機(jī)械設(shè)計(jì)畢業(yè)論文螺旋齒拉刀的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　螺旋齒拉刀的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱(chēng) </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p>

3、<p>　　在加工多種內(nèi)外幾何特征表面時(shí)，拉削是常用的加工方法。拉削可獲得高的生產(chǎn)率和表面質(zhì)量。拉削的主要缺陷是在加工過(guò)程中，除切削速度外其它參數(shù)都不能改變，這是因?yàn)槌饲邢魉俣龋星邢鲄?shù)在拉刀制造完成后都己確定好，因此刀具設(shè)計(jì)對(duì)拉削加工中是最重要的。</p><p>　　計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)經(jīng)過(guò)將近50年的發(fā)展，在工程設(shè)計(jì)和制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。從國(guó)外到國(guó)內(nèi)相繼出現(xiàn)了許多CAD應(yīng)用軟件及

4、二次開(kāi)發(fā)的軟件。對(duì)于復(fù)雜刀具的設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)也越來(lái)越得到重用。本文基于Pro/e設(shè)計(jì)了螺旋齒拉刀。本設(shè)計(jì)共分為4個(gè)章節(jié)，第一章，闡述本設(shè)計(jì)的背景——拉刀的發(fā)展和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)對(duì)于輔助刀具設(shè)計(jì)的運(yùn)用的相關(guān)知識(shí)。第二章，提出拉刀設(shè)計(jì)的基本要素。第三章，進(jìn)行了拉刀的力學(xué)分析。第四章，進(jìn)行拉刀的具體設(shè)計(jì)，進(jìn)行三維建模并繪制二維工程圖。本課題可以有效的使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)復(fù)雜刀具，縮短設(shè)計(jì)周期，節(jié)約設(shè)計(jì)成本，并能夠進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，方便修改與數(shù)

5、據(jù)保存。</p><p>　　關(guān)鍵詞：拉刀；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；Pro/e</p><p><b>　　abstract </b></p><p>　　Broaching is a widely used machining operation in manufacturing of variety of internal and external

6、 surface with geometrical features. High quality surfaces can be generated with high productivity. However, the main disadvantage of broaching is that it is not possible to change any of the cutting parameters but the cu

7、tting speed during production. That is because all machining parameters, except cutting speed, are fixed in the manufacturing of broaching tools, which makes tool design the most im</p><p>　　Computer aided d

8、esign (CAD) after nearly 50 years of development, Computer-aided design ,it has been widely used in engineering design and manufacturing. From foreign to domestic applications have emerged in many CAD software and second

9、ary development of software. For complex tool design, computer-aided design more and more be reused. This design based on Pro / e Design of a helical broaches. The design is divided into four sections. The first chapter

10、on the background of this design - broach th</p><p>　　Keywords: Broach ；CAD ；Pro/e </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　第一章 緒論- 1

11、-</p><p>　　1.1拉刀的基本知識(shí)- 1 -</p><p>　　1.2拉刀的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)- 2 -</p><p>　　1.3螺旋齒拉刀的特點(diǎn)- 3 -</p><p>　　1.4計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在刀具設(shè)計(jì)中的運(yùn)用- 5 -</p><p>　　1.5本課題主要意義- 5 -</p>

12、;<p>　　第二章 螺旋齒拉刀設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題- 6 -</p><p>　　2.1拉削余量- 6 -</p><p>　　2.2拉刀齒升量的選擇- 6 -</p><p>　　2.3拉刀刀齒和容屑槽的形狀- 7 -</p><p>　　2.3.1對(duì)拉刀刀齒和容屑槽形狀的要求- 7 -</p><p

13、>　　2.3.2容屑槽的形狀和種類(lèi)- 8 -</p><p>　　2.3.3容屑槽的尺寸計(jì)算- 8 -</p><p>　　2.4拉刀幾何參數(shù)的選擇- 9 -</p><p>　　2.4.1.拉刀的前角- 9 -</p><p>　　2.4.2拉刀的后角- 9 -</p><p>　　2.5拉刀的分屑槽

14、- 10 -</p><p>　　2.6拉刀的圓柱部分和總長(zhǎng)度- 11 -</p><p>　　2.6.1拉刀圓柱型前柄- 11 -</p><p>　　2.6.2拉刀頸部和過(guò)渡錐- 11 -</p><p>　　2.6.3前導(dǎo)部和后導(dǎo)部- 11 -</p><p>　　2.6.4后托柄和后柄- 12 -&

15、lt;/p><p>　　第三章 金屬切削力學(xué)分析- 13 -</p><p>　　3.1直角切削原理- 13 -</p><p>　　3.1.1第一變形區(qū)金屬滑移機(jī)理- 14 -</p><p>　　3.1.2切削受力分析- 14 -</p><p>　　3.2剪切角機(jī)理- 16 -</p><

16、;p>　　3.2.1斜角切削的簡(jiǎn)化分析- 16 -</p><p>　　3.2.2斜角切削的剪切角確定- 17 -</p><p>　　3.2.3斜切角切削的切削力- 18 -</p><p>　　3.3螺旋齒拉刀切削時(shí)切削力的簡(jiǎn)化與計(jì)算- 19 -</p><p>　　第四章 螺旋齒拉刀的設(shè)計(jì)- 20 -</p>

17、<p>　　4.1任務(wù)要求- 20 -</p><p>　　4.2拉刀具體參數(shù)設(shè)計(jì)- 20 -</p><p>　　4.2.1材料選擇和拉削方式選擇- 20 -</p><p>　　4.2.2選擇拉刀幾何參數(shù)- 20 -</p><p>　　4.2.3確定拉削余量和齒升量- 21 -</p><p&

18、gt;　　4.2.4容屑槽和分屑槽- 22 -</p><p>　　4.2.5確定拉刀前柄部位形狀和尺寸- 23 -</p><p>　　4.2.6校驗(yàn)拉刀強(qiáng)度和拉床載荷- 23 -</p><p>　　4.2.7其他部位設(shè)計(jì)- 25 -</p><p>　　4.3拉刀三維設(shè)計(jì)- 25 -</p><p>　

19、　4.4拉刀二維圖紙繪制- 30 -</p><p><b>　　總結(jié)- 31 -</b></p><p><b>　　致謝- 32 -</b></p><p>　　【參考文獻(xiàn)】- 33 -</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><

20、;p>　　1.1拉刀的基本知識(shí)</p><p>　　拉刀是用于拉削的成形刀具。刀具表面上有多排刀齒，各排刀齒的尺寸和形狀從切入 端至切出端依次增加和變化。當(dāng)拉刀作拉削運(yùn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)刀齒就從工件上切下一定厚度的金屬，最終得到所要求的尺寸和形狀。拉刀常用于成批和大量生產(chǎn)中加工圓孔、花鍵孔、鍵槽、平面和成形表面等，生產(chǎn)率很高。拉削加工的特點(diǎn)如下：</p><p>　?。?）運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單。拉削過(guò)程

21、只需要一個(gè)主運(yùn)動(dòng)，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則是依靠刀齒的齒升量來(lái)完成，因此拉床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工操作容易。</p><p>　?。?）生產(chǎn)率高。拉刀齒數(shù)很多，又是幾個(gè)刀齒參與切削，切削刃的工作的總長(zhǎng)度很大，一次拉削就可以完成粗、半精、精加工工序，因此生產(chǎn)效率很高。拉削加工外齒輪時(shí)，一臺(tái)拉床可以代替10臺(tái)滾齒機(jī)；拉削加工內(nèi)齒輪時(shí)，一臺(tái)拉床可以代替20臺(tái)插齒機(jī)；在加工特殊形狀內(nèi)外表面時(shí)，效果更加明顯。銑削和拉削對(duì)比如圖1-1。<

22、/p><p>　　圖1-1銑削和拉削對(duì)比</p><p>　?。?）加工精度和表面質(zhì)量高。拉削時(shí)的拉削層很薄，拉削速度較低，所以比較容易獲得較小的表面粗糙度數(shù)值。由于被加工表面尺寸、形狀主要取決于拉刀的精切齒和校準(zhǔn)齒，由于拉刀在低速下工作，磨損慢，所以只要保證了拉刀的精度，就能保證被加工工件的精度，工件的尺寸一致性好，互換性高。拉刀加工典型表面時(shí)，加工精度和表面粗糙度列于表1-1。</p

23、><p>　　表1-1拉削加工精度和表面粗糙度</p><p>　?。?）加工成本低。拉刀雖然制作復(fù)雜，價(jià)格高，但是壽命長(zhǎng)，一把拉刀加工的工件數(shù)很多，加工生產(chǎn)率又高，所以拉削加工成本較低。</p><p>　　由于拉刀具有上述特點(diǎn)，所以被廣泛的使用于批量生產(chǎn)中。近年來(lái)，在小批、單件生產(chǎn)對(duì)一些復(fù)雜、精度較高的零件中也有使用。</p><p>　　1

24、.2拉刀的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　拉刀主要是用于大批量的生產(chǎn)過(guò)程中，雖然他價(jià)格昂貴，但是加工精度和數(shù)量彌補(bǔ)了不足。目前拉刀的發(fā)展趨勢(shì)主要是為了提高拉刀的加工效率、加工精度、刀具的穩(wěn)定性和耐用度。對(duì)于拉刀的改進(jìn)主要是以下幾個(gè)方面：</p><p>　?。?）改善刀具壽命。目前使用較廣泛的拉刀材料是高速鋼。最近也使用了硬質(zhì)合金、粉末冶金高速鋼和涂層刀具，所以應(yīng)用范圍擴(kuò)大了。從圖1-

25、2中可清楚地看出，采用新材料帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)科研和工業(yè)生廣取得的試驗(yàn)結(jié)果表明，采用下列三種刀具時(shí)，由于其壽命的提高，每年可節(jié)省重磨和裝調(diào)時(shí)間分別為:</p><p>　　①涂層高速鋼刀具達(dá)67%，</p><p>　　②硬質(zhì)合金刀具達(dá)73%；</p><p>　　③涂層硬質(zhì)合金刀具達(dá)87%。</p><p>　　采用粉末冶金高速鋼(ASP

26、型)制成的拉刀，具有良好的韌性和很高的橫向斷裂強(qiáng)度，其壽命大大高于普通高速鋼。例如用粉末高速鋼ASP30制成的拉刀，拉削轉(zhuǎn)向輪的球形孔，可加工2000件，而用M41高速鋼制成的拉刀只能加工5600件。采用氮化鈦涂層高速鋼推刀加工內(nèi)齒輪，其壽命比普通未涂層高速鋼推刀提高3倍，重磨后壽命也有提高，且加工表面光潔度得到改善。采用裝圓形硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的拉刀加工曲軸軸承蓋的半圓孔和接合面，可大大降低加工成本。</p><p

27、>　　圖1-2采用新材料帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益</p><p>　?、俑咚黉摙谕繉痈咚黉摙塾操|(zhì)合金④涂層硬質(zhì)合金 h—小時(shí)</p><p>　　如瑞士Fassler公司推出的產(chǎn)品是內(nèi)表面鑲金剛石的拉刀，主要用于消除內(nèi)齒輪的淬火變形。拉刀的后端裝有校準(zhǔn)和定距環(huán)，可提高拉刀的壽命。采用這種拉刀可以消除最大為0.2毫米的變形量。</p><p>　　（2）提高切削速度。經(jīng)過(guò)

28、分析了一些加工實(shí)例的數(shù)據(jù)，一般來(lái)說(shuō)拉削的速度范圍為5-10米/分和20-23米/分。采用低速的主要原因?yàn)椋?lt;/p><p><b>　?、僦本€切削運(yùn)動(dòng)；</b></p><p>　　②對(duì)表面加工要求較高；</p><p>　　③多數(shù)情況規(guī)定了加工的節(jié)奏。</p><p>　　為了保持高速鋼的高溫硬度，一般建議加工速度不超

29、過(guò)40米/分，否則就需要使用更好的刀具材料。</p><p>　?。?）改變拉刀的結(jié)構(gòu)。特殊的拉刀結(jié)構(gòu)可以提高加工效率。</p><p>　　1.3螺旋齒拉刀的特點(diǎn)</p><p>　　螺旋齒拉刀和直齒拉刀的主要區(qū)別是它的刀齒和分屑槽成連續(xù)性的螺旋結(jié)構(gòu)，對(duì)比如圖1-3：</p><p>　　圖1-3螺旋齒圓孔拉刀和普通圓孔拉刀</p&g

30、t;<p>　　螺旋齒拉刀的基本特點(diǎn)為：</p><p>　　（1）螺旋齒圓孔拉刀拉削內(nèi)孔屬“半封閉切削”狀態(tài)</p><p>　　普通拉刀拉削內(nèi)孔屬“封閉切削”，切屑被迫卷曲在封閉的容屑槽中，切削區(qū)與外部隔絕，冷卻潤(rùn)滑液不能充分澆注到切削表面，刀齒工作條件很不利。螺旋齒拉刀因具有連續(xù)的螺旋形容屑槽，切削區(qū)與外部相通，冷卻潤(rùn)滑液可以直接進(jìn)入切削區(qū)，冷卻、潤(rùn)滑和沖刷刀齒及工件，

31、這對(duì)于改善刀齒工作條件，降低切削力，提高刀具壽命和工件表面質(zhì)量都有重要影響。</p><p>　?。?）螺旋齒拉刀工作平穩(wěn)性好</p><p>　　螺旋齒拉刀切削工件屬于斜角切削，普通拉刀主刀刃垂直于軸線，屬于直角切削，整個(gè)切削刃同時(shí)切入、切出，使刀刃上的沖擊負(fù)荷很大，并隨著同時(shí)工作齒數(shù)周期性變動(dòng)，易引起強(qiáng)烈振動(dòng)，限制了切削速度的提高，采用不等齒距設(shè)計(jì)方法也不能消除拉力的變動(dòng)。而螺旋齒拉刀

32、因刀刃連續(xù)、逐漸切入及切出工件，因而拉力是平穩(wěn)地逐漸增大或減少的，并能減少單位長(zhǎng)度切削刃上切削力，可減少切削振動(dòng)。</p><p>　　（3）工件加工質(zhì)量好</p><p>　　斜角切削時(shí)，隨著刃傾角的增加，使工作前角增大，而且刀具刃口圓弧半徑值也相應(yīng)的減少，有利于刃口的切入，減少了切削變形，隨著刃傾角的增加，使前刀面傾斜程度增加，有利于抑制積屑瘤的產(chǎn)生和生長(zhǎng)，有效地消除了切削振動(dòng)，并可抑

33、制鋼件拉削中產(chǎn)生鱗刺，提高拉削質(zhì)量。另外切削錐角很小，切屑很薄，不開(kāi)分屑槽也能斷屑，呈“細(xì)軟羊毛”狀的切屑向前排出順利，不會(huì)擦傷己加工表面。普通圓孔拉刀的一般拉孔精度只能達(dá)到級(jí)，粗糙度Ra為5.0～0.63μm，而螺旋齒圓孔拉刀拉孔精度可達(dá)到IT6級(jí)，粗糙度Ra為0.63～0.16μm，并不會(huì)產(chǎn)生環(huán)狀切屑，一般在普通拉刀的精切齒、修光齒上常常不開(kāi)分屑槽，以防止破壞工件表面粗糙度，但這樣在未開(kāi)分屑槽的刀齒上常形成環(huán)狀切屑，這種切屑蜷曲在容

34、屑槽內(nèi)，不易清除，有時(shí)被迫使用硬物去撬，既費(fèi)時(shí)又常碰傷刀齒。螺旋齒拉刀產(chǎn)生的螺旋狀的切屑有點(diǎn)類(lèi)似鉆屑，很易清除。</p><p>　?。?）螺旋齒拉刀強(qiáng)度、剛性好</p><p>　　普通拉刀的橫截面呈圓形，強(qiáng)度取決于齒槽底面的截面積，拉削細(xì)長(zhǎng)孔時(shí)，存在強(qiáng)度不足的缺點(diǎn)。而螺旋齒拉刀橫截面積要多出一部分，多出部分的形式與螺旋的頭數(shù)有關(guān)。見(jiàn)圖1-4.</p><p>　

35、　圖1-4拉刀截面面積比較</p><p><b>　　（5）適用范圍較廣</b></p><p>　　由于螺旋齒拉刀的齒距和被加工孔的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，既有利于淺孔的加工，又利于深孔的加工，而它切削穩(wěn)定性好的特點(diǎn)又使它比普通拉刀更適宜于淺孔和帶環(huán)形槽孔的拉削。且能選擇適當(dāng)?shù)哪鼙ＷC足夠重磨次數(shù)的齒距，以增長(zhǎng)拉刀的使用壽命。</p><p>　　1.4計(jì)

36、算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在刀具設(shè)計(jì)中的運(yùn)用</p><p>　　拉刀是一種復(fù)雜、高效刀具，被廣泛應(yīng)用于大批量生產(chǎn)和一些其它方法難以加工的特型面的生產(chǎn)中。拉刀性能和質(zhì)量的優(yōu)劣，將直接影響加工效率、加工精度和表面質(zhì)量。但是長(zhǎng)期以來(lái)拉刀的設(shè)計(jì)與管理仍然采用手工設(shè)計(jì)和人工管理，造成了大量的重復(fù)性勞動(dòng)，標(biāo)準(zhǔn)化程度低、設(shè)計(jì)優(yōu)化性差、周期長(zhǎng)、難管理、易混亂，不能夠有效地利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，將其引入拉刀設(shè)計(jì)領(lǐng)域中

37、來(lái)解決常規(guī)刀具設(shè)計(jì)所存在一系列問(wèn)題具有普遍意義。</p><p>　　1.5本課題主要意義</p><p>　　螺旋齒拉刀是一種復(fù)雜的刀具，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式需要長(zhǎng)時(shí)間的人力付出，勞動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、效率低、設(shè)計(jì)精度差，不能進(jìn)行有效的參數(shù)化計(jì)算和儲(chǔ)存。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)單靈活，使用方便，具有很高的參數(shù)化設(shè)計(jì)能力，因此本課題通過(guò)引入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行拉刀的設(shè)計(jì)。</p><p>

38、;　　第二章 螺旋齒拉刀設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題</p><p><b>　　2.1拉削余量</b></p><p>　　為了滿(mǎn)足形狀、精度和表面質(zhì)量而必須切除的金屬層被叫做拉削余量，用表示。若所取的余量過(guò)小，則被拉削工件前邊工序上所造成的破壞層不能完全去除；若所取的余量過(guò)大，則會(huì)使切削齒增多、拉刀增長(zhǎng)，既浪費(fèi)刀具材料和加工時(shí)間，又增加制造難度。</p><

39、p>　　余量大小的確定直接與工件的尺寸、形狀和拉刀的類(lèi)型有關(guān)，也與預(yù)加工的工藝、加工精度和加工表面粗糙度有關(guān)。一般采用查表法和計(jì)算法2種。計(jì)算法的圓孔拉刀的計(jì)算如下：</p><p>　　鉸或鏜： （2-1）</p><p>　　擴(kuò)孔： （2-2）</p><p>　　鉆孔： （2-3

40、）</p><p>　　在使用查表法時(shí)，為了計(jì)算方便，設(shè)計(jì)合理，圓孔拉刀直徑和長(zhǎng)度系列一般都用8～10、10～14、14～18、18～24、24～30、30～40、40～50、50～64、64～80、80～100、100～120。.按圓孔拉刀切削余量的計(jì)算公式算出的數(shù)值，按照標(biāo)準(zhǔn)化，系列化原則，調(diào)整到0.1mm或0.5mm后，通過(guò)查表確定拉削余量。</p><p>　　2.2拉刀齒升量的選

41、擇</p><p>　　齒升量會(huì)影響加工的表面質(zhì)量、拉削力、拉削效率、拉刀耐用度和拉刀長(zhǎng)度。所以齒升量的選擇就對(duì)拉削過(guò)程有著絕對(duì)性的作用。齒升量就是每個(gè)齒的切削厚度。齒升量越大，切削厚度大，切削齒越少，拉刀越短，生產(chǎn)成本越低，生產(chǎn)效率越高。但過(guò)厚就要求容屑槽足夠大，且卷屑困難。同時(shí)造成拉削力過(guò)大，可能引起拉刀折斷和機(jī)床的停止。還會(huì)影響被加工表面的質(zhì)量，并降低拉刀耐用度。較小的齒升量能得到較小的表面粗糙區(qū)，但切削齒

42、數(shù)增多、拉刀增長(zhǎng)。齒升量過(guò)小會(huì)增大刃口鈍圓半徑對(duì)加工表面的擠壓和摩擦，使刀具磨損加快。因此在沒(méi)計(jì)拉刀時(shí)，些綜合考慮幾方面的要素，進(jìn)行拉刀強(qiáng)度，存屑槽的驗(yàn)算。按研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)選取齒升量，然后確定齒數(shù)和拉刀長(zhǎng)度.圓孔拉刀的分層式和分塊式拉刀的齒升量可分別參考表2-1和表2-2選取。.</p><p>　　表2-1圓孔拉刀分層式拉刀粗切齒齒升量（mm）</p><p>　　注：1.加工表

43、面粗糙度要求較高時(shí)，齒升量取較小值。</p><p>　　2．工件材料的加工性較差時(shí)，齒升量取較小值。</p><p>　　3．對(duì)于小界面、低強(qiáng)度的拉刀，齒升量取較小值。</p><p>　　4．工件剛度（如薄壁筒等），齒升量取較小值。</p><p>　　5．應(yīng)盡量避免采用大于0.15～0.20mm的齒升量。</p><

44、p>　　6．小于0.015mm的齒升量適用于精度要求很高或者研磨的很鋒利的拉刀。</p><p>　　表2-2分塊式拉刀粗切齒的齒升量（mm）</p><p>　　2.3拉刀刀齒和容屑槽的形狀</p><p>　　2.3.1對(duì)拉刀刀齒和容屑槽形狀的要求</p><p>　　拉刀的刀齒截形和容屑槽應(yīng)滿(mǎn)足以卞要求：</p>&

45、lt;p>　　(1)刀齒表面的幾何形狀及其前角、后角的數(shù)值應(yīng)保證拉刀有一定的耐用度并能保證工件表面的質(zhì)量。</p><p>　　(2)容屑槽的形狀不應(yīng)阻礙卷屑的自由形成，其槽的容積應(yīng)能寬敞地容納全部切削的切削。</p><p>　　(3)刀齒的強(qiáng)度應(yīng)能承受拉削時(shí)所產(chǎn)生的拉削力。</p><p>　　(4)刀齒的厚度應(yīng)保證拉刀有較多的修磨次數(shù)。</p>

46、;<p>　　2.3.2容屑槽的形狀和種類(lèi)</p><p>　　(1)曲線齒背容屑槽。其形狀如圖2—1a所示。這種齒背的容屑槽，其齒背是圓弧形，前刀面為直線形、槽底為小圓弧，三者應(yīng)圓滑連接，以保證切屑順利地卷屑。這種齒背的優(yōu)點(diǎn)是在相同齒距下，有較大的容屑空間，可改善冷卻潤(rùn)滑條件，用于槽深和齒距較小的刀齒或拉削韌性鋼料，當(dāng)屑卷的中間空隙大時(shí)，效果顯著。</p><p>　　(2

47、)直線齒背容屑槽。其形狀如圖2-1b所示。它的齒背與前刀面皆為直線，二者與槽底皆應(yīng)圓滑地用圓弧相連接，齒背角選用50°-55°。直線齒背容屑槽的最大優(yōu)點(diǎn)是形狀簡(jiǎn)單，容易制造，因而受到一些工廠的歡迎。</p><p>　　(3)加長(zhǎng)齒形容屑槽。當(dāng)齒距p大于16mm時(shí)，可選用加長(zhǎng)齒形。它與直線齒背容屑槽的區(qū)別在于槽底有一段直線，見(jiàn)圖2—1c。拉削長(zhǎng)工件時(shí)，它能使同時(shí)工作齒數(shù)Z減少，從而控制切削力的

48、減小，保證拉刀合足夠的強(qiáng)度。被拉削工件形狀復(fù)雜，需要逐齒刃磨刀齒后面時(shí)，加長(zhǎng)齒形的槽便于砂輪退出。</p><p>　　(4)斷屑臺(tái)形。這種容屑槽有三種：雙前角形(圖2—1d)、雙圓弧形(圖2-1e)和斷屑臺(tái)形(圖2—1f)。前二種用于加工切屑厚度大于0.1mm鋼料，前刀面上的雙前角和雙圓弧使切屑?xì)v斷而不會(huì)阻塞在容屑槽內(nèi)。后者用來(lái)來(lái)加工高溫合金，此時(shí)前刀面上的凸臺(tái)使切屑易于卷曲、斷屑及清除．因此效果良好。以上三種

49、容屑槽在高速拉削時(shí)對(duì)避免劃傷加工表面均有利。</p><p>　　圖2-1刀齒和容屑槽的形狀</p><p>　　2.3.3容屑槽的尺寸計(jì)算</p><p>　　容屑槽的槽深應(yīng)大于屑卷直徑。根據(jù)拉刀工作的條件，屑卷的直徑是不同的。為了做好</p><p>　　際準(zhǔn)化和系列化，建議齒距采用4、(4.5)、5、(5.5)、6、(6.5)、7、(7

50、.5)、8、(8.5)、9、10、11、12、13、14、15、16、(17)、18、(19)、20、22、(24)、25、(26)、28、(30)、32、(34)、36mm。齒深h采用0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0、3.2、3.6、4、4.5、5、5.6、6.2、7、8、9、l 0、11、12mm。在設(shè)計(jì)基本容屑槽時(shí)，可用以下公式計(jì)算：</p><p>&

51、lt;b>　　（2-4）</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　（2-7）</b></p><p><b>　?。?-8）</b></p&

52、gt;<p>　　為了縮短拉刀長(zhǎng)度，較大規(guī)格、較高精度的拉刀，齒背厚度g可用(0.3～0.16)p。如加公I(xiàn)T7級(jí)孔的圓孔拉刀，p為15mm時(shí)，將g由標(biāo)準(zhǔn)的4.2mm（0.28p）減至2．4mm(0.16p)后，就能把p從15mm減短至13mm。拉刀減短歷，表面質(zhì)量得到保證。因IT7級(jí)孔的精度高．修磨幾次后。精切齒外徑磨小就不能使用，因此將g適當(dāng)減小，對(duì)刀齒強(qiáng)度和壽命的影響很小。</p><p>　

53、　2.4拉刀幾何參數(shù)的選擇</p><p>　　選擇拉刀的幾何參數(shù)，如前角、后角和刃帶寬度等，必須考慮拉削時(shí)的工作條件。但是，對(duì)所有的拉刀也有其共性的要求。</p><p>　　1）保證加工表面達(dá)到規(guī)定的尺寸精度和表面質(zhì)量。</p><p>　　2）保證拉刀有高的耐用度和壽命。</p><p>　　3）保證拉削的高生產(chǎn)率。</p>

54、<p>　　2.4.1.拉刀的前角</p><p>　　拉刀刀齒的前角主要影響切屑的流動(dòng)和變形，并對(duì)加工表面質(zhì)量有很大影響，為了獲得小的表面粗糙度，前角要選大些。一般情況下是根據(jù)加工材料的性質(zhì)來(lái)選擇前角的。材料強(qiáng)度、硬度低時(shí)，前角宜大。因?yàn)樵龃笄敖悄軠p小切削時(shí)的變形，使切削力減小，切削溫度降低．有利于加工質(zhì)量和耐用度。加工強(qiáng)度、硬度高的工件時(shí)，前角應(yīng)選小些，以保證刀齒有足夠強(qiáng)度。單面有齒的拉刀，如鏈

55、槽拉刀、槽拉刀、平面拉刀、角度拉刀等以及在孔中或拉削夾具中自由導(dǎo)向的拉刀，其前角都不能超過(guò)15°。否則刀齒容易扎入工件中，引起振動(dòng)，使被拉削的表面粗糙度增大。嚴(yán)重時(shí)造成刀齒崩刃或拉刀折斷。在拉削時(shí)有可靠的導(dǎo)向，就不會(huì)產(chǎn)生扎入現(xiàn)象。在高速拉削時(shí)，前角太大容易崩刀或引起表面粗糙度增大。</p><p>　　2.4.2拉刀的后角</p><p>　　后角的作用是減小刀齒后刀面與加工表面

56、的序擦。拉刀的后角主要是根據(jù)拉刀的類(lèi)型和工件所需的精度確定的，也與被加工材料有關(guān)，如拉削銅合金、鑄鐵等的后角可小些，拉削鈦合金時(shí)，由材料彈性變形和彈性恢復(fù)能力強(qiáng)，所以后角要增大。</p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)，拉刀耐用度隨后角的增大而增大，切屑薄時(shí)應(yīng)取較大的后角。拉削鋼，當(dāng)為0.02mm時(shí)，拉刀最大耐用度的后角應(yīng)為10°；當(dāng)為0．04mm時(shí)，為8°當(dāng)為0．06～0．10mm時(shí)，后角為5

57、6;。拉刀一般的后角為2°～4°。</p><p><b>　　2.5拉刀的分屑槽</b></p><p>　　分屑槽可以使相對(duì)較寬的切屑分成小段，減小切削寬度，使金屬容易變形，切屑便于卷曲和容納容屑槽中。以鍵槽拉刀為例．當(dāng)拉削鍵寬8mm的45號(hào)鋼或不銹鋼時(shí)，每齒切下的切屑寬度分別會(huì)達(dá)到8.04mm和8.15mm，其切屑與兩側(cè)面摩擦嚴(yán)重，因此拉削力

58、增大，加工表面質(zhì)量差。若前后刀齒上交銷(xiāo)開(kāi)分屑槽后，切削寬度減小，就無(wú)擠壓摩擦現(xiàn)象，表面粗糙度減小。</p><p>　　分屑槽的種類(lèi)有u形(直槽形)、角度形(v型)、圓弧形、 平形(直線形)、例角五種，其形狀如下圖2-2。</p><p><b>　　圖2-2分屑槽形狀</b></p><p>　　由于合金鋼、不銹鋼、高溫合金、鈦合金等材料使用

59、增多，為了使金屬層變形容易。分</p><p>　　屑槽槽數(shù)n需要適當(dāng)增多，由此鍵槽拉刀、花鍵拉刀、平拉刀的n建議按下面公式計(jì)算：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　而分層式圓孔拉刀為：</p><p><b>　　(2-10)</b></p><

60、;p>　　式中為一個(gè)刀齒的切削總寬度</p><p><b>　　為分屑槽的槽數(shù)</b></p><p>　　2.6拉刀的圓柱部分和總長(zhǎng)度</p><p>　　2.6.1拉刀圓柱型前柄</p><p>　　前柄是拉刀前端用于夾持和傳遞動(dòng)力的部分。圓孔、方孔、花鍵孔和其他特形孔拉刀的的柄是圓柱形的，直徑Dl至少要比預(yù)

61、加工孔直徑小0.5mm，然后按標(biāo)準(zhǔn)選用。拉刀圓柱形前柄型式和基本尺寸按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3832·2—83。</p><p>　　2.6.2拉刀頸部和過(guò)渡錐</p><p>　　拉刀頸部直徑可與前柄相同。亦可稍小于前柄直徑（0.5～1mm）。拉削各種孔時(shí)，不用花盤(pán)改用較薄的大襯套和小襯套，可減短拉刀頸部長(zhǎng)度20～40mm。拉刀頸部長(zhǎng)度計(jì)算公式：</p><p>

62、<b>　?。?-11）</b></p><p>　　對(duì)于常用的L6110、L6120、L6140三種型號(hào)拉床，其尺寸如下：</p><p>　　H——拉床床壁厚度，分別為60、80、100mm；</p><p>　　——花盤(pán)厚度，分別為30、40、50mm；</p><p>　　——小襯套厚度，分別為8、10、12mm

63、；</p><p>　　——卡盤(pán)與機(jī)床床壁間隙，分別為5、10、15mm；</p><p>　　分別為20、30、40mm。</p><p>　　2.6.3前導(dǎo)部和后導(dǎo)部</p><p>　　前導(dǎo)部主要起導(dǎo)向和支承定心作用，它的長(zhǎng)度是從過(guò)渡錐終端到第一個(gè)切削齒的距離。圓孔、方孔、多邊形孔、花鍵孔(拉第一次)的前導(dǎo)部稱(chēng)做成圓柱形。其直徑等于預(yù)制

64、孔最小直徑，偏差，其長(zhǎng)度一般等于拉削長(zhǎng)度。若拉削深孔時(shí)，可小于，—般等于(1．5～2)D，這時(shí)預(yù)加工孔應(yīng)做得較精密。</p><p>　　當(dāng)工件具有非圓形預(yù)制孔時(shí)，例如插出的矩形孔或靠模銑銑出的橢圓孔，前導(dǎo)部的形狀</p><p><b>　　應(yīng)與預(yù)制孔一致。</b></p><p>　　后導(dǎo)部的作用是在放刀最后幾個(gè)刀齒離開(kāi)工件之前，保持工件和

65、拉刀的相對(duì)位置，使拉刀不致因自重而發(fā)生傾斜。后導(dǎo)部的形狀可做成與拉削后孔的形狀相問(wèn)。為了便于制造，凡是用小徑孔裝在頂尖上加工的拉刀，如方孔、多邊形拉刀，—般盡量做成圓柱形后導(dǎo)部。槽拉刀、平拉刀是矩形刀體，其后導(dǎo)部是矩形的?；ㄦI拉刀后導(dǎo)部一般做成花鍵形，尺寸見(jiàn)圖</p><p><b>　　2—3。</b></p><p>　　圖2-3拉刀后導(dǎo)部：a圓柱型b花鍵型<

66、;/p><p>　　后導(dǎo)部直徑等于被拉削孔的最小極限尺寸、偏差按f7?；ㄦI拉刀后導(dǎo)部尺寸與圓孔拉刀相同．但偏差按f8，鍵寬尺寸b4可比切削齒寬度小0.05mm，或等于工件鍵寬的最小極限尺寸。后導(dǎo)部短時(shí)，拉刀易發(fā)生傾斜，會(huì)影響孔的質(zhì)量。其長(zhǎng)度比大了5個(gè)校準(zhǔn)齒長(zhǎng)</p><p>　　度，為了保證質(zhì)量，拉削精密時(shí)。也可按表2-3選取后導(dǎo)部長(zhǎng)度。</p><p>　　表2-3工

67、件長(zhǎng)度和后導(dǎo)部長(zhǎng)度（mm）</p><p>　　2.6.4后托柄和后柄</p><p>　　對(duì)長(zhǎng)而重的拉刀，為防止自重下彎而影響拉削質(zhì)量或損壞刀齒，應(yīng)利用拉床護(hù)送托架支承拉刀。這樣在拉刀后導(dǎo)部后面應(yīng)增加后托柄，其直徑應(yīng)等于護(hù)送托架襯套的直徑，其</p><p>　　長(zhǎng)度為(0.5～0.7)Ds，但不能小于25mm。</p><p>　　為了使

68、拉刀在每次行程后返回到開(kāi)始位置，可在拉刀的后導(dǎo)部后端設(shè)計(jì)成圓柱形后端。后柄可與拉刀做成一個(gè)整體，也可做成裝配式。后柄的形狀和尺寸與前柄(快速卡頭)相同。拉刀圓柱形后柄型式和基本尺寸按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3832.3一83。</p><p>　　第三章 金屬切削力學(xué)分析</p><p><b>　　3.1直角切削原理</b></p><p>　　拉削加工

69、可看作是按高低順序排列的多把刨刀進(jìn)行的刨削，因此，可把普通圓孔拉刀和螺旋齒圓孔拉刀的拉削加工簡(jiǎn)化成如圖3-1所示的直角、斜角刨削加工。</p><p>　　圖3-1直角、斜角飽學(xué)加工</p><p>　　迄今，對(duì)于直角切削狀態(tài)的研究已經(jīng)卓有成效。但實(shí)際的切削加工中幾乎都是三維切削，純粹的二維切削幾乎不存在，但是很多問(wèn)題經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化后都可作為直角切削來(lái)處理。正交切削定性分析的結(jié)果，對(duì)生產(chǎn)也具有實(shí)

70、際指導(dǎo)意義。</p><p>　　所謂直角切削指切削進(jìn)行方向，亦即刀具與工件間之相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，與刀具之刀刃方向垂直，如圖3-2所示。此種切削刀刃只受到切削方向之水平分力和垂直分力的作用，故又稱(chēng)為二次元切削。這種切削模式滿(mǎn)足在分析時(shí)盡可能減少獨(dú)立變量的要求，常應(yīng)用于切削理論的研究中。</p><p><b>　　圖3-2直角切削圖</b></p><

71、p>　　3.1.1第一變形區(qū)金屬滑移機(jī)理</p><p>　　金屬切削的研究和實(shí)踐表明切削過(guò)程中的各種物理現(xiàn)象，幾乎都與剪切滑移變形有關(guān)，被切削的金屬層通過(guò)剪切滑移后變成切屑。第一變形區(qū)是被切削層與切屑的分界區(qū)域，被切削層金屬正是經(jīng)過(guò)了該區(qū)域的變形才轉(zhuǎn)變?yōu)榍行级厍暗睹媪鞒?。材料?jīng)過(guò)該區(qū)域時(shí)受到強(qiáng)烈剪切作用而發(fā)生剪切滑移變形。實(shí)際的剪切滑移過(guò)程如圖3-3所示。當(dāng)被切削層中金屬中某點(diǎn)向切削刃逼近時(shí)，它所受到的

72、剪切應(yīng)力越來(lái)越大，當(dāng)?shù)竭_(dá)點(diǎn)的位置時(shí)剪切應(yīng)力達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度，點(diǎn)在向前移動(dòng)的同時(shí)也沿以線滑移，其合成運(yùn)動(dòng)使點(diǎn)1流動(dòng)到點(diǎn)2。隨著滑移的產(chǎn)生，點(diǎn)p向2、3…^各點(diǎn)流動(dòng)，同時(shí)剪切應(yīng)力逐漸增加，直到點(diǎn)4位置。此時(shí)流動(dòng)方向與前刀面平行，不再沿OM線滑移。所以以稱(chēng)OA為始滑移線，OM稱(chēng)為終滑移線，以O(shè)A與OM之間構(gòu)成整個(gè)的第一變形區(qū)，其變形的主要特征就是沿滑移線的剪切變形，以及隨之產(chǎn)生的加工硬化。</p><p>　　圖3-

73、3第一變形區(qū)金屬滑移</p><p>　　3.1.2切削受力分析</p><p>　　切削過(guò)程中，剪切面上發(fā)生變形所需的力是由刀具前刀面通過(guò)切屑傳遞到剪切面上的。該力由兩部分構(gòu)成，如圖3-4所示:一是剪切面上的正應(yīng)力，和剪切力Fs，其合力為；二是切削層材料經(jīng)過(guò)剪切面時(shí)發(fā)生滑移，造成動(dòng)量改變所需要的作用力即切屑的慣性力，也稱(chēng)達(dá)朗伯慣性力。</p><p>　　圖3-4

74、切削區(qū)和前刀面受力簡(jiǎn)圖</p><p>　　根據(jù)切屑變形穩(wěn)定性假設(shè)，作用在切屑上的各力應(yīng)該構(gòu)成平衡力系。一般情況下，切削速度低于1500m/min時(shí)與FS相比，F(xiàn)m很小，F(xiàn)m的影響可以忽略不計(jì)。此時(shí)，作用在前刀面上的法向力和摩擦力,(其合力為，=，在主應(yīng)力方向)與剪切面上的、 Fs相平衡。其中，剪切力(在最大剪應(yīng)力方向)為: （3-1）</p><p>　　其

75、中為材料的剪切屈服應(yīng)力，這個(gè)數(shù)值隨材料變形量的增大而增大，取決于切屑變形程度；為切削層的厚度，為切削層的寬度。為了分析和求解各力，將力平移至刀尖，受力分析如下圖3-5。</p><p>　　圖3-5直角受力分析</p><p><b>　　可以算得其合力為：</b></p><p><b>　?。?-2）</b></

76、p><p>　　又可以分解為沿切削速度方向的分力，和垂直于切削速度方向的分力，其中：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　其中為切削與前角面的摩擦角，為刀具前角，為剪切角。</p><p><b>　　3.2剪切角機(jī)理</b></p><p>　　

77、螺旋齒圓孔拉刀的切削運(yùn)動(dòng)是拉刀的直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是靠沿錐體表面逐點(diǎn)增加的刀刃來(lái)實(shí)現(xiàn)的，刀刃呈連續(xù)螺旋狀，屬于斜角切削。所謂斜角切削，就是刀具切削刃與切削速度不垂直情形下的加工，如圖3-6。斜角切削的變形是三維的，剪切和滑移的方向不同于直角切削。切屑沿前刀面流出時(shí)與切削刃法向偏移一個(gè)流屑角，使得實(shí)際切削角度發(fā)生變化，切削過(guò)程呈現(xiàn)出與直角切削時(shí)顯著不同的特點(diǎn)。此模式之刀刃受三個(gè)互相垂直分力的作用，故又稱(chēng)為三次元切削。斜角切削廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)

78、實(shí)踐，實(shí)踐表明合理地采用斜角切削可以主動(dòng)控制切屑流動(dòng)方向，提高切削刃的鋒利程度，改善刀尖的工作條件，增加切削的平穩(wěn)性。</p><p><b>　　圖3-6斜角切削圖</b></p><p>　　3.2.1斜角切削的簡(jiǎn)化分析</p><p>　　斜角切削中，切削區(qū)金屬的變形是三維塑性變形，剪切和滑移方向不同于直角切削，切屑流動(dòng)方向隨刃傾角凡而變

79、，進(jìn)行嚴(yán)密的分析比較困難?？墒侨缒苓M(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，轉(zhuǎn)化為二維切削，有關(guān)影響的因素也可以按二維切削的情況加以分析。下面以直齒斜角切削為例，說(shuō)明將它轉(zhuǎn)化為二維切削的方法。</p><p>　　如圖3-7在斜角切削過(guò)程中，因切向力凡的存在，使切屑的流出方向并不處于與切削刃垂直的截面上，而是與這個(gè)截面構(gòu)成一個(gè)流屑角。切屑向切削寬度這個(gè)側(cè)向上的流動(dòng)，說(shuō)明切削層中的塑性流動(dòng)已經(jīng)不再限于平行切削速度方向的截面內(nèi)，即已經(jīng)不屬于平

80、面應(yīng)變，而是三維塑性變形，也就是立體滑移問(wèn)題。在本質(zhì)上它和平面滑移是不同的，但在切削加工范疇中，用二維切削理論作為向三維切削過(guò)渡的橋梁是最自然的。</p><p>　　圖3-7斜角切削的簡(jiǎn)化分析</p><p>　　上圖是麥錢(qián)特的斜角切削速度模型。在這個(gè)模型中，存在著由切削速度v，剪切面上的剪切速度和切屑流速所構(gòu)成的速度三角形確定的平面。V、、必然構(gòu)成一個(gè)閉合的速度三角形，而切削層材料的塑

81、性剪切和切屑的流出方向必然只落在這個(gè)速度三角形所確定的平面上，在垂直于這個(gè)平面的方向上，無(wú)論切削層材料的塑性剪切以及切屑流動(dòng)都不會(huì)再有其他塑性流動(dòng)的速度分量了。換句話(huà)說(shuō)，這個(gè)速度三角形所確定的平面上來(lái)考察切削的變形過(guò)程，是可以滿(mǎn)足平面應(yīng)變條件的。因此，可以把這個(gè)速度三角形所確定的平面作為等效于二維切削時(shí)的端截面，并稱(chēng)之為等效截面流屑平面。這樣，就可以在等效截面上把三維切削問(wèn)題簡(jiǎn)化為二維問(wèn)題。然后，沿切削刃方向把所有的等效截面上的分析結(jié)果

82、迭加起來(lái)，構(gòu)成整個(gè)斜角切削過(guò)程的結(jié)果。</p><p>　　3.2.2斜角切削的剪切角確定</p><p>　　斜角切削剪切角的確定對(duì)于切削力的計(jì)算、切削用量的優(yōu)化選擇以及切削過(guò)程的有效控制都具有重要的意義。圖3-8為斜角切削幾何模型。是流屑角，是流屑剖面內(nèi)的有效前角或稱(chēng)實(shí)際前角，是對(duì)斜角切削機(jī)理起支配作用的最重要的前角，有效剪切角中的定義也在此剖面內(nèi)給出。</p><

83、p>　　圖3-8斜切角的幾何模型</p><p>　　當(dāng)時(shí)，=0，流屑剖面與主剖面重疊，這就是直角切削的情況。由圖3-8可以得出：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　而，當(dāng)時(shí)</b></p><p><b>　?。?-5）</b>

84、</p><p>　　實(shí)際計(jì)算中，當(dāng)<30°時(shí)，，此時(shí)切削方程式可以表達(dá)為：</p><p><b>　　（3-6）</b></p><p>　　此時(shí)可以通過(guò)測(cè)量，計(jì)算得斜切角的等效值。</p><p>　　3.2.3斜切角切削的切削力</p><p>　　通過(guò)上面的分析，可以得出

85、斜切角切削力公式為：</p><p><b>　　（3-7）</b></p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　　（3-9）</b></p><p>　　合力為 （3-10）

86、</p><p>　　3.3螺旋齒拉刀切削時(shí)切削力的簡(jiǎn)化與計(jì)算</p><p>　　因螺旋齒拉刀的切削刃為螺旋狀，切削力的計(jì)算公式與直齒斜角切削的不一樣，但目前還沒(méi)有嚴(yán)格意義上螺旋齒拉刀的切削力的公式，多半是由圓孔拉刀切削力公式推廣而來(lái)。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，螺旋齒拉刀所承受的總切削抗力可以沿切向、徑向和軸向分解成三個(gè)互相垂直的分力，并按下面公式計(jì)算：</p><p>　　

87、軸向拉削力計(jì)算公式： （3-11）</p><p>　　此處為單位長(zhǎng)度上切削刃上的拉削力（N/mm）.</p><p>　　D為工件拉削后的直徑（mm）</p><p>　　K為拉削長(zhǎng)度（mm）</p><p>　　P為拉刀的齒距（mm）</p><p>　　拉削力因螺旋齒而增大的系

88、數(shù)，由表3-1可查。</p><p>　　表3-1斜斜齒拉刀拉削力修正系數(shù)</p><p>　　用螺旋齒拉刀拉削時(shí)，切向分力為：</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　切向力形成的最大轉(zhuǎn)矩為：</p><p><b>　?。?-13）</b>&

89、lt;/p><p>　　第四章 螺旋齒拉刀的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1任務(wù)要求</b></p><p>　　已知工件圖如下圖4-1，已知條件：工件內(nèi)孔直徑為mm，拉削長(zhǎng)度為L(zhǎng)=45mm，工件材料為20CrMnTi（HBS230-70），拉床為L(zhǎng)6140，要求設(shè)計(jì)圓孔螺旋齒拉刀。</p><p><b>

90、;　　圖4-1工件圖</b></p><p>　　4.2拉刀具體參數(shù)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1材料選擇和拉削方式選擇</p><p>　　拉刀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，因此一般采用耐磨的刀具材料，以盡量提高刀具的耐用度。W18Cr4V是一種鎢系高速鋼，具有高的硬度、紅硬性及高溫硬度。其熱處理范圍較寬淬火不易過(guò)熱，熱處理過(guò)程不易氧化脫碳，磨削加工性能較

91、好。本次拉刀設(shè)計(jì)選用W18Cr4V。</p><p>　　4.2.2選擇拉刀幾何參數(shù)</p><p>　　前角是決定螺旋齒拉刀切削效果的重要條件，是按刀具前角的共同規(guī)律，即根據(jù)被加工材料性質(zhì)選取的，材料的強(qiáng)度和硬度高時(shí)，宜取小前角，反之宜大。另外，拉刀的前角與孔的擴(kuò)張量有關(guān)，前角大時(shí)孔的擴(kuò)張量也大，這是由于前角大切削容易的緣故，一般前角取8～10°，偏差取2°。參見(jiàn)表4

92、-1。</p><p>　　表4-1切削齒前角選擇</p><p>　　按照表4-1，此處拉刀前角選擇。</p><p>　　后角是根據(jù)被加工工件所需要的精度來(lái)決定的，后角過(guò)小會(huì)增加后刀面與工件的摩擦，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生金屬質(zhì)點(diǎn)粘結(jié)在后刀面上和刀具刃口圓弧上，使工件表面質(zhì)量變壞。但后角也不能取得太大，否則重磨后，拉刀直徑就很快減小，降低拉刀耐用度和總的使用壽命。通常切削部

93、分刀齒后角取2°30′～4°，校準(zhǔn)齒后角取0°30′～1°30′。此處選擇拉刀粗切齒的后角。</p><p>　　4.2.3確定拉削余量和齒升量</p><p>　　拉削余量A和齒升量的選擇與工件的表面質(zhì)量和拉刀的長(zhǎng)短有關(guān)，過(guò)大的會(huì)使工件變形和拉刀損壞，過(guò)小會(huì)使刀具不能正常切削，擠壓和摩擦工件表面并使拉刀變長(zhǎng)。螺旋齒圓拉刀一般用于精密孔加工，故余量和

94、齒升量都小于普通的拉刀（見(jiàn)表4-2）。齒升量按切削錐角來(lái)設(shè)計(jì)，將切削齒部分設(shè)計(jì)成切削錐角中而得到，一般取，角大就相當(dāng)于齒升量大（當(dāng)>3′時(shí)，應(yīng)該開(kāi)分屑槽），齒升量計(jì)算公式如下：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　此處P為齒距，取7mm。</p><p><b>　　切削錐半錐角。</b&g

95、t;</p><p>　　表4-2齒升量和拉削余量的選擇</p><p>　　可得拉削余量A=（0.30+0.021）mm=0.321mm。</p><p>　　切削部分長(zhǎng)度計(jì)算公式為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　其中A為拉削余量；<

96、;/b></p><p><b>　　切削錐半錐角。</b></p><p>　　可得切削部分長(zhǎng)度為：=0.321/0.0023=140mm。</p><p>　　4.2.4容屑槽和分屑槽</p><p>　　螺旋齒拉刀容屑槽為螺旋式通槽，齒背為直線形，這樣的齒背強(qiáng)度高，但容屑槽的容積小。容屑槽的尺寸見(jiàn)圖4-2，主

97、要取決于工件的拉削長(zhǎng)度及齒升量，</p><p>　　槽的參數(shù)與齒距之間的關(guān)系如下：</p><p>　　齒高h(yuǎn)=（0.3～0.35）Pmm D>6～10</p><p>　　=（0.38～0.45）Pmm D>10～16</p><p>　　齒厚g=（0.25～0.3）Pmm</p><p>　　圓弧

98、r=（0.5～0.6）hmm</p><p><b>　　刃帶寬</b></p><p>　　圖4-2容屑槽各部分尺寸</p><p>　　經(jīng)計(jì)算得此處拉刀齒高h(yuǎn)取2.8mm，齒厚g取1.8mm，圓弧取1.6mm，。</p><p>　　當(dāng)切削錐角>3′時(shí)，應(yīng)開(kāi)分屑槽。與普通直齒圓拉刀相同，分屑槽的深度大于齒升量的

99、三倍，槽沿整個(gè)刀齒的后刀面上的槽深，必須保證齒背處深于刀刃處，以保證整個(gè)分屑槽的刀刃上都有一定的后角。常用分屑槽的形狀有圓弧形、角度形形和形直槽形三種，如圖4-3所示：</p><p>　　圖4-3常用分屑槽類(lèi)型</p><p>　　U型分屑槽制造容易，但其側(cè)刃上后角，切削條件最差，應(yīng)盡量不用。為使分屑槽兩側(cè)刃上具有一定的后角，應(yīng)將窄分屑槽磨成圖4-3中所示角度形分屑槽或圓弧形分屑槽，此時(shí)

100、槽的側(cè)刃后角可按下式計(jì)算：</p><p><b>　　（4-3）</b></p><p>　　其中為分屑槽的槽底后角。其值應(yīng)壁拉刀刀齒上的后角略大，通常磨成=5°，為分屑槽上的槽角。由以上可以知道，當(dāng)=0時(shí)，不論后角磨成多大，始終等于0，但當(dāng)角增大時(shí)，角也增大。從而可以改善切削條件。角度形分屑槽尺寸如下表4-3.</p><p>　

101、　表4-3拉刀角度式分屑槽尺寸（mm）</p><p>　　通過(guò)以上計(jì)算分析查表，可以得出該拉刀各部位參數(shù)及其尺寸，統(tǒng)計(jì)記錄如下表4-4：</p><p>　　表4-4拉刀各部位參數(shù)及尺寸</p><p>　　4.2.5確定拉刀前柄部位形狀和尺寸</p><p>　　查閱刀具設(shè)計(jì)手冊(cè)，選用A式無(wú)周向定位面的圓柱形前柄，取d1=25mm，最小斷

102、面處的直徑d2為21mm，其余尺寸見(jiàn)附圖。</p><p>　　4.2.6校驗(yàn)拉刀強(qiáng)度和拉床載荷</p><p>　　首先計(jì)算刀具的最大拉削力。查閱資料得，計(jì)算最大拉削力的計(jì)算公式為：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　此處拉刀粗切齒的切削厚度為齒升量的一倍，所以在確定切削力時(shí)，應(yīng)該按照

103、2倍的齒升量計(jì)算，其余參數(shù)分別為：，，，，，?？梢运愕茫?lt;/p><p>　　拉刀柄部為最小截面，此處為危險(xiǎn)斷面，已知該截面的直徑為21mm，則該斷面面積為</p><p><b>　　，</b></p><p>　　此處危險(xiǎn)斷面的拉應(yīng)力為：</p><p><b>　　。</b></p>

104、;<p>　　按表4-5得，取該拉刀的許用應(yīng)力[]=0.35GPa,則[]>，拉刀強(qiáng)度符合要求。</p><p>　　表4-5高速鋼拉刀的許用應(yīng)力（GPa）</p><p>　　根據(jù)拉床的基本參數(shù)（具體參見(jiàn)表4-6,4-7），選擇L6140型拉床的公稱(chēng)拉力為400KN，拉床狀態(tài)為舊拉床，選擇拉床修正系數(shù)為0.6，可以算出拉床的允許拉力為：</p><

105、p>　　上文已求出拉削力為214KN，可以得出>,則，拉床載荷符合校驗(yàn)要求。</p><p>　　表4-6常用臥式拉床有關(guān)參數(shù)</p><p>　　表4-7拉床工作狀態(tài)修正系數(shù)K</p><p>　　4.2.7其他部位設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)刀具設(shè)計(jì)手冊(cè)，取前導(dǎo)部的直徑和長(zhǎng)度為：</p><p>　　

106、d4=dwmin=21mm</p><p>　　l4=l=（30+50）/2=40mm</p><p>　　取后導(dǎo)部的直徑與長(zhǎng)度為：</p><p>　　d7=dxmin=50mm</p><p>　　l7=（0.5～0.7）l=25mm</p><p>　　拉刀粗切齒與過(guò)度齒的長(zhǎng)度l5=140mm</p>

107、<p>　　精切齒和校準(zhǔn)齒的長(zhǎng)度為l6=36mm</p><p>　　可得，拉刀的總長(zhǎng)為：</p><p>　　，查表4-6可知，允許的拉刀長(zhǎng)度為2000mm，顯然本拉刀符合條件。</p><p><b>　　4.3拉刀三維設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由于螺旋齒拉刀的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，普通的軟件難以達(dá)到三

108、維建模，所以本文通過(guò)引入Pro/e來(lái)實(shí)現(xiàn)螺旋齒拉刀的三維建模。</p><p>　　（1）拉刀的切削部分建模</p><p>　　拉刀的這個(gè)部分的建模是建模的關(guān)鍵部分和主要任務(wù)，因?yàn)檫@部分最為復(fù)雜，首先我們建立一個(gè)拉刀的基體。利用Pro/e的實(shí)體拉伸功能建立，如下圖4-4和圖4-5.</p><p>　　圖4-5建立拉伸實(shí)體草繪</p><p&g

109、t;　　圖4-6繪制拉刀實(shí)體</p><p>　　接著開(kāi)始繪制拉刀的主體部分，使用用的是Pro/e的螺旋掃描功能，如圖4-7。該過(guò)程分為4個(gè)步驟，分布為1）定義掃描軌跡2）設(shè)定螺距3）設(shè)定掃描截面4）設(shè)定材料切除。</p><p>　　圖4-7螺旋掃描命令</p><p>　　圖4-8螺旋掃描定義</p><p><b>　　設(shè)定掃

110、描軌跡</b></p><p>　　首先設(shè)置不變的螺距，右旋等基本屬性，然后進(jìn)入草繪截面，繪制掃描軌跡，軌跡如下圖4-9：</p><p>　　圖4-9螺旋掃描軌跡</p><p>　　接著設(shè)定螺距，按照上文確定了，螺距為7，輸入數(shù)據(jù)，如圖4-10。</p><p>　　圖4-10螺距的設(shè)定</p><p>

111、;　　然后繪制掃描截面，進(jìn)入草繪繪制截面，如下圖4-11。</p><p><b>　　圖4-11掃描截面</b></p><p>　　完成之后，螺旋拉刀主體部分效果效果如下圖4-12。</p><p>　　圖4-12螺旋拉刀主體部分效果</p><p>　　接著繪制分屑槽，這里主要使用的是陣列的功能。首先進(jìn)入草繪界面繪

112、制一個(gè)分屑的截面，然后進(jìn)行拉伸操作完成一個(gè)分屑槽的繪制如圖4-13。</p><p>　　圖4-13單條分屑槽的繪制，紅色部位為分屑槽</p><p>　　然后使用陣列功能繪制36條分屑槽，在設(shè)置陣列方式的時(shí)候選擇軸陣列，具體如下圖4-14，4-15，4-16.</p><p><b>　　圖4-14陣列設(shè)置</b></p>&l

113、t;p><b>　　圖4-15陣列效果</b></p><p>　　接著繪制拉刀的其他部分，主要用到的是拉伸，倒角和基本的草繪功能，此處省略過(guò)程，最終的完成圖如下圖4-16。</p><p>　　圖4-16最終效果圖</p><p>　　4.4拉刀二維圖紙繪制</p><p>　　拉刀二維圖紙繪制本課題使用的繪制軟

114、件為比較常用的AutoCAD，該軟件具有較強(qiáng)的二維設(shè)計(jì)繪圖功能，并可以進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，是目前世界上使用最廣泛的CAD軟件之一。</p><p>　　具體繪制結(jié)果如下圖4-17。</p><p>　　圖4-17拉刀二維圖</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中涉及到較多機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，包

115、括：刀具設(shè)計(jì)、材料、工程制圖、三維建模等。在開(kāi)始接手這個(gè)課題的時(shí)候，原以為是很簡(jiǎn)單的過(guò)程，但隨著慢慢是深入，發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多的問(wèn)題困擾著我，這也讓我深刻體會(huì)到理論和實(shí)際操作的差距，只有通過(guò)自己的不斷嘗試才能攻克一個(gè)個(gè)難題。最終通過(guò)大量的閱讀文獻(xiàn)資料和在朱從容老師的精心指導(dǎo)下，我對(duì)于刀具的設(shè)計(jì)、刀具切削的力學(xué)分析、CAD三維建模等都有較多的認(rèn)識(shí)，設(shè)計(jì)出了總體方案，并繪制出了三維模型和二維工程圖，順利完成了本課題的設(shè)計(jì)。</p>

116、<p>　　由于準(zhǔn)備本課題較晚，時(shí)間比較倉(cāng)促，本課題還有很多不足的地方，比如沒(méi)能進(jìn)行更多的參數(shù)化設(shè)計(jì)螺旋齒拉刀，或者進(jìn)行更深入的計(jì)算機(jī)輔助研究刀具是受力分析模擬等，這些問(wèn)題將在以后的研究中進(jìn)行更深入的探討。</p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】</b></p><p>　　[1]隋向東. 基于UG的螺旋齒圓孔拉刀三維實(shí)體造型.機(jī)械工程師.2011年第2期