用组合拉刀中可转位刀片的夹固方式。在长刀座6上顺次布置了若干刀槽，为满足齿升量的不同要求，各刀槽的底面高度尺寸各不相同。在刀槽中装入刀垫5并用内六角螺钉4紧固在长刀座上，可转位刀片3安放在刀垫上，利用底面及两个侧面实现六点定位，并用楔块1和螺钉2夹紧固定。加工时，切削平面与工件的回转轴线相互平行。由于可转位刀片的刃长较窄，而需加工的轴颈较宽，因此需将多个可转位刀片沿轴颈轴线方向并排布置，以达到轴颈宽度，两相邻刀片应在相交处的左右各重叠一部分，以保证加工后不留刀痕。在设计组合拉刀时，其结构应能实现拉刀高度可调，以保证在加工复杂零件廓形时能获得所需加工精度。拉刀高度的调整通常在装配新拉刀时进行，通过用厚度一致的垫片垫入刀座与进给滑台之间或采用可沿拉刀长度方向移动的调整楔铁均可实现拉刀高度调整。调整楔铁的斜角为1°30´～2°，其长度应比拉刀总长大一个zui大调节行程，其宽度等于拉刀底面宽度，楔铁上的紧固螺钉孔应做成长条形，其长度应大于楔铁的行程长度。
3拉刀角度的设计要点
图4刀具前、后角的变化关系
前角和后角如图4所示，某一切削刃上的任意点从a点开始切削，在b点结束切削。在切削过程中，切削刃上任意点的工作前角和后角都在不断变化。现在讨论切削刃在直线段ab上的任意位置c点时（c点位置可用半径ri=oc和角度h来表示）垂直于工件轴线的剖面
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