拉刀是一種高精度、高效率的多齒刀具，可用于加工各種形狀的內(nèi)、外表面。其中，硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位拉刀具有切削效率高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，其應(yīng)用日趨廣泛。本文以曲軸加工為例，介紹用于加工外回轉(zhuǎn)表面的硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位拉刀的工作原理、設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及拉刀角度的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
1 拉刀的工作原理
采用拉削方式加工回轉(zhuǎn)體外表面時(shí)，拉刀工作原理如圖1 所示。加工時(shí)，工件固定在夾具上隨主軸一起高速旋轉(zhuǎn)，拉刀沿工件圓周切線方向作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。拉刀的每個(gè)刀齒均可看作一把切向成形車刀。由于拉刀各刀齒的切削刃與拉刀支撐平面的距離各不相同，當(dāng)各刀齒依次切入工件時(shí)，從切削刃到工件軸線的最小距離也逐齒變化，從而決定了各刀齒切除金屬層的厚度。拉刀可在一次工作行程中完成粗、半精和精加工，且每一加工階段可安排不同的加工余量。由于工件的徑向尺寸由刀具安裝位置決定，與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的時(shí)間無(wú)關(guān)，因此加工精度易于保證。
2 拉刀的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
加工具有復(fù)雜廓形的外表面時(shí)，通常將拉刀設(shè)計(jì)為組合式，即將若干把拉刀安裝在一個(gè)刀體上，使其分別加工同一零件的各部分表面。組合拉刀中的各把拉刀既可同時(shí)工作也可順次工作。
設(shè)計(jì)組合拉刀時(shí)，首先需將待加工表面廓形劃分成若干簡(jiǎn)單的單元。為使加工每一單元的拉刀設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)化，同時(shí)又能提高拉削效率和縮短拉刀長(zhǎng)度，在廓形分段及拉刀配置時(shí)應(yīng)考慮盡可能讓幾把拉刀同時(shí)參與工作，但這樣往往會(huì)造成拉刀結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜、拉刀及其緊固件布置困難、拉床過(guò)載、零件加工時(shí)變形過(guò)大、排屑困難等問(wèn)題，因此在多數(shù)情況下最好采用同時(shí)加工與順次加工相結(jié)合的方式來(lái)安排拉刀位置，合理拉削復(fù)雜表面。例如在圖2所示的加工曲軸用組合拉刀結(jié)構(gòu)中，布置在前面兩側(cè)的多排刀片可同時(shí)加工曲軸兩側(cè)板面，布置在后面的三排刀片則用于加工連桿軸頸表面。
采用硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的拉刀可大大提高拉削效率和刀具使用壽命。在長(zhǎng)刀座6上順次布置了若干刀槽，為滿足齒升量的不同要求，各刀槽的底面高度尺寸各不相同。在刀槽中裝入刀墊5并用內(nèi)六角螺釘4緊固在長(zhǎng)刀座上，可轉(zhuǎn)位刀片3安放在刀墊上，利用底面及兩個(gè)側(cè)面實(shí)現(xiàn)六點(diǎn)定位，并用楔塊1和螺釘2夾緊固定。加工時(shí)，切削平面與工件的回轉(zhuǎn)軸線相互平行。
由于可轉(zhuǎn)位刀片的刃長(zhǎng)較窄，而需加工的軸頸較寬，因此需將多個(gè)可轉(zhuǎn)位刀片沿軸頸軸線方向并排布置，以達(dá)到軸頸寬度，兩相鄰刀片應(yīng)在相交處的左右各重疊一部分，以保證加工后不留刀痕。在設(shè)計(jì)組合拉刀時(shí)，其結(jié)構(gòu)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)拉刀高度可調(diào)，以保證在加工復(fù)雜零件廓形時(shí)能獲得所需加工精度。拉刀高度的調(diào)整通常在裝配新拉刀時(shí)進(jìn)行，通過(guò)用厚度一致的墊片墊入刀座與進(jìn)給滑臺(tái)之間或采用可沿拉刀長(zhǎng)度方向移動(dòng)的專用調(diào)整楔鐵均可實(shí)現(xiàn)拉刀高度調(diào)整。調(diào)整楔鐵的斜角為1°30′～2°，其長(zhǎng)度應(yīng)比拉刀總長(zhǎng)大一個(gè)最大調(diào)節(jié)行程，其寬度等于拉刀底面寬度，楔鐵上的緊固螺釘孔應(yīng)做成長(zhǎng)條形，其長(zhǎng)度應(yīng)大于楔鐵的行程長(zhǎng)度。
3 拉刀角度的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
某一切削刃上的任意點(diǎn)從A點(diǎn)開(kāi)始切削，在B點(diǎn)結(jié)束切削。在切削過(guò)程中，切削刃上任意點(diǎn)的工作前角和后角都在不斷變化?，F(xiàn)在討論切削刃在直線段AB上的任意位置C點(diǎn)時(shí)(C 點(diǎn)位置可用半徑Ri=OC和角度h來(lái)表示)垂直于工件軸線的剖面內(nèi)的前角和后角。若忽略進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作基面和切削平面的影響，則切削平面Pse為通過(guò)C點(diǎn)切于圓周的平面，工作基面Pre為通過(guò)OC的軸向平面。前刀面與工作基面Pre之間的夾角為工作前角gfe，后刀面與切削平面Pse之間的角度為工作后角afe；gf和af分別為標(biāo)注前角和后角，h為工作角度與標(biāo)注角度的變化值，即
gfe=gf-h
afe=af+h
當(dāng)切削刃上C點(diǎn)從位置A向位置B移動(dòng)時(shí)，h由A點(diǎn)上的最大值變化到B點(diǎn)上的0°。h的最大值的計(jì)算關(guān)系式為
cosh=r/(r+fz)
式中：r——經(jīng)該刀齒加工后的零件半徑
fz——齒升量
通過(guò)以上分析可知，在切削過(guò)程中，前角gfe減小，后角afe增大。隨著齒升量fz的增大，切削時(shí)前、后角的變化幅度也隨之增大，刀具的切削能力反而下降。因此，為了避免前、后角變化范圍過(guò)大，齒升量的取值不應(yīng)過(guò)大。在拉刀設(shè)計(jì)中，標(biāo)注后角af應(yīng)取較小值(一般為2°左右)，而標(biāo)注前角gf的取值可適當(dāng)大一些。
刃傾角ls
為使切削刃在切削時(shí)逐漸切入和切離工件，使切削過(guò)程平穩(wěn)，排屑順利，獲得較高加工質(zhì)量，在安裝刀片時(shí)應(yīng)使切削刃與工件軸線間有一偏斜角(即刃傾角ls) ，但設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意，刃傾角ls必須小于所選刀片的法向后角，以保證合理的副刃后角。
副偏角kr′
若選用正方形的可轉(zhuǎn)位刀片，對(duì)于加工兩側(cè)板面的拉刀部分，可將刀片傾斜1°～2°，形成副偏角kr′(如圖5a所示)，以減小副切削刃與側(cè)板面之間的摩擦。雖然此時(shí)主切削刃相對(duì)于工件軸線也傾斜了一個(gè)角度kr′，但因該部分的外圓表面加工精度要求較低，因此完全可以達(dá)到工藝要求。對(duì)于加工曲軸軸頸的拉刀部分，兩側(cè)邊的刀片可選用平行四邊形刀片，以獲得副偏角kr′。
4 結(jié)語(yǔ)
加工回轉(zhuǎn)外表面的硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位拉刀同時(shí)具有普通拉刀、切向成形車刀和可轉(zhuǎn)位刀具的綜合特點(diǎn)，其設(shè)計(jì)、制造難度較大，成本較高。但這種刀具切削效率高，加工質(zhì)量好，使用壽命長(zhǎng)，在批量生產(chǎn)時(shí)能產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效果，對(duì)于推進(jìn)可轉(zhuǎn)位式復(fù)雜刀具的國(guó)產(chǎn)化將起到積極作用。
（轉(zhuǎn)載）
