拉刀是一種多齒刀具，拉削過程只有主運(yùn)動，沒有進(jìn)給運(yùn)動，借助后—刀齒對前—刀齒增加齒高或齒寬來實(shí)現(xiàn)切削加工，一次直線或螺旋運(yùn)動即完成加工，生產(chǎn)效率極高，精度也很高，故在汽車工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。汽車零件的平面、成型外表面、孔、成型孔、鍵槽和花鍵槽均可用拉削加工，特別是自動變速箱中的內(nèi)齒輪環(huán)，拉削加工的效率更遠(yuǎn)高于一般插齒。

    工件的內(nèi)表面或外表面用粗加工刀刃與精加工刀刃按尺寸順序連結(jié)排列的拉刀去加工，其特長為：極短時(shí)間實(shí)現(xiàn)高精度加工；可簡單地加工軸向形狀一致的復(fù)雜工件；每刃的切深與全部切削量等在刀具設(shè)計(jì)制造時(shí)已決定，不需熟練工去調(diào)節(jié)操作解決；加工表面質(zhì)量良好，尺寸精度穩(wěn)定；加工時(shí)的切削壓力，使工件保持定位，夾緊穩(wěn)定。

    用拉刀進(jìn)行拉削加工能實(shí)現(xiàn)高精度、高效率大量生產(chǎn)，即使復(fù)雜的形狀也不需熟練工操作，尚可廣泛適應(yīng)多品種小批量生產(chǎn)，這是它的重要優(yōu)點(diǎn)。

    若使用數(shù)控磨床，最大限度應(yīng)用CAD/CAM功能，就可能設(shè)計(jì)制作高精度、復(fù)雜的齒形拉刀。若再能融合先進(jìn)的材料、熱處理及涂層技術(shù)，更可滿足薄壁零件、難加工材料加工等各種客戶的拉削加工要求。

選擇拉刀材料與表面處理

    據(jù)工件材料選擇拉刀材料與表面處理如表1所示。

表1 據(jù)工件材料選擇拉刀材料與表面處理

注：◎最適；○良好；×不可；※ 1 TiN涂層不推薦用于圓形拉刀；※ 2 刮孤內(nèi)數(shù)字是刀具材料選用硬質(zhì)合金時(shí)的切削速度。上表除A1S1、JIS牌號外，還有三菱公司品牌

1.高精度、長壽命的粉末高速鋼拉刀

    粉末高速鋼的特點(diǎn)是其中的炭化物顆粒微細(xì)、組織均勻以及合金含量高，它比熔煉高速鋼更富有韌性，耐磨性也更高。拉刀的刃齒為保持鋒利性，炭化物顆粒大小很重要，熔煉高速鋼炭化物顆粒大，若一脫落，刃齒很快變鈍；粉末高速鋼因顆粒細(xì)，易長期保持刃口鋒利。拉刀若進(jìn)行斷續(xù)切削時(shí)，粉末高速鋼的特性（強(qiáng)韌性）可提高加工表面質(zhì)量抑制尺寸波動，特別是加工高硬度難加工材料，可比熔煉高速鋼拉刀壽命高出約2倍左右（如表2所示）。

表2 粉末高速鋼拉刀切削加工例

注：S48C接近45號鋼，F(xiàn)CD700相當(dāng)QT700，SCr420是淬透性好的鉻鋼

2.各種表面處理

（1）氮化氧化：切削時(shí)為減少摩擦系數(shù)，防止被切削材料的切屑熔結(jié)在刀刃上，并提高其壽命，可對拉刀進(jìn)行氮化氧化處理。其方法是在進(jìn)行提高刃齒硬度的氮化處理后，再進(jìn)行氧化處理。氧化處理可在刀具表面生成可含有、保存切削油的多孔氧化鐵膜，隨著氧化擴(kuò)散深入到氮化層內(nèi)部可緩和刀具硬化層梯度，提高其耐磨性。

（2）SHT處理：這是三菱公司開發(fā)的新表層處理法，原理同氮化氧化，它主要是利用專利技術(shù)大幅度地提高氮化氧化擴(kuò)散滲透層的切削性能與尺寸精度。

（3）PVD涂層：利用PVD（物理氣相沉積）技術(shù)，在拉刀表面沉積TiN、（AlTi）N等耐氧化性好、硬度高的膜層，現(xiàn)已得到廣泛運(yùn)用。三菱公司開發(fā)的miracle、miracle40是一種優(yōu)秀的界面控制技術(shù)，它可以低于高速鋼回火溫度（550℃），從而克服軟的母材與高硬度膜層向巨大硬度差而造成結(jié)合力差的問題，最大地發(fā)揮膜層高性能效果，也可發(fā)揮母體材料與膜層各自特性，互相補(bǔ)充達(dá)到最好的實(shí)用效果，以延長壽命提高效率，特別適用在較硬材料加工時(shí)。

    高精度切刃鋒利的拉刀再配上多種優(yōu)秀的表面處理技術(shù)就可滿足客戶各種要求。

3.各類形狀拉刀及其特點(diǎn)

（1）圓形拉刀：可加工高精度的圓孔，據(jù)需要在拉刀上可設(shè)計(jì)具有擠光刀齒與二段精加工刀齒。

（2）花鍵拉刀：花鍵在形狀方面有具有二邊互相平行的矩形花鍵和汽車等傳遞動力用的以軸與孔結(jié)合的漸開線花鍵�；ㄦI拉刀加工刃有2類：只有加工花鍵的刃齒；有切花鍵的前刃、后刃與圓刃交互排列的或只有后刃與圓刃交互排列的，使孔與花鍵同時(shí)達(dá)到精加工。

（3）細(xì)齒與鋸齒拉刀：為軸與孔半永久結(jié)合用，齒形有小山形與漸開線形、鋸齒形等。

（4）鍵槽拉刀：加工的孔與拉刀導(dǎo)向部之間因有導(dǎo)條，故可用之調(diào)整鍵槽深度。

（5）多角形拉刀：多角孔也可用拉刀迅速正確地加工。如扳手用的六角孔，雙六角孔等各種形狀也可加工。

（6）特殊形拉刀：各種復(fù)雜形狀也不需熟練技術(shù)，可高精度高效加工。

（7）組合型拉刀：內(nèi)孔與花鍵，內(nèi)孔與鍵可用一把拉刀同時(shí)加工。

（8）螺旋拉刀有2種，即：只由外圓切削刀刃構(gòu)成的；由外圓切削刀刃與齒厚切削刀刃構(gòu)成的。前者用于一般汽車零件與電機(jī)零件的螺孔加工，后者用于汽車變速箱齒輪環(huán)的內(nèi)齒輪加工。加工齒輪環(huán)內(nèi)齒的螺旋拉刀一般稱大直徑螺旋拉刀，此種拉刀精度要求很高，但這樣大的刀具（直徑φ100～φ150mm，全長1500～2000mm），制造及測定齒形精度非常困難，故通常制成組合型螺旋拉刀（見圖1），這種拉刀一般粗加工齒形部分刀齒做在本體上，用作外圓切削刃；精加工齒形部分刀齒做在環(huán)套上用作齒厚切削刃；帶精密齒形的環(huán)套，其精密刀齒用作精加工需分開單獨(dú)制造，在別處用齒形檢查儀一面測定，一面制造，比較麻煩，組裝在一起總會帶來裝配等誤差影響精度。

圖1 組合式螺旋拉刀

    圖2為組合式螺旋拉刀內(nèi)齒輪加工剖面圖。其中：①刃是圖1中粗加工齒形部齒，此處刀齒漸漸升高，加工出全齒高；②刃是圖1中圓刀刃，加工內(nèi)齒輪環(huán)（見圖3）內(nèi)圓部；③刃是圖1中精加工齒形部的刀齒，主要加工齒厚部，最終達(dá)到齒厚上精加工的要求。

圖2 內(nèi)齒輪加工剖面圖

圖3 內(nèi)齒輪環(huán)

    三菱公司具有最新型帶齒輪精密測量裝置的CNC拉刀齒形磨床，由于充分發(fā)揮CAD/CAM功能，位置精度極高，制成了將本體與環(huán)套合在一起的一體型螺旋拉刀（見圖4）。一體型和組合型的加工余量比較如圖5所示。

圖4 一體型螺旋拉刀

圖5 一體型和組合型的加工余量比較

    將組合型的本體與環(huán)套制造成一體，就有可能減少齒厚精加工余量，提高加工齒輪精度。由于各刃齒負(fù)荷減輕，磨損量也可能減少，增大了每次重磨后的可加工零件數(shù)，并且不需要對環(huán)套拆卸、安裝和相位微調(diào)整等復(fù)雜作業(yè)，也可以削減生產(chǎn)成本。加工齒輪的齒形精度如圖6所示。

圖6 加工齒輪的齒形精度

①螺旋刃溝與軸線垂直刃溝

    大直徑螺旋拉刀的刃溝（容屑槽）有與軸線垂直型（環(huán)溝）與螺旋溝這二種，加工時(shí)軸線垂直型切削力變動大，壽命短，螺旋刃溝切削力變動小，齒形精度與刀具壽命均提高，近年螺旋溝的需要量不斷增多。

    由二型的切削負(fù)荷比較可知軸線垂直刃溝的切削負(fù)荷變動大，變動負(fù)荷所造成的振動使刀齒的磨損等損傷加快，螺旋刃溝由于參與切削的刃齒數(shù)經(jīng)常保持一定，切削負(fù)荷變動小、較穩(wěn)定，故不但刀齒磨損等損傷小，且加工齒形精度也較能穩(wěn)定保證。

表3 一體型大徑螺旋拉刀切削加工例

注：mn為法向模數(shù)，PAn為法向壓力角，NT為齒數(shù)。

②螺孔加工用螺旋拉刀

    汽車、電氣零件等螺孔拉削加工成本、加工精度和生產(chǎn)效率均比電加工遠(yuǎn)為優(yōu)越。

（9）平面拉刀：加工外表面的平面拉刀（包括較大的與局部較小的）�？筛鶕�(jù)被加工工件形狀、夾緊方式和切削方式等不同情況應(yīng)用各種各樣的夾持結(jié)構(gòu)（刀柄），適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)刀齒形狀與相互排列以期達(dá)到復(fù)雜形狀也能高效、高精度加工。

局部內(nèi)齒（細(xì)齒）加工用拉刀：中凹的扇形齒輪，不是用拉刀全周，而僅把必要部分做出來使用即可。

（10）局部外齒加工用拉刀：凸出的扇形齒輪加工時(shí)可用局部外齒加工拉刀，拉刀為凹圓面。

（11）二段齒升平面拉刀：在鑄件鍛件等表面硬表皮切除時(shí)，用前加工去除硬化部分以及防止圓孔偏心時(shí)可用之。

（12）漸成法帶倒角刃拉刀：為防止被加工表面質(zhì)量差，切槽時(shí)鍵槽拉刀可采用之，以抑制角端磨損，并防止切屑刮擦鍵槽側(cè)面。

（13）漸成法平面拉刀：鑄件鍛件表面直接用拉刀加工時(shí)，由于工件形狀，會使切削力增大此時(shí)可用漸成輪切法平面拉刀。

（14）復(fù)合表面處理（虎皮色涂層）（見圖7）：這是三菱公司專利的花鍵拉刀，它的特點(diǎn)是只有花鍵齒齒面有涂層，切削花鍵孔大徑的外圓刃，進(jìn)行了氮化氧化處理。

圖7 復(fù)合表面處理

全部表面是涂層的拉刀，切削阻力大，加工表面質(zhì)量異常且加工尺寸易波動，用此法可解決這些問題。

各種表面處理特性比較如表4所示。

表4 各種表面處理特性比較

圖8 拉刀拉削狀態(tài)

4. 拉刀設(shè)計(jì)主要參數(shù)的選定

    拉刀設(shè)計(jì)的基本要求是：結(jié)構(gòu)盡量緊湊小型化，材料要求致密。由于過長的拉刀制造困難，成本提高且使用不便，工件精度也差。因此訂貨時(shí)，拉刀必要的參數(shù)不要漏掉非常重要，其中切削長度、底孔直徑，對拉刀全長有很大影響，但也不應(yīng)據(jù)此算出過長全長。

圖9 拉刀的刃形

    內(nèi)孔型面拉刀諸參數(shù)與所用拉床的規(guī)格（拉頭卡抓部形狀、尺寸、拉削能力、拉程長度和安裝可能長度）與被加工工件形狀、尺寸有關(guān)，正是由這些來確定的。

（1）前柄：圖8所示為拉刀的拉削狀態(tài)，前柄的尺寸由使用的拉床型式?jīng)Q定，它的形狀應(yīng)容易進(jìn)入工件。拉頭、復(fù)位頭應(yīng)有充分的強(qiáng)度，操作方便切實(shí)。

（2）前導(dǎo)向部：為使拉刀最前刀刃正確進(jìn)入工件，前導(dǎo)向部應(yīng)比工件長，工件有空刀槽時(shí)，應(yīng)加上切削長成為工件長L。底孔徑公差若是0.05mm，前導(dǎo)部應(yīng)為g7的配合公差。

（3）前部柄長：拉刀裝在拉床上應(yīng)使第一刃與工件不接觸，前柄長度若規(guī)定了加前導(dǎo)部，再考慮機(jī)床到工作臺尺寸與夾具厚度，可以算出。

（4）切削長Lw：切削長是指拉刀加工工件的長度，是工件全長減去空刀槽長。切削長度短時(shí)（8mm以下）從加工穩(wěn)定性（壽命、精度等）與拉刀的經(jīng)濟(jì)性方面考慮，推薦多次拉削。工件倒角一般不考慮，切削長度短，同時(shí)參與刃數(shù)有變化時(shí)，需考慮合適節(jié)距選定。

（5）全切削量（切削尺寸）：全切削量為精加工尺寸和底孔最小徑之差；圓刃拉刀的圓刃全切削量一般選底孔直徑的0.2～0.35，公差為＋0.05。

（6）第一刃的吃刀量：粗加工第一刃的吃刀量（即與相鄰刃的直徑差），與工件材料、硬度、拉刀種類和大小以及拉床動力有關(guān)。拉刀切刃長度變化大時(shí)，粗加工第一刃吃刀量據(jù)長度不同可分2～3級變化。

接續(xù)粗加工刃的半精加工刃，為使精加工質(zhì)量好，可設(shè)計(jì)數(shù)刃（通常為4個(gè)刃）吃刀量可漸減，精加工切削刃吃刀量定為零。

（7）齒距：拉刀刀刃間的節(jié)距通常由下式算出：P=k?LW1/2，其中：P為齒距，k為系數(shù)，LW為切削長。k的取值范圍為1.2～1.6，第一刃的吃刀量愈多，系數(shù)可選取愈大。

    計(jì)算獲得的齒距時(shí)，應(yīng)使LW/P不成為整數(shù)。LW/P＞2時(shí)，可使各齒吃刀量為0.5mm。

    不等齒距則適用于防止切削共振的拉刀。圓形拉刀用齒距不等可防顫振、波度，提高尺寸精度。

（8）刃溝（容屑槽）形狀由齒距、刃帶寬和溝深齒底圓角等構(gòu)成，它影響容屑容積、刀齒強(qiáng)度及重磨次數(shù)等，是充分發(fā)揮拉削功能的基本參數(shù)。     拉刀的刃形如圖9所示，刃溝形狀各值以節(jié)距P作基準(zhǔn)：L=0.25～0.3P，H=0.3～0.5P，R1=0.4～0.6P。這樣計(jì)算決定的刃溝容積至少是切削產(chǎn)生切屑體積的6倍，通�？蛇_(dá)10倍。這樣可安全保證因切刃磨損造成切屑形狀變化的影響。在自動加工時(shí)，也可彌補(bǔ)因操作者不能一刻不停監(jiān)視，而可能釀成的事故，故系數(shù)據(jù)實(shí)情可取大值。

（9）前角和后角：前角和后角可據(jù)不同加工材料而選取，后角可因重磨后直徑減少而造成使重磨量與各切削刃吃刀量變動，為此取其值比其他刀具小。

（10）側(cè)后角：工件與刀齒接觸面積寬則易產(chǎn)生切屑熔敷在刀齒上，易使精加工表面質(zhì)量下降。為減少摩擦，刀齒應(yīng)有側(cè)后角，側(cè)后角有刃帶式、倒錐式和無側(cè)后角式3類，據(jù)齒形、齒高和工件材質(zhì)（調(diào)質(zhì)、未調(diào)質(zhì)）等來選定。

（11）后導(dǎo)向部：最后一刃后，設(shè)后導(dǎo)向部，它在最后一個(gè)精加工刃齒切削后支承工件。其直徑等于圓刃精加工刃徑的最小尺寸，長度大致等于直徑。

（12）后柄：立式拉床需要吊起拉刀。其結(jié)構(gòu)據(jù)機(jī)床的復(fù)位頭工作要求決定，可按用戶指示進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（13）分屑槽：圓刃或齒寬較大的刃，做出分屑槽以分?jǐn)嗲行挤乐骨行几缮妫�并使其流出容易。另外加工矩形花鍵那樣的平行溝槽時(shí)，切除的切屑，由于切削力作用比切削刃的寬度寬，這樣易傷及被加工出的側(cè)面。設(shè)計(jì)出分屑槽可使切屑分?jǐn)啵�以防止損傷側(cè)面，相鄰刃齒的分屑槽的相位應(yīng)不重合，錯開布置。

（14）刃長、全長：刃長=刃數(shù)×齒距，對應(yīng)切削長度加上后部柄長，此長度不能超過所使用拉床的拉程。全長=前部柄長+刃長+后導(dǎo)向部長+后部柄長，以上必須滿足拉床安裝的可能長度。過于細(xì)長的拉刀，制造和使用時(shí)常產(chǎn)生問題，為此可將余量分成2份或2份以上設(shè)計(jì)制作2根以上拉刀，作為成套拉刀使用為好。

（15）切削預(yù)計(jì)負(fù)荷：拉削負(fù)荷應(yīng)在所用拉床允許值以內(nèi)，則可以切削。預(yù)計(jì)負(fù)荷乘安全系數(shù)1.8，可以算出安全負(fù)荷FS，為保險(xiǎn)起見必須確認(rèn)安全負(fù)荷在拉床允許負(fù)荷內(nèi)。

（16）拉刀的強(qiáng)度：根據(jù)求得的安全負(fù)荷，再按公式校驗(yàn)拉刀的強(qiáng)度可否承受。

5. 拉削工藝

    鉆削的進(jìn)給、車削的切深（背吃刀量）及進(jìn)給可由操作者自由選擇，但拉削每一刃的吃刀量在設(shè)計(jì)時(shí)已定，操作人只能改變切削速度。車削、銑削時(shí)一面產(chǎn)生切屑，同時(shí)又不斷排除切屑。拉削時(shí)，全部長度的切屑必須讓它收容在拉刀容屑槽（刃溝）內(nèi)。為此，容屑槽的大小是重要問題，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確定適于拉削長度的容屑槽容積。如果拉削比圖紙上規(guī)定更長的零件時(shí)，切屑會堵塞容屑槽，常使加工表面顯著惡化，切刃損傷。拉削切除切屑的長度，一定比切削長度短，約為其1/2～1/4，但切屑的厚度卻相反增厚了2～4倍，增厚程度可按切削液不同而異。

圖10 切屑生成狀態(tài)

    圖10所示為切屑生成狀態(tài)。拉刀與其他切削刀具一樣，刀刃切入工件材料產(chǎn)生剪切，形成的切屑沿前刀面滑動，刀刃繼續(xù)向前，剪切生成新的切屑熔敷在前面形成的切屑上，形成平行四邊形層，且形成連續(xù)重疊切屑。拉刀前角宜為5°～25°，視切削條件不同可分別選定。

    切屑生成時(shí)，刀刃前進(jìn)方向與使切屑滑移面構(gòu)成的角度稱剪切角。此角對切削力、切削機(jī)理有重要作用。如圖11所示，此角小，則剪切面變長，切屑變厚同時(shí)切削力增大；相反，此角大，剪切面縮短切屑薄，切削力減小。

圖11 剪切角與切屑厚度

    最好的切屑形狀是卷得很好的渦卷形。韌性好的被加工材料常形成此種形狀。切屑卷曲狀態(tài)隨切削長度、每刃切削量、切削液以及被加工材料的硬度、化學(xué)成分和組織狀態(tài)等不同而異。

    一般軟材料比硬材料卷曲直徑為大，鑄鐵那樣的脆性材料，切屑不成圈，容屑槽小問題也不大。

6. 加工時(shí)的注意事項(xiàng)

（1）被切削材料的硬度。拉削適合的材料硬度為200~240HB，一般材料較硬比軟材加工表面質(zhì)量高，因軟材易于在拉刀刃齒棱帶上發(fā)生熔敷，造成咬入劃傷。但材料過硬拉刀易磨損，壽命也會變短。

（2）底孔。圓拉刀的底孔大小由于對加工表面質(zhì)量、拉刀壽命和加工精度等有巨大影響，因此必須正確良好地加工，否則會產(chǎn)生如下問題：底孔對安裝基面（端面）必須垂直，否則拉刀會彎曲，不可能加工出高精度、高表面質(zhì)量的孔；底孔小且彎的話，拉刀前導(dǎo)部不能進(jìn)入；底孔過大，拉刀易單邊接觸偏心大；底孔中若有積屑瘤的脫落物或其他硬的異物存在，也是拉刀壽命減少的原因。

（3）切削速度。切削速度影響拉削加工表面質(zhì)量，加工精度與拉刀壽命，應(yīng)考慮工件材料的被削性選定，非常要緊，拉削速度一般2～8m/min最近達(dá)到15～40m/min。

（4）切削液。切削液對拉刀壽命影響很大，因?yàn)樗�可提高加工表面質(zhì)量，尺寸精度，抑制拉刀磨損，并使易于排屑。

    拉削較其他加工切削速度低，切削溫度上升少，從重磨方面來考慮后角宜取小，但這樣會使切削油難以浸透，使切屑生成、表面質(zhì)量和加工精度方面呈現(xiàn)復(fù)雜的樣態(tài)。為改善所有問題選定最適當(dāng)切削液非常重要。

    拉削用切削液市面上購到的不一定適合，因此必須注意。已選定合適的切削液中再混入水、潤滑油、輕油等，可能使加工表面質(zhì)量變壞，產(chǎn)生異常磨損。

（5）被加工工件壁厚。拉削孔時(shí)工件壁厚大小對孔徑、圓度的加工精度有微妙的影響，拉削時(shí)工件受徑向力，由于彈性變形和塑性變形而膨脹，加工后彈性恢復(fù)（回彈）大致回復(fù)原狀。

    加工時(shí)，變形量若過大，會有部分塑性變形殘留，因此彈性回復(fù)隨工件壁厚大小有很大的變化。例如，即使同一把拉刀加工工件壁厚薄的要比加工厚的孔徑小，故拉削適宜加工工件定位支承基準(zhǔn)面大且壁厚大的工件。

    另外，若工件在圓周方向或切削方向壁厚變化不均時(shí)，這種現(xiàn)象單由刀具方面來防止是不行的，還應(yīng)充分研究有關(guān)加工精度與工件形狀等的相關(guān)影響。

7. 圓拉刀、花鍵拉刀的重磨要領(lǐng)

    為正確重磨出前角，砂輪直徑、安裝角（砂輪傾斜角）必須正確設(shè)定。

8. 拉削中出現(xiàn)的問題與對策，如表所示。

拉削中出現(xiàn)的問題與對策