现代工业平缝机是一种由数百甚至上千种零件所组成的、高速运行的精密机器。从完成一个线迹的过程来看，工业平缝机主要由机针、梭、挑线杆和送料牙四个主要成缝构件，按一定顺序进行工作完成的。这四个构件分别属于平缝机的刺料机构、钩线机构、挑线机构和送料机构。此外，工业平缝机还必须具备驱动系统、机架、工作台板、电动机、电器和绕线等装置。对于自动高速平缝机，还要装备自动功能执行系统和自动控制系统。......
2023-06-22
拉刀的结构组成及加工原理解析
【摘要】：图9－7拉削工作原理加工精度与表面质量高。拉刀虽有多种类型，但其主要组成部分基本相同。图9－8圆孔拉刀的结构前柄：拉刀前端用以夹持和传递动力的部分。当拉刀又长又重时使用，用于支承并防止拉刀下垂。图9－9拉刀切削部分几何参数齿升量fz。
一、拉削概念
拉削是指用拉刀在拉床上加工工件内、外表面的一种加工方法，拉刀可拉削各种形状的通孔和外表面，如图9－6所示；其中以内孔拉削（含圆柱孔、花键孔、内键槽等）应用最广。
图9－6 拉削加工各种内外表面
（a）圆孔；（b）三角孔；（c）正方孔；（d）长方孔；（e）六角孔；（f）多角孔；（g）鼓形孔；（h）键槽；（i）花键孔；（j）内齿轮；（k）平面；（l）成形表面；（m）T形槽；（n）榫槽；（o）燕尾槽；（p）叶片榫轮；（q）圆柱齿轮；（r）直齿锥齿轮；（s）螺旋锥齿轮
拉刀是一种多齿高生产率的精加工刀具。拉削时，拉刀沿轴线作等速直线运动为主运动，没有进给运动；其进给运动是靠拉刀刀齿的齿升量（相邻两齿高度差）来实现的。由于拉刀的后一个（或一组）刀齿比前一个（或一组）刀齿高，从而能够一层层地从工件上切下多余的金属，如图9－7所示。
二、拉削特点
拉孔与其他孔加工方法比较，具有以下特点：
（1）生产率高。拉刀是多齿刀具，同时参加工作的刀齿多，切削刃的总长度大，一次行程即完成粗、半精及精加工，因此生产率很高。
图9－7 拉削工作原理
（2）加工精度与表面质量高。一般拉床采用液压系统，传动平稳；拉削速度较低，一般vc＝2～8m／min，以避免产生积屑瘤。由于拉削速度较低，切削厚度很小，所以可获得较高的精度和较好的表面质量，其拉削精度可达IT8～IT7，表面粗糙度值为Ra3.2～0.8μm。
（3）加工范围广。拉刀可以加工出各种截面形状的内外表面。有些其他切削加工方法难以完成的加工表面，也可以采用拉削加工完成。
（4）拉刀使用寿命长。由于拉削速度很低，而且每个刀齿在一个工作行程中只切削一次，因此，拉刀磨损小，使用寿命较长。
（5）机床结构简单，操作方便。因为拉削一般只有一个主运动（拉刀直线运动），进给运动由拉刀刀齿的齿升量来完成。
（6）拉刀是专用刀具，一种形状与尺寸的拉刀，只能加工相应形状与尺寸的工件，不具有通用性，因此也把拉刀称为定尺寸刀具。
（7）拉刀结构复杂，制造成本高，主要用于成批大量生产中。
由于受到拉刀制造工艺以及拉床动力的限制，过小或特大尺寸的孔均不适宜于拉削加工，盲孔、台阶孔和薄壁孔亦不适宜于拉削加工。
三、拉刀
1.拉刀的结构
拉刀的种类很多，根据加工表面位置不同可分为内拉刀与外拉刀。内拉刀用于加工各种形状的内表面，常见的有圆孔拉刀、方孔拉刀、花键拉刀和键槽拉刀等；外拉刀用于加工各种形状的外表面。在生产中，内拉刀比外拉刀应用更普遍。
拉刀虽有多种类型，但其主要组成部分基本相同。现以圆孔拉刀为例，对其主要组成部分介绍如下。
普通圆孔拉刀的结构如图9－8所示，它由前柄、颈部、过渡锥、前导部、切削齿、校准齿和后导部组成。当拉刀过重或太长时，还需做出后柄以便支承拉刀。切削齿又分为粗切齿、过渡齿和精切齿，其上做有齿升量fz，用以达到每齿切除金属层的作用。
图9－8 圆孔拉刀的结构
（1）前柄：拉刀前端用以夹持和传递动力的部分。
（2）颈部：前柄与过渡锥之间的连接部分，便于前柄穿过拉床挡壁，也是打标记的地方。
（3）过渡锥：引导拉刀前导部逐渐进入工件预制孔中，并起对准中心的作用。
（4）前导部：用于引导拉刀的切削齿正确地进入工件孔中，防止拉刀偏斜，并可检查工件预制孔的孔径是否过小，以免拉刀的第一个刀齿因切削载荷过大而损坏。
（5）切削齿：粗切齿、过渡齿和精切齿的总称，用来切除工件上全部拉削余量。
（6）校准齿：拉刀最后几个尺寸、形状相同的齿，起修光和校准作用，并可作为精切齿的后备齿。
（7）后导部：用于保证拉刀最后的正确位置，防止拉刀在即将离开工件时，因工作下垂而损坏已加工表面和刀齿。
（8）后柄：拉刀后端用于夹持或支持的部分。当拉刀又长又重时使用，用于支承并防止拉刀下垂。
2.拉刀的几何参数
拉刀切削部分的主要几何参数如图9－9所示。
图9－9 拉刀切削部分几何参数
（1）齿升量fz。圆孔拉刀的齿升量是指相邻两刀齿（或齿组）半径方向的高度差。粗切齿的fz较大，一般取0.015～0.2mm，用以切除大部分拉削余量（80%以上）；精切齿的fz很小，一般为0.05～0.02mm，精切齿的齿数可取3～7个；过渡齿的fz是在粗切齿和精切齿之间逐渐减小；校准齿上fz＝0，仅起校准作用，其齿数通常为3～7个。
（2）齿距P。齿距P是指相邻两刀齿间的轴向距离。一般P＝（1.25～1.9）
，式中Lo为拉削长度。齿距大小直接影响刀齿容屑空间和同时工作齿数Ze，为保证拉削过程平稳，应取Ze＝3～8，Ze＝
。
（3）刃带ba1。刃带起支承刀齿、保持重磨后拉刀直径尺寸不变和便于检测、控制刀齿径向圆跳动的作用。通常ba1＝0.1～0.4mm。
（4）拉刀前角γo。一般γo＝5°～18°。
（5）拉刀后角αo。一般αo＝1°～3°。
拉刀工作部分的参数还有容屑槽、齿数，刀齿直径和分屑槽等，在此不再一一介绍。
四、拉削方式
拉削方式是指拉刀切除加工余量的顺序和方式。它决定着拉刀拉削时每个刀齿切下的切削层的截面形状，通常可用图形表示，所以拉削方式又叫拉削图形。拉削方式是否合理，直接影响到刀齿载荷的分配、拉刀的结构、拉削力的大小、拉刀的寿命、生产率、工件表面质量和拉刀制造成本等。
拉削方式有分层式拉削、分块式拉削和综合式拉削三种。分层式包括同廓式和渐成式两种；分块式常用轮切式；将分层式和分块式结合在一起应用的称为综合轮切式。
1.分层式拉削
分层式拉削是把拉削余量一层一层地顺序切除。由于参加切削的切削刃长度较长，即切削宽度较大（如拉圆孔的好齿，其切削宽度等于圆周长），单位切削力较大，所以切削厚度（齿升量）取值较小，否则会因切削力过大而无法进行切削。根据已加工表面的形成过程，分层式拉削可分为同廓式和渐成式。
1）同廓式
如图9－10所示，拉刀各刀齿的廓形与被加工表面的最终形状一样，工件表面的最终形状与尺寸由最后一个精切齿和校准齿形成。同廓式拉削的特点是齿升量小，切削层薄，拉削过程平稳，拉削表面质量较高；缺点是拉刀齿数较多，拉刀较长，刀具成本高，生产率低，并且不适合加工硬皮的工件。其主要用于拉前精度高、余量小的工件。
为使切屑容易卷曲的减小拉削力，在拉刀切削齿上开有前后交错分布的窄分屑槽，以减小切屑宽度，如图9－10所示。
图9－10 同廓式拉削
（a）拉削图形；（b）切削部齿形；（c）切屑
2）渐成式
如图9－11所示，渐成式拉刀各刀齿的廓形与被加工表面的形状不同，被加工表面的最终形状和尺寸是由各刀齿的副切削刃切出的表面连接而成，因此，每个刀齿可制成简单的直线形或圆弧形，拉刀制造比同廓式简单，适于复杂成形表面的加工；缺点是在工件已加工表面上可能出现副切削刃的交接痕迹，故拉削表面质量不如同廓式拉削。键槽、花键槽及多边孔常采用这种拉削方式加工。
图9－11 渐成式拉削图形
2.分块式拉削
这种方式是把加工余量分成若干层，每层再分成若干块，拉刀的每个刀齿依次切除一层或两层中的一部分。按分块式拉削方式设计的拉刀，其切削部分是由若干齿组组成的。同一齿组内各刀齿无齿升量，但齿组间齿升量较大。每个齿组中有2～3个刀齿，它们的直径相同，共同切下加工余量中的一层金属，每个刀齿仅切去一层中的一部分，最常用的是轮切式。图9－12所示为三个切削刀齿为一组的分齿组轮切式拉刀结构及拉削图形。第一、第二切削刀齿的直径相同，都做出同样的圆弧形分屑槽，但切削刃位置相互错开，各切除工件上同一层金属中的几段材料。为避免切削刃与前两个切削刃切成的工件表面摩擦及切下整圈切屑，其直径应比同组其他两个刀齿直径小0.02～0.04mm。
图9－12 轮切式拉刀结构及拉削图形
1—第一齿；2—第二齿；3—第三齿；4—被第一齿切的金属层；5—被第二齿切的金属层；6—被第三齿切的金属层
分块式拉削与分层式拉削相比，其主要优点是每个切削刀齿上参加工作的长度（即切削宽度）较短，单位切削力小，允许的切削厚度比分层拉削可增大两倍以上，所以在相同的拉削余量下所用刀齿的总数减少了许多，拉刀长度大大缩短，既节省了刀具材料，又大大提高了生产率。它还可拉削带有硬皮的工件。在刀齿上分屑槽的转角处，强度高、散热良好，故刀齿的磨损量也较小。但这种拉刀的结构复杂，制造困难，拉削后工件表面质量较差，主要用于加工尺寸大、余量多的工件。
3.综合式拉削
综合式拉削集中了分层式拉削和轮切式拉削的优点，即粗切齿和过渡齿制成轮切式结构，精切齿采用同廓分层式结构。这样可以使拉刀长度缩短，生产率提高，又能获得较好的工件表面质量。
图9－13所示为综合式拉刀结构及拉削图形。粗切齿和过渡齿采取不分齿组的轮切式拉刀结构，每个刀齿上都有齿升量，即第一个刀齿分段地切去第一层加工余量的一半左右，第二个刀齿比第一个刀齿高出一个齿升量，除了切去第二层加工余量的一半左右外，还切去每一个刀齿留下的第一层加工余量的一半左右。因此，其切削厚度比第一刀齿的切削厚度大一倍。后面的刀齿都以同样顺序交错切削，直到把粗切余量切完为止。粗切齿齿升量较大，过渡齿齿升量逐渐减小。精切齿则采用分层拉削同廓式的刀齿结构，各刀齿的齿升量较小。其也采用了同离式的刀齿结构，但各刀齿间无齿升量。
图9－13 综合式拉刀结构及拉削图形
1—第一齿；2—第二齿；3—第三齿；4—粗切齿；5—过渡齿；6—精切齿；7—校准齿；8—被第一齿切的金属层；9—被第二齿切的金属层；10—被第三齿切的金属层
综合式拉刀刀齿的齿升量分布较合理，刀齿较少，拉刀长度短，生产效率高，拉削过程平稳，加工表面质量高。但综合轮切式拉刀的制造较困难。目前，专业工具厂生产的圆孔拉刀一般均采用综合拉削方式。
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