第八章 其他加工刀具
【内容提要】
本章主要介绍拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的类型、结构和作用以及工作原理。
【目的要求】
1．明确拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的类型；
2．掌握拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的结构特点、切削参数及应用场合；会根据具体加工工艺情况选择拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的类型。
3．了解自动线与数控机床刀具。
【本章内容】
第一次课
§8-1拉 刀拉刀是一种多齿、精加工刀具。拉刀工作时沿轴线作直线运动，以其后一刀齿高于前一刀齿来完成拉削任务。拉削加工在成批大量生产中得到广泛的应用。
一、拉削特点
(1)生产率高 拉刀同时工作齿数多，切削刃长，一次行程即可完成工件的粗加工、精加工和光整加工，因此具有很高的生产率。
(2)拉削速度低，质量稳定 一般拉削速度νc=2～8m／min，拉削平稳，切削厚度小，因此拉削精度可达IT7～IT8，表面粗糙度值可达Ra5～0．8μm。另外，拉削时各刀齿不是连续而是间隙工作的，刀齿磨损慢，刀具耐用度高，寿命长。这样由同一把拉刀加工出的工件，其质量稳定，具有很好的互换性。
(3)拉床结构简单、操作方便 因为拉削一般只有一个主运动。
(4)拉刀加工范围广泛 可拉削各种形状的通孔和外表面。但拉刀的设计、制造复杂，价格昂贵，不适应单件小批生产。
(5)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。
二、拉刀分类拉刀种类很多，结构各异，目前有多种分类法：
(1)按加工内、外表面可分为内拉刀与外拉刀；
(2)按加工对象可分为圆孔拉刀、花键孔拉刀和特形孔拉刀等；
(3)按受力方式可分为拉刀、推刀和旋转拉刀等。
三、拉刀结构尽管不同的拉刀结构各有特点，但它们的组成部分还是相同的。下面以圆孔拉刀为例，来说明拉刀各组成部分及其作用。
(1)柄部 由拉床的夹头夹住，传递拉力。．
(2)颈部 连接柄部与其后各部分，便于柄部穿过拉床的挡壁。也是打标记的地方。
(3)过渡锥 引导拉刀逐渐进入工件孔中，并起对准中心的作用。
(4)前导部 导向、防止拉刀偏斜。
(5)切削部 分担负全部加工余量的切除工件，由粗切齿、过渡齿和精切齿组成，其刀齿直径尺寸自前往后逐渐增大。
(6)校准部 起修光和校准作用，亦可做精切齿的后备齿。
(7)后导部 保持拉刀最后的正确位置，防止拉刀刀齿在切离工件后，因自重下垂而损坏已加工表面或刀齿。
(8)支托部 对长而重的拉刀起支撑托起作用。
四、拉削要素以圆孔拉刀为例。
(1)拉削速度νc 拉刀的直线运动速度即为拉削速度νc。拉削时，切削刃上各点乃至各刀齿的拉削速度是相等的，这一点是不同于车削与钻削的。
(2)进给量或齿升量fz 指相邻两刀齿(或齿组)半径方向的高度差。齿升量大，则刀齿的切削厚度大。
(3)切削厚度hD 在基面Pr内垂直于加工表面度量的切削层尺寸。对于轮切式拉刀，hD=fz；对于综合轮切式拉刀，hD=2fz。
(4)切削宽度bD 在基面Pr内沿加工表面所度量的切削层尺寸。同廓式圆孔拉刀bD=πdo，式中的do为拉刀刀齿的直径。
(5)切削面积AD 拉刀每一刀齿的切削面积为AD=bDhD。若拉削时同时工作齿数为zе，则切削总面积为：
AD∑=ADzе=πdofzze(mm2)
；
式中zе——拉刀同时工作齿数； L。——工件的拉削长度； P——拉刀切削齿的齿距。
五、拉削方式拉削方式又称拉削图形。它是指拉削时工件表面的成形方式和加工余量的切除方式。采用何种拉削方式，既影响着刀齿的负荷分配、拉削力、工件表面质量，又影响到拉刀耐用度、拉刀总长等。因此，拉削方式是拉刀设计中应首先确定的一个重要环节。
(一)表面成形方式表面成形方式有两种：同廓式和渐成式。
1．同廓式
同廓式拉削，其特点是拉刀刀齿的形状与工件的廓形相似，最后一个刀齿决定已加工表面的形状与尺寸。这种拉削方式，优点是bD大hD小、拉削后表面质量高，缺点是拉刀齿数多、拉刀较长。另外，它不适于拉削有硬皮铸、锻件，否则刀齿易损。
2．渐成式渐成式拉削，其特点是拉刀刀齿的形状与工件的廓形不相似，工件的表面不是由最后一个刀齿形成，而是由各切削刃包络而成。其优点是拉刀制造简单，缺点是拉削表面质量不及同廓式拉削。
(二)加工余量的切除方式拉削时，加工余量的切除方式有两种：分层拉削与分块拉削。
1．分层拉削是把加工余量分为若干层，每一刀齿切除其中的一层。
2．分块拉削是把加工余量分为若干层，每一层或两层被几个刀齿分段切除。分块拉削又可分为轮切式拉削和综合轮切式拉削。
(1)轮切式 拉刀的切削部分由若干齿组组成，每一齿组中有2～5个刀齿，并切去较厚的一层金属，而每一刀齿只切去该层金属中的若干段。同一齿组内各刀齿无齿升量，但齿组间齿升量较大。在同一齿组内，前后两个刀齿开有交错分布的分屑槽，使切削刃交错分布，第三个刀齿设计成圆环形，直径略小些。
轮切式拉刀拉削时，切削厚度b较大，切削宽度幻较小，故拉刀齿数少，长度短，切削效率高。适用于加工尺寸大、余量大的内孔，还可用来拉削带有硬皮的铸、锻件。
(2)综合轮切式 综合轮切式拉削是综合了分层拉削与轮切式拉削的优点而形成的。整个切削部分分为粗切齿组、过渡齿组和精切齿组三部分。粗切齿组与过渡齿组采用类似轮切式的刀齿结构，即除第一个刀齿切除第一层加工余量的一半外，从第二个刀齿起每一刀齿均切除二层加工余量的一半。但粗切齿齿升量较大，过渡齿齿升量逐渐减小，精切齿组采用分层拉削同廓式的刀齿结构，各刀齿的齿升量较小。校准齿组也采用了同廓式的刀齿结构，但各刀齿间无齿升量，即fz=O。
综合轮切式拉刀的优点是：齿升量分布合理，刀齿较少，拉刀长度短，生产效率高，拉削平稳，加工表面质量高。
第二次课六、拉刀设计拉刀设计主要有切削部分、校准部分和其它部分设计。下面以圆孔综合轮切式拉刀为例来说明其设计过程。
(一)切削部分的设计
1．齿升量fz
粗切齿的齿升量较大。因为加工余量的80%要由粗切齿去切除，但其齿升量也不易过大，过大则拉削力大，一则影响拉刀的强度和拉床的负荷；二则很难获得表面粗糙度值小的拉削表面。一般推荐齿升量fz=O．03～0．06mm，且各齿齿升量相等。
精切齿的齿升量fz较小。考虑到加工精度与表面质量，其齿升量fz一般取0．01～O．03mm，且各齿齿升量相等。
过渡齿齿升量介于粗切齿与精切齿的齿升量之间，且大小不等、逐渐减小。这样安排过渡齿的齿升量，其目的是使拉削力从粗切齿组到精切齿组起到一个平稳的过渡，保持拉削过程的平稳性。
2．几何参数
(1)前角γ0 一般根据工件材料选取。拉削钢料时，为减小切削变形，降低拉削力，提高拉削表面质量，一般y0—5。～20。(材料韧性大，y0取得大些)；拉削铸铁时，为加强切削刃强度，γ0应选得小些，约为5°～10°。
(2)后角ao 拉刀属于定尺寸刀具，为使刀齿沿前面重磨后直径变化较小，以延长拉刀的使用寿命，其后角ao应选得小些，一般ao=1°～3°。
(3)刃带ba1 为了使拉刀制造时便于测量，拉削时起支撑作用和重磨后又能保持疵不变，各刀齿后面上留有宽度为ba1、后角为零的刃带。但一般ba1不宜太宽，以免增大摩擦，使拉削表面质量降低，通常ba1=0．1～O．4nm，粗切齿取得小些，精切齿取得大些。
3．齿距P
齿距指相邻两刀齿间的轴向距离。在设计齿距P时，要着重考虑两个方面的问题，即容屑空间与拉削平稳性。若齿距P小，则同时工作齿数多，拉削平稳性好，拉削表面质量高。但齿距P过小，容易造成容屑空间不够，切屑挤塞于容屑槽内而折断拉刀。一般齿距P的设计原则是：在保证有足够容屑空间的前提下，同时工作齿数zе尽可能多些。一般zе≥3。
通常推荐：
式中 PI，PⅡ，PⅢ——分别为粗切齿、过渡齿和精切齿齿距，mm；
Lo——拉削长度，mm。
4．容屑槽拉削属于封闭式切削，切屑被封闭于容屑槽中，所以对容屑槽的要求是：有足够的空间并能使切屑自由卷曲，以免堵塞和损坏刀齿；能使刀齿有足够的强度和较多的重磨次数。
①直线齿背型 齿背为直线，槽底有一圆弧r，形状简单，制造容易，常用于拉削脆性材料及一般钢材。
②曲线齿背型 齿背为曲线，槽底为圆弧，这种槽型有利于切屑卷成螺旋形，适应于拉削塑性较大的金属。
③加长齿距型 槽底为一直线，用两圆弧r分别与前面、齿背相连接。这种槽型有足够的容屑空间，适应拉削长度L。较大的工件，综合轮切式拉刀常用这种槽型。
容屑槽深度^ 确定容屑槽时，必须注意容屑条件。因为切屑卷曲不可能绝对紧密，所以应使容屑槽的有效容积大于切屑体积。
即
一般容屑槽的有效容积与切屑体积的比为2～4，这个比值用K来表示，于是有：
整理得：
式中h——容屑槽深度，mm；
K——容屑系数，一般加工钢料K=2．5～3．5，加工铸铁K一2～2．5；
hD——切削厚度，综合轮切式拉削hD=2fz，mm；
Lo——拉削长度，mm。
容屑槽按其深度不同，可分为浅槽、基本槽和深槽。根据齿距P和槽深h，可在有关资料中查出容屑槽的各个参数。
5．分屑槽拉刀在拉削塑性材料时，如果切削刃上没有分屑槽，则每个刀齿切下的金属层是一个圆环，对拉削过程不利，并且它会套在容屑槽中，使切屑清除困难。所以对直径较大的拉刀而言，在前、后相邻切削齿的切削刃上要做出交错分布的分屑槽，使切屑分成若干小段，切屑卷曲顺利，清除方便。拉削脆性材料，因是崩碎形切屑，无须做出分屑槽。
分屑槽形式有圆弧形、V形和U形三种。分屑槽的深度h1应大于齿升量fz，否则不能分屑。其槽底后角一般设计为αo+2°，为了保证拉削质量，最后一个精切齿不开分屑槽。
6．切削齿数z
切削齿由粗切齿zI、过渡齿zⅡ和精切齿zⅢ三部分组成。其齿数为：
Z= ZⅠ+ ZⅡ+ ZⅢ
(1)粗切齿齿数z1
式中A——总余量(见图8—10)，mm；
AⅡ——过渡齿拉削余量，mm；
AⅢ——精切齿拉削余量，mm。
zI，应按四舍五入的原则取为整数。
(2)过渡齿齿数zⅡ zⅡ一般取3～5个。
(3)精切齿齿数zⅢ zⅢ一般取3～7个。
7．直径第一个刀齿直径：当预制孔精度较低时，为避免因拉削余量不均匀，使拉刀承受过大的负荷，第一个刀齿直径可取
(二)校准部分设计校准部分的校准齿不设齿升量，只对拉削表面起修光和校准作用。
1．几何参数
(1)前角γ0Ⅳ 因校准齿不参加切削，前角可取0°～5°；或为制造方便，取γ0Ⅳ=γ0。
(2)后角a0Ⅳ 为了使拉刀重磨后直径变化小，延长拉刀使用寿命，aoⅣ< a0，或取aoⅣ=1°。
(3)刃带宽度bаⅣ 为了使拉刀重磨后直径变化小及拉削平稳，校准齿上也留有刃带，其宽度比精切齿大一倍左右。一般取6。Tv一0．4～0．8ram。
2．齿距与槽型由于校准齿只起修光、校准作用，其齿距可短些，以缩短拉刀长度。
当粗切齿的齿距PI>lOmm时，PⅣ一(O．6～0．8)PI；
当粗切齿的齿距PI≤lOmm时，PⅣ一PI。
校准齿的槽型一般做成与切削齿相同。
3．齿数与直径
当被拉削孔的精度要求较高时，校准齿的齿数zⅣ应多些，常取zIv=3～7。
重磨拉刀时，只需重磨切削齿。当最后一个精切齿因重磨后直径减小，第一个校准齿就成为新的最后一个精切齿。以后重磨直径再减小，依此类推。
为了增加拉刀的重磨次数和延拉刀的使用寿命，校准齿的直径应等于被拉削孔的最大直径dmmax。但考虑到拉削后孔径可能产生扩张或收缩，校准齿的直径：
doⅣ=dmmax±δ
式中δ——拉削后孔径的扩张量或收缩量，mm。
拉削后，若孔径产生扩张，取“一”号；若孔径产生收缩，取“+”号。
一般扩张量是通过试验来确定。其值与孔径公差有关，约取
δ=(O．12～0．14)IT
式中 IT——拉削后孔径的公差。
收缩现象常发生在下列情形。
(1)拉削韧性金属材料时，收缩量可取δ=O．01mm。
(2)加工薄壁工件时，占可按下式计算：
拉削3号钢或5号钢时，δ=O．3dmmax-1．4T(μm)
拉削40Cr或18CrNiMnWA时，δ=0．6dmmax--2．8T(μm)
式中dmmax——拉削后孔的最大直径，mm。 T——孔壁厚度，mm。
(三)其它部分与拉刀总长
1．柄部通常采用快速装夹的形式。d1应比拉削前的孔径小0．5mm，并选用标准值。
2．颈部与过渡锥颈部长度L。按下式计算。
Lo≥m+B+A-L3(mm)
式中 m——拉床夹头与床壁的间隙，可取10～20nm； B——拉床床壁厚度，mm； ‘ A——拉床花盘等厚度，mm； L3——过渡锥长度，通常取成lOmm、15mm,20 mm。
颈部直径d3可比d1小O．3～O．5ram；也可与柄部一次磨出，即d3=d1。
3．前导部前导部直径d4应等于拉削前孔的最小直径dwmin，偏差取e8，其长度L4是由过渡锥终端到第一个切削齿的距离，应等于拉削孔的长度。
4．后导部后导部直径d5等于拉削孔的最小直径dmmin，偏差取f7；后导部的长度L5=(O．5～0．7)Lo
(Lo为拉削孔的长度)，但不小于20mm。
5．支托部支托部的直径d6取(O．5～0．75)dm(dm为拉削后孔的基本尺寸)，随拉床尾架尺寸而定；支托部长度L6取(O．5～O．7)dm，但长度不小于20～25mm。
6．拉刀总长度L
它是拉刀所有组成部分长度之和：
L—L l+ L 2 + L + L 4+ L I+ LⅡ+ LⅢ+ LⅣ+ L 5+ L 6
式中 L I+ LⅡ+ LⅢ——切削部分的长度； LⅣ——校准部分的长度。
拉刀总长在1000mm以内时，偏差取±3mm。确定拉刀总长时应考虑下述两方面的因素：
(1)不能超过拉床允许的最大行程；
(2)热处理变形和刚性太差造成的加工困难等。
一般允许拉刀总长为L=(30～40)do，当do小及容屑槽深时，取小值。
(四)拉刀强度和拉床拉力的校验
1．拉削力计算拉刀在拉削中的轴向力与切削速度方向一致，这个轴向力即为主切削力Fc，工程上一般称为拉削力。根据实验求得计算公式为：
Fc=Fc'bDzeK
式中 Fc'——作用在单位长度切削刃上的拉削力(对综合轮切式拉刀，应按2fz查Fc')，它与被加工材料和齿升量有关，可由刀具设计指导资料中查得，N／mm； bD——切削宽度，mm； ze——同时工作齿数； K——与拉刀前角、切削液、刀齿磨损等因素有关的修正系数，一般情况不作考虑。
2．拉刀强度和拉床拉力的校验拉刀在拉削时，除所产生的最大拉削力Fcmax；必须小于拉床的实际拉力外，还要满足拉刀强度的限制，否则会损坏拉床或拉断拉刀。为此，必须要对拉刀强度和拉床拉力进行校验。
(1)拉刀强度校验拉削时产生的拉应力必须小于拉刀材料的许用应力[σ]，
即 σ=Fcmax/Αmin
式中 σ——拉削时产生的拉应力，GPa； [σ]——拉刀材料的许用应力，GPa。高速钢w18Gr4V，[σ]===O．343～0．392GPa；合金钢40Cr，[σ]=0．245GPa； Amin——拉刀危险截面面积，mm2。危险截面产生的部位可能在柄部或颈部，也可能在第一个切削齿的容屑槽底部； Fcmax——最大拉削力，N。
(2)拉床拉力校验拉床新旧不同，实际产生的拉力也不同。拉削时产生的最大拉削力
Fcmax一定要小于拉床的允许拉力[Q]，即
Fcmax <[Q]
式中 Fcmax——最大拉削力，N；[Q]——拉床的许用拉力，一般[Q]=(O．5～O．9)Qmax；Qmax——为每一种型号的拉床规定允许的最大拉力，N。
经上述两方面校验后，只要超过许用值，就得减小最大拉削力Fcmax一般采取的措施有减小齿升量fz，或增大齿距P以减少同时工作齿数ze，但这样处理后还需重新验算ze和L，看是否满足要求。
七、拉刀材料的选择拉刀属结构复杂类刀具，凡整体式拉刀都选用高速钢刀具材料，如w18Cr4V或W6M05Cr4V2，因为这两种材料的冷、热加工性均比较好。对于组合式拉刀，为提高拉削效率，刀齿材料常选用硬质合金。
八、拉刀的合理使用与刃磨拉刀的合理使用与刃磨对于提高拉削表面质量和拉削效率，乃至延长拉刀使用寿命具有重要的意义。
1．拉削表面上常见的缺陷与消除方法
(1)环状波纹 表面上出现的环状波纹或啃刀现象主要是拉削力变化较大，拉刀工作不平稳，使刀齿在圆周方向切削不均匀所致。消除缺陷常采用的措施：从设计方面主要检查齿升量安排是否合理，同时工作齿数是否太少，刃带宽度是否太小等；从使用方面看，主要应使选用的拉削速度不要过高。此外，还应考虑拉刀的弯曲度和径向跳动是否超差。
(2)局部划伤 局部划伤常因刀齿刃口碰伤，或精切齿上附着切屑，或容屑槽经多次刃磨造成不光滑台阶形，以致划伤拉削表面。对这种缺陷，一般从使用方面进行检查，采取相应措施便能得到解决。
(3)鱼鳞状 鱼鳞状缺陷主要是由于在拉削过程中，已加工表面上产生较大的塑性变形所致。常采取的消除措施是：合理选择与正确刃磨拉刀的前角，对工件进行适当的热处理，以改善其切削性。
(4)断屑沟痕 拉削表面上有时出现的断屑沟痕，经常产生于最后一个切削齿的分屑槽位置处，这是由于分屑槽处金属未被切除而被校准齿挤压所致。消除这种缺陷的措施是：适当减小最后一个切削齿的直径，一般使它减小0．005～O．01mm即可。
(5)挤亮点 挤亮点是由于刀齿后面与拉削表面间产生较剧烈挤压摩擦所致。消除措施是选择合适的后角和齿升量；采用性能良好的切削液；对硬度较高的工件材料通过适当的热处理降低其硬度。
2．拉刀使用后的管理为保证拉削精度与表面质量，拉刀用后必须妥善管理。对长而细的拉刀不能平放，应吊挂起来，以免发生弯曲变形。此外，注意保护刀齿，不能让硬物磕碰，以免损坏刀齿。
3．拉刀的刃磨拉刀磨损后，是在万能工具磨床或拉刀磨床上沿前面进行刃磨的。刃磨后必须保持拉刀设计前角γo不变和一定的表面粗糙度。碟形砂轮周边与拉刀前面上的D点接触，D点为前面与槽底圆弧的交点。为了减小砂轮的接触面积，砂轮的锥面与前面的夹角为5°～15°，砂轮轴线与拉刀轴线间夹角β=35°～55°，两者轴线保持在同一垂直平面内，并使砂轮与拉刀按各自轴线转动。因此，前面是由砂轮与拉刀相对运动时，形成许多弧形曲线连接而成的。为了避免砂轮对拉刀槽底产生过切现象，故砂轮直径不能太大，通常按下式计算确定：
R=rDsin（β-γo）/sinγo
式中R——砂轮半径，mm；rD——拉刀D点半径，mm； β——砂轮轴线与拉刀轴线间的夹角； γo——拉刀切削刃前角。
第三次课
§8-2 齿轮刀具齿轮以渐开线圆柱齿轮应用最多。加工渐开线圆柱齿轮用的刀具有两种：成形齿轮刀具，如盘形齿轮铣刀和指状齿轮铣刀；展成齿轮刀具，如齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀等。
一、成形齿轮铣刀
(一)盘形齿轮铣刀在卧式铣床上利用分度头进行分齿，盘形齿轮铣刀作旋转运动，工作台作进给运动，加工直齿或斜齿圆柱齿轮。生产率和加工精度都比较低，适用于单件生产或修配工作中加工要求不高的圆柱齿轮。
1．盘形齿轮铣刀的几何参数盘形齿轮铣刀的刃形是按照被加工齿轮的槽形和尺寸而设计的。盘形齿轮铣刀是铲齿成形铣刀，前角γf=0°，使刃形与齿槽形状相同，以便减小齿形加工误差。
为了有利于切削，齿顶后角αf和齿侧后角αn也是铲削而成。K为齿顶后角αf的铲削量。
2．盘形齿轮铣刀的选用用盘形齿轮铣刀加工齿轮时，齿轮的模数和压力角相同，但齿数不同，齿槽形状也不相同。由渐开线形成原理可知，齿数越少，则基圆越小，渐开线就弯曲得越厉害。因此，在加工不同齿数的齿轮时，应采用不同齿形的铣刀，这样就会使铣刀的数量特别多。生产中为了减少盘形齿轮铣刀的数量，常用一把铣刀加工模数和压力角相同，但齿数规定了加工范围的齿轮。
(二)指状齿轮铣刀当加工齿轮模数大于10mm时，在立式铣床上利用分度头进行分齿，指状齿轮铣刀作旋转运动，工作台作进给运动，进行铣齿工作。这种加工方法仅适用于单件生产和修配工作。
二、展成齿轮刀具
(一)齿轮滚刀
I．齿轮滚刀的工作原理把齿轮滚刀安装在滚齿机的刀架上，并将齿轮滚刀搬转一个螺旋升角ω(该角等于容屑槽斜角)，使齿轮滚刀的齿向与被切齿轮的齿向相同。调整好切削深度αp，齿轮滚刀旋转并下移进给。被切齿轮按一定的传动比作圆周进给。这样就形成了展成运动。
齿轮滚刀第一个齿的位置是由第六个齿的位置(假设该齿轮滚刀开六个容屑槽)逐渐切入的，使被切齿轮的两侧齿形是包络曲线，近似等于渐开线。
2．齿轮滚刀的基本蜗杆齿轮滚刀的基本结构是一个头的螺纹升角很小的蜗杆。为了形成切削刃和后角，在蜗杆上开槽并铲出齿顶和齿侧后角。这种蜗杆就称为齿轮滚刀的基本蜗杆。
基本蜗杆的选用(齿轮滚刀的选用)介绍如下。
(1)渐开线基本蜗杆 渐开线基本蜗杆的端截面齿形是渐开线，轴向截面齿形是凸起的曲线。所以，渐开线齿轮滚刀没有齿形设计误差，加工精度较高，但制造比较困难，目前应用很少。
(2)法向直廓基本蜗杆 法向直廓基本蜗杆的法向截面齿形是直线，端截面齿形是延长渐开线，法向直廓齿轮滚刀设计时，若对基本蜗杆齿形角进行修正，也可以得到近似于渐开线基本蜗杆的齿轮滚刀。但由于加工精度低，一般用于粗加工和大模数的齿轮滚刀。
(3)阿基米德基本蜗杆 阿基米德基本蜗杆的轴向截面齿形是直线，端截面齿形是阿基米德螺旋线，设计阿基米德齿轮滚刀时，若对阿基米德基本蜗杆的齿形角进行修正，可以得到很近似于渐开线基本蜗杆的齿轮滚刀。由于阿基米德齿轮滚刀的制造和测量容易，刃磨时齿形精度比较容易控制。所以，目前我国凡模数在10mm以下的精加工齿轮滚刀均规定为阿基米德齿轮滚刀。
3．阿基米德齿轮滚刀的几何参数如图所示，是容屑槽为直槽、前角γp=O°的阿基米德齿轮滚刀。这样制造的齿轮滚刀，其齿形误差最小。为了有利于切削，使齿轮滚刀的前角γp>0°。
齿轮经过淬火后，因变形大，需要进行精加工。对精度要求不很高的齿轮，若采用磨削就很不经济，但采用如图所示的加工硬齿面齿轮滚刀，就可以加工精度低于8级、齿面硬度为60HRC左右的齿轮。这种齿轮滚刀的刀齿用硬质合金制成，顶刃前角γp=-30°。
4．齿轮滚刀的合理选用根据齿轮的精度要求，会选用不同精度等级的齿轮滚刀。AA级齿轮滚刀可加工6～7级的齿轮，A级齿轮滚刀可加工7～8级的齿轮，B级齿轮滚刀可加工8～9级的齿轮，C级齿轮滚刀可加工9～10级的齿轮。齿轮滚刀的模数和压力角要与被切齿轮的模数和压力角相同。
(二)蜗轮滚刀蜗杆蜗轮传动副也是机械传动部件之一，其优点是传动比大。蜗轮滚刀实际上是由蜗杆制成的。外径大于30～35mm的蜗轮滚刀一般制成套装式，外径小于30mm的蜗轮滚刀一般制成带柄式。
蜗轮滚刀的进给方式有两种，一是径向进给，二是切向进给。
在单件小批生产和修配工件中，为了降低成本而不购置蜗轮滚刀，采用蜗轮飞刀切向进给来滚削蜗轮。飞刀位于刀杆的轴向剖面内，其齿形是直线，这样结构简单，制造方便，价格低廉。
(三)插齿刀
1．插齿刀的工件原理(Y5132型插齿机)
插齿刀安装在插齿机床的主轴上，它具有圆周进给运动、上下直线切削主运动，还有让刀运动。工件逐渐地向插齿刀作径向切入的径向进给运动，并与插齿刀按规定传动比作啮合旋转运动(展成运动)。这样，被切齿轮坯转过一周后便成为齿轮。
2．插齿刀的几何角度插齿刀相当于变位系数连续变化的变位齿轮。o—o剖面是标准齿形，其变位系数为O。新插齿刀端剖面I-I的变位系数最大(大于O)，使用到最后的旧插齿刀端剖面Ⅱ一Ⅱ的变形系数最小(小于O)。插齿刀的端面向里凹，所以顶刃在切深剖面Pp内的前角为γpa，侧刃选定点D处的前角为γpD，主剖面内的前角为γoD。
由于插齿刀是变位系数连续变化的变位齿轮，沿插齿刀分圆的齿厚前宽(I-I剖面)、后窄(Ⅱ一Ⅱ剖面)，这就形成了顶刃后角αpa、侧刃选定点D处的后角αpD、主剖面的后角αoD。
3．插齿刀的选用插齿刀有以下三种类型。,
(1)盘形插齿刀 用于加工普通直齿外齿轮租大直径内齿轮。
(2)碗形插齿刀 用于加工塔形、双联直齿轮。
(3)锥柄插齿刀 用于加工直齿内齿轮。
插齿刀的精度有三个等级。AA等级加工6级齿轮；A等级加工7级齿轮；B等级加工8级齿轮。
(四)剃齿刀
1．剃齿刀工作原理
如图所示，剃齿刀的结构是一个圆柱斜齿轮，在它的齿侧面上做出许多小的凹形容屑槽而形成刀刃。
剃齿刀安装在剃齿机床的主轴上作旋转运动。被剃齿轮安装在心轴上，心轴的两端面有中心孔与工作台上的顶尖精确配合。剃齿刀给被剃齿轮一定的压力并带动被剃齿轮作无间隙的啮合运动。由于这对斜齿轮啮合接触点的速度方向不一致，使剃齿刀与被剃齿轮侧面产生相对滑移，图中的口f就是剃削速度。因此，在径向进给的压力下，剃齿刀的侧面凹槽切削刃在啮合点处切下很薄的一层切屑(厚度约O．005～0．01mm)。
剃齿是对未淬硬齿轮的齿形进行精加工的一种常用方法。滚齿或插齿以后经过剃齿加工，齿轮精度可达6～8级，齿面粗糙度值可达Rа1．25～O．63μm。
2．剃齿刀的结构
盘形剃齿刀的结构如图所示，为圆柱斜齿轮，齿形的两侧面用插刀插出凹槽而形成切削刃。槽底与齿面一样，是渐开线。为使插刀能够退刀，在每个齿根钻有倾斜的小孔。当剃齿刀用钝后，需要重磨齿形表面和齿顶圆柱面。
3．剃齿刀的选用要选用模数和压力角与被剃齿轮相同的剃齿刀。它有A和B两个等级，A等级适用于加工6级齿轮，B等级适用于加工7级齿轮。
第四次课
§8-3 螺纹刀具螺纹刀具的种类很多，有螺纹车刀、螺纹梳刀、螺纹铣刀、螺纹切头、丝锥、圆板牙、螺纹滚压工具等。下面只简介丝锥、圆板牙、螺纹滚压工具。
一、丝锥丝锥就是用螺栓制作的，为了能够切削，在端部磨出切削锥，沿轴向开出容屑槽而形成切削刃，用于加工内螺纹。
丝锥的结构：
如图所示为手用丝锥。机用丝锥是将柄部加长。
(1)切削部分 切削部分磨出切削锥角2κr，使齿形高度不完整。这样，切削工作能均匀地分配在几个刀齿上，切削平稳，而且轴向对中性好。
(2)校准部分 校准部分lo是丝锥工作时的导向部分，也是丝锥重磨后的储备部分，它具有完整的齿形，为了减少与工件之间的摩擦，外径和中径向柄部逐渐缩小，一般缩小量为(0．05～O．12)mm／100mm。
(3)容屑槽 一般情况下容屑槽有三个，为了制造方便，沿轴向是直槽，槽底是圆弧面。
(4)前角和后角 丝锥的前角γp和后角αp，均在端剖面内测量。加工钢和铸铁时，γp=3°～10°，加工铝合金时，γp=15°～18°。后角αp一般取4°～12°。
二、圆板牙
圆板牙的基本结构是一个螺母，端面上做出排屑孔而形成切削刃。它是加工外螺纹的刀具，结构简单，制造方便，应用广泛。排屑孔3～7个，前角γp=25°～35°，两端磨出切削锥，锥角2κr=40°～50°。切削锥部经过铲磨，形成顶刃后角αp=5°～8°。
圆班牙的厚度H一(7～9)P，其中校准部分为(4～4．5)P。使用圆板牙时，将它紧固在板牙套中，用螺钉支撑和夹紧，借助扳手手动套丝，一端磨损后可调头使用，校准部分磨损后，可用片状砂轮沿60。缺口处切开槽，调节支撑螺钉使孔径缩小，用标准样规或试切来控制螺纹的尺寸。
三、螺纹滚压工具滚压螺纹属于无屑加工，适用于加工塑性材料，生产率和加工精度高，滚压后的螺纹机械性能好。常用的螺纹滚压工具有滚丝轮和搓丝板。
1．滚丝轮两个滚丝轮的螺纹旋向相同，与工件螺纹旋向相反，装在相互平行的轴上，齿纹错开半个螺距。工作时两个滚丝轮同向、等速旋转，工件放在中间的支撑板上，当动滚丝轮径向靠紧时，工件逐渐受压，产生塑性变形而形成螺纹。尺寸达到预定的尺寸后，动滚丝轮停止进给，继续滚转几周后修正了螺纹廓形，再退回动滚丝轮取下工件。设计滚丝轮时，其中径螺纹升角等于工件中径的螺纹升角。为了增大滚丝轮的直径和心轴的刚性，滚丝轮的螺纹头数是多头的。头数z=p滚轮／p工件。
2．搓丝板由静板和动板组成一对进行搓丝。当工件进入两块搓丝板之间时立即夹住并使之滚动，最终由于塑性变形而被压出螺纹。搓丝板的生产率很高，但螺纹的精度不高。因滚压时径向压力较大，使被挤螺纹产生椭圆度，所以只能加工直径小于20mm的螺纹。
§8-4 自动线和数控机床刀具一、自动线刀具为了提高生产率，减少调整刀具的时间，自动线刀具应具备如下特点。
(1)良好的切削性能 自动线刀具的材料应具有较高的强度与韧性、较好的耐热性与耐磨性，在规定的生产时间内保证刀具有稳定可靠的切削性能。
(2)可靠的切屑控制 自动线上的刀具在切削时，必须控制切屑不能缠绕在刀具和工件上，否则操作者不安全，切屑易划伤已加工表面，所以要有很好的断屑措施。
(3)迅速地更换刀具 自动线刀具必须在线外调整刀具达到规定的尺寸精度，当自动线刀具的切削时间达到规定的耐用度时，能够快速调换刀架上的刀具。
(4)方便的预调整装置 在自动线外利用对刀装置将刀具预先调整到加工时所要求的尺寸。
(5)较高的尺寸耐用度 刀具尺寸的耐用度一般取一个班或四个小时，以便在交接班时调整刀具。
(6)准确的检测装置 在切削过程中，刀具的磨损是客观存在的，在自动线上应设置专用的刀具工作状态检测装置，以便及时发现刀具的破损情况，并及时更换刀具。
二、数控机床刀具
1．特点与要求数控机床适于加工多品种、形状复杂的零件，因此数控机床刀具应具备如下要求。
(1)数控机床刀具应有高的精度、耐用度，几何尺寸稳定，变化小。
(2)数控机床刀具能够在外预调和快速换刀。
(3)数控机床刀具应具有一套柄部标准系列。锥柄与刀具的连接形式如图8—41所示。
(4)具有较好的卷屑和断屑措施。
(5)具有刀具的破损信号装置。
2．加工中心使用的刀具结构
加工中心是具有刀具库和机械手、能够自动装卸刀具的一种自动控制机床。根据指令，机械手将已完成切削工序的刀具从主轴中取下送回刀具库，接着又从刀具库中取出下道工序加工所需要的刀具。
【内容提要】
本章主要介绍拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的类型、结构和作用以及工作原理。
【目的要求】
1．明确拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的类型；
2．掌握拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的结构特点、切削参数及应用场合；会根据具体加工工艺情况选择拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具的类型。
3．了解自动线与数控机床刀具。
【本章内容】
第一次课
§8-1拉 刀拉刀是一种多齿、精加工刀具。拉刀工作时沿轴线作直线运动，以其后一刀齿高于前一刀齿来完成拉削任务。拉削加工在成批大量生产中得到广泛的应用。
一、拉削特点
(1)生产率高 拉刀同时工作齿数多，切削刃长，一次行程即可完成工件的粗加工、精加工和光整加工，因此具有很高的生产率。
(2)拉削速度低，质量稳定 一般拉削速度νc=2～8m／min，拉削平稳，切削厚度小，因此拉削精度可达IT7～IT8，表面粗糙度值可达Ra5～0．8μm。另外，拉削时各刀齿不是连续而是间隙工作的，刀齿磨损慢，刀具耐用度高，寿命长。这样由同一把拉刀加工出的工件，其质量稳定，具有很好的互换性。
(3)拉床结构简单、操作方便 因为拉削一般只有一个主运动。
(4)拉刀加工范围广泛 可拉削各种形状的通孔和外表面。但拉刀的设计、制造复杂，价格昂贵，不适应单件小批生产。
(5)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。
二、拉刀分类拉刀种类很多，结构各异，目前有多种分类法：
(1)按加工内、外表面可分为内拉刀与外拉刀；
(2)按加工对象可分为圆孔拉刀、花键孔拉刀和特形孔拉刀等；
(3)按受力方式可分为拉刀、推刀和旋转拉刀等。
三、拉刀结构尽管不同的拉刀结构各有特点，但它们的组成部分还是相同的。下面以圆孔拉刀为例，来说明拉刀各组成部分及其作用。
(1)柄部 由拉床的夹头夹住，传递拉力。．
(2)颈部 连接柄部与其后各部分，便于柄部穿过拉床的挡壁。也是打标记的地方。
(3)过渡锥 引导拉刀逐渐进入工件孔中，并起对准中心的作用。
(4)前导部 导向、防止拉刀偏斜。
(5)切削部 分担负全部加工余量的切除工件，由粗切齿、过渡齿和精切齿组成，其刀齿直径尺寸自前往后逐渐增大。
(6)校准部 起修光和校准作用，亦可做精切齿的后备齿。
(7)后导部 保持拉刀最后的正确位置，防止拉刀刀齿在切离工件后，因自重下垂而损坏已加工表面或刀齿。
(8)支托部 对长而重的拉刀起支撑托起作用。
四、拉削要素以圆孔拉刀为例。
(1)拉削速度νc 拉刀的直线运动速度即为拉削速度νc。拉削时，切削刃上各点乃至各刀齿的拉削速度是相等的，这一点是不同于车削与钻削的。
(2)进给量或齿升量fz 指相邻两刀齿(或齿组)半径方向的高度差。齿升量大，则刀齿的切削厚度大。
(3)切削厚度hD 在基面Pr内垂直于加工表面度量的切削层尺寸。对于轮切式拉刀，hD=fz；对于综合轮切式拉刀，hD=2fz。
(4)切削宽度bD 在基面Pr内沿加工表面所度量的切削层尺寸。同廓式圆孔拉刀bD=πdo，式中的do为拉刀刀齿的直径。
(5)切削面积AD 拉刀每一刀齿的切削面积为AD=bDhD。若拉削时同时工作齿数为zе，则切削总面积为：
AD∑=ADzе=πdofzze(mm2)
；
式中zе——拉刀同时工作齿数； L。——工件的拉削长度； P——拉刀切削齿的齿距。
五、拉削方式拉削方式又称拉削图形。它是指拉削时工件表面的成形方式和加工余量的切除方式。采用何种拉削方式，既影响着刀齿的负荷分配、拉削力、工件表面质量，又影响到拉刀耐用度、拉刀总长等。因此，拉削方式是拉刀设计中应首先确定的一个重要环节。
(一)表面成形方式表面成形方式有两种：同廓式和渐成式。
1．同廓式
同廓式拉削，其特点是拉刀刀齿的形状与工件的廓形相似，最后一个刀齿决定已加工表面的形状与尺寸。这种拉削方式，优点是bD大hD小、拉削后表面质量高，缺点是拉刀齿数多、拉刀较长。另外，它不适于拉削有硬皮铸、锻件，否则刀齿易损。
2．渐成式渐成式拉削，其特点是拉刀刀齿的形状与工件的廓形不相似，工件的表面不是由最后一个刀齿形成，而是由各切削刃包络而成。其优点是拉刀制造简单，缺点是拉削表面质量不及同廓式拉削。
(二)加工余量的切除方式拉削时，加工余量的切除方式有两种：分层拉削与分块拉削。
1．分层拉削是把加工余量分为若干层，每一刀齿切除其中的一层。
2．分块拉削是把加工余量分为若干层，每一层或两层被几个刀齿分段切除。分块拉削又可分为轮切式拉削和综合轮切式拉削。
(1)轮切式 拉刀的切削部分由若干齿组组成，每一齿组中有2～5个刀齿，并切去较厚的一层金属，而每一刀齿只切去该层金属中的若干段。同一齿组内各刀齿无齿升量，但齿组间齿升量较大。在同一齿组内，前后两个刀齿开有交错分布的分屑槽，使切削刃交错分布，第三个刀齿设计成圆环形，直径略小些。
轮切式拉刀拉削时，切削厚度b较大，切削宽度幻较小，故拉刀齿数少，长度短，切削效率高。适用于加工尺寸大、余量大的内孔，还可用来拉削带有硬皮的铸、锻件。
(2)综合轮切式 综合轮切式拉削是综合了分层拉削与轮切式拉削的优点而形成的。整个切削部分分为粗切齿组、过渡齿组和精切齿组三部分。粗切齿组与过渡齿组采用类似轮切式的刀齿结构，即除第一个刀齿切除第一层加工余量的一半外，从第二个刀齿起每一刀齿均切除二层加工余量的一半。但粗切齿齿升量较大，过渡齿齿升量逐渐减小，精切齿组采用分层拉削同廓式的刀齿结构，各刀齿的齿升量较小。校准齿组也采用了同廓式的刀齿结构，但各刀齿间无齿升量，即fz=O。
综合轮切式拉刀的优点是：齿升量分布合理，刀齿较少，拉刀长度短，生产效率高，拉削平稳，加工表面质量高。
第二次课六、拉刀设计拉刀设计主要有切削部分、校准部分和其它部分设计。下面以圆孔综合轮切式拉刀为例来说明其设计过程。
(一)切削部分的设计
1．齿升量fz
粗切齿的齿升量较大。因为加工余量的80%要由粗切齿去切除，但其齿升量也不易过大，过大则拉削力大，一则影响拉刀的强度和拉床的负荷；二则很难获得表面粗糙度值小的拉削表面。一般推荐齿升量fz=O．03～0．06mm，且各齿齿升量相等。
精切齿的齿升量fz较小。考虑到加工精度与表面质量，其齿升量fz一般取0．01～O．03mm，且各齿齿升量相等。
过渡齿齿升量介于粗切齿与精切齿的齿升量之间，且大小不等、逐渐减小。这样安排过渡齿的齿升量，其目的是使拉削力从粗切齿组到精切齿组起到一个平稳的过渡，保持拉削过程的平稳性。
2．几何参数
(1)前角γ0 一般根据工件材料选取。拉削钢料时，为减小切削变形，降低拉削力，提高拉削表面质量，一般y0—5。～20。(材料韧性大，y0取得大些)；拉削铸铁时，为加强切削刃强度，γ0应选得小些，约为5°～10°。
(2)后角ao 拉刀属于定尺寸刀具，为使刀齿沿前面重磨后直径变化较小，以延长拉刀的使用寿命，其后角ao应选得小些，一般ao=1°～3°。
(3)刃带ba1 为了使拉刀制造时便于测量，拉削时起支撑作用和重磨后又能保持疵不变，各刀齿后面上留有宽度为ba1、后角为零的刃带。但一般ba1不宜太宽，以免增大摩擦，使拉削表面质量降低，通常ba1=0．1～O．4nm，粗切齿取得小些，精切齿取得大些。
3．齿距P
齿距指相邻两刀齿间的轴向距离。在设计齿距P时，要着重考虑两个方面的问题，即容屑空间与拉削平稳性。若齿距P小，则同时工作齿数多，拉削平稳性好，拉削表面质量高。但齿距P过小，容易造成容屑空间不够，切屑挤塞于容屑槽内而折断拉刀。一般齿距P的设计原则是：在保证有足够容屑空间的前提下，同时工作齿数zе尽可能多些。一般zе≥3。
通常推荐：
式中 PI，PⅡ，PⅢ——分别为粗切齿、过渡齿和精切齿齿距，mm；
Lo——拉削长度，mm。
4．容屑槽拉削属于封闭式切削，切屑被封闭于容屑槽中，所以对容屑槽的要求是：有足够的空间并能使切屑自由卷曲，以免堵塞和损坏刀齿；能使刀齿有足够的强度和较多的重磨次数。
①直线齿背型 齿背为直线，槽底有一圆弧r，形状简单，制造容易，常用于拉削脆性材料及一般钢材。
②曲线齿背型 齿背为曲线，槽底为圆弧，这种槽型有利于切屑卷成螺旋形，适应于拉削塑性较大的金属。
③加长齿距型 槽底为一直线，用两圆弧r分别与前面、齿背相连接。这种槽型有足够的容屑空间，适应拉削长度L。较大的工件，综合轮切式拉刀常用这种槽型。
容屑槽深度^ 确定容屑槽时，必须注意容屑条件。因为切屑卷曲不可能绝对紧密，所以应使容屑槽的有效容积大于切屑体积。
即
一般容屑槽的有效容积与切屑体积的比为2～4，这个比值用K来表示，于是有：
整理得：
式中h——容屑槽深度，mm；
K——容屑系数，一般加工钢料K=2．5～3．5，加工铸铁K一2～2．5；
hD——切削厚度，综合轮切式拉削hD=2fz，mm；
Lo——拉削长度，mm。
容屑槽按其深度不同，可分为浅槽、基本槽和深槽。根据齿距P和槽深h，可在有关资料中查出容屑槽的各个参数。
5．分屑槽拉刀在拉削塑性材料时，如果切削刃上没有分屑槽，则每个刀齿切下的金属层是一个圆环，对拉削过程不利，并且它会套在容屑槽中，使切屑清除困难。所以对直径较大的拉刀而言，在前、后相邻切削齿的切削刃上要做出交错分布的分屑槽，使切屑分成若干小段，切屑卷曲顺利，清除方便。拉削脆性材料，因是崩碎形切屑，无须做出分屑槽。
分屑槽形式有圆弧形、V形和U形三种。分屑槽的深度h1应大于齿升量fz，否则不能分屑。其槽底后角一般设计为αo+2°，为了保证拉削质量，最后一个精切齿不开分屑槽。
6．切削齿数z
切削齿由粗切齿zI、过渡齿zⅡ和精切齿zⅢ三部分组成。其齿数为：
Z= ZⅠ+ ZⅡ+ ZⅢ
(1)粗切齿齿数z1
式中A——总余量(见图8—10)，mm；
AⅡ——过渡齿拉削余量，mm；
AⅢ——精切齿拉削余量，mm。
zI，应按四舍五入的原则取为整数。
(2)过渡齿齿数zⅡ zⅡ一般取3～5个。
(3)精切齿齿数zⅢ zⅢ一般取3～7个。
7．直径第一个刀齿直径：当预制孔精度较低时，为避免因拉削余量不均匀，使拉刀承受过大的负荷，第一个刀齿直径可取
(二)校准部分设计校准部分的校准齿不设齿升量，只对拉削表面起修光和校准作用。
1．几何参数
(1)前角γ0Ⅳ 因校准齿不参加切削，前角可取0°～5°；或为制造方便，取γ0Ⅳ=γ0。
(2)后角a0Ⅳ 为了使拉刀重磨后直径变化小，延长拉刀使用寿命，aoⅣ< a0，或取aoⅣ=1°。
(3)刃带宽度bаⅣ 为了使拉刀重磨后直径变化小及拉削平稳，校准齿上也留有刃带，其宽度比精切齿大一倍左右。一般取6。Tv一0．4～0．8ram。
2．齿距与槽型由于校准齿只起修光、校准作用，其齿距可短些，以缩短拉刀长度。
当粗切齿的齿距PI>lOmm时，PⅣ一(O．6～0．8)PI；
当粗切齿的齿距PI≤lOmm时，PⅣ一PI。
校准齿的槽型一般做成与切削齿相同。
3．齿数与直径
当被拉削孔的精度要求较高时，校准齿的齿数zⅣ应多些，常取zIv=3～7。
重磨拉刀时，只需重磨切削齿。当最后一个精切齿因重磨后直径减小，第一个校准齿就成为新的最后一个精切齿。以后重磨直径再减小，依此类推。
为了增加拉刀的重磨次数和延拉刀的使用寿命，校准齿的直径应等于被拉削孔的最大直径dmmax。但考虑到拉削后孔径可能产生扩张或收缩，校准齿的直径：
doⅣ=dmmax±δ
式中δ——拉削后孔径的扩张量或收缩量，mm。
拉削后，若孔径产生扩张，取“一”号；若孔径产生收缩，取“+”号。
一般扩张量是通过试验来确定。其值与孔径公差有关，约取
δ=(O．12～0．14)IT
式中 IT——拉削后孔径的公差。
收缩现象常发生在下列情形。
(1)拉削韧性金属材料时，收缩量可取δ=O．01mm。
(2)加工薄壁工件时，占可按下式计算：
拉削3号钢或5号钢时，δ=O．3dmmax-1．4T(μm)
拉削40Cr或18CrNiMnWA时，δ=0．6dmmax--2．8T(μm)
式中dmmax——拉削后孔的最大直径，mm。 T——孔壁厚度，mm。
(三)其它部分与拉刀总长
1．柄部通常采用快速装夹的形式。d1应比拉削前的孔径小0．5mm，并选用标准值。
2．颈部与过渡锥颈部长度L。按下式计算。
Lo≥m+B+A-L3(mm)
式中 m——拉床夹头与床壁的间隙，可取10～20nm； B——拉床床壁厚度，mm； ‘ A——拉床花盘等厚度，mm； L3——过渡锥长度，通常取成lOmm、15mm,20 mm。
颈部直径d3可比d1小O．3～O．5ram；也可与柄部一次磨出，即d3=d1。
3．前导部前导部直径d4应等于拉削前孔的最小直径dwmin，偏差取e8，其长度L4是由过渡锥终端到第一个切削齿的距离，应等于拉削孔的长度。
4．后导部后导部直径d5等于拉削孔的最小直径dmmin，偏差取f7；后导部的长度L5=(O．5～0．7)Lo
(Lo为拉削孔的长度)，但不小于20mm。
5．支托部支托部的直径d6取(O．5～0．75)dm(dm为拉削后孔的基本尺寸)，随拉床尾架尺寸而定；支托部长度L6取(O．5～O．7)dm，但长度不小于20～25mm。
6．拉刀总长度L
它是拉刀所有组成部分长度之和：
L—L l+ L 2 + L + L 4+ L I+ LⅡ+ LⅢ+ LⅣ+ L 5+ L 6
式中 L I+ LⅡ+ LⅢ——切削部分的长度； LⅣ——校准部分的长度。
拉刀总长在1000mm以内时，偏差取±3mm。确定拉刀总长时应考虑下述两方面的因素：
(1)不能超过拉床允许的最大行程；
(2)热处理变形和刚性太差造成的加工困难等。
一般允许拉刀总长为L=(30～40)do，当do小及容屑槽深时，取小值。
(四)拉刀强度和拉床拉力的校验
1．拉削力计算拉刀在拉削中的轴向力与切削速度方向一致，这个轴向力即为主切削力Fc，工程上一般称为拉削力。根据实验求得计算公式为：
Fc=Fc'bDzeK
式中 Fc'——作用在单位长度切削刃上的拉削力(对综合轮切式拉刀，应按2fz查Fc')，它与被加工材料和齿升量有关，可由刀具设计指导资料中查得，N／mm； bD——切削宽度，mm； ze——同时工作齿数； K——与拉刀前角、切削液、刀齿磨损等因素有关的修正系数，一般情况不作考虑。
2．拉刀强度和拉床拉力的校验拉刀在拉削时，除所产生的最大拉削力Fcmax；必须小于拉床的实际拉力外，还要满足拉刀强度的限制，否则会损坏拉床或拉断拉刀。为此，必须要对拉刀强度和拉床拉力进行校验。
(1)拉刀强度校验拉削时产生的拉应力必须小于拉刀材料的许用应力[σ]，
即 σ=Fcmax/Αmin
式中 σ——拉削时产生的拉应力，GPa； [σ]——拉刀材料的许用应力，GPa。高速钢w18Gr4V，[σ]===O．343～0．392GPa；合金钢40Cr，[σ]=0．245GPa； Amin——拉刀危险截面面积，mm2。危险截面产生的部位可能在柄部或颈部，也可能在第一个切削齿的容屑槽底部； Fcmax——最大拉削力，N。
(2)拉床拉力校验拉床新旧不同，实际产生的拉力也不同。拉削时产生的最大拉削力
Fcmax一定要小于拉床的允许拉力[Q]，即
Fcmax <[Q]
式中 Fcmax——最大拉削力，N；[Q]——拉床的许用拉力，一般[Q]=(O．5～O．9)Qmax；Qmax——为每一种型号的拉床规定允许的最大拉力，N。
经上述两方面校验后，只要超过许用值，就得减小最大拉削力Fcmax一般采取的措施有减小齿升量fz，或增大齿距P以减少同时工作齿数ze，但这样处理后还需重新验算ze和L，看是否满足要求。
七、拉刀材料的选择拉刀属结构复杂类刀具，凡整体式拉刀都选用高速钢刀具材料，如w18Cr4V或W6M05Cr4V2，因为这两种材料的冷、热加工性均比较好。对于组合式拉刀，为提高拉削效率，刀齿材料常选用硬质合金。
八、拉刀的合理使用与刃磨拉刀的合理使用与刃磨对于提高拉削表面质量和拉削效率，乃至延长拉刀使用寿命具有重要的意义。
1．拉削表面上常见的缺陷与消除方法
(1)环状波纹 表面上出现的环状波纹或啃刀现象主要是拉削力变化较大，拉刀工作不平稳，使刀齿在圆周方向切削不均匀所致。消除缺陷常采用的措施：从设计方面主要检查齿升量安排是否合理，同时工作齿数是否太少，刃带宽度是否太小等；从使用方面看，主要应使选用的拉削速度不要过高。此外，还应考虑拉刀的弯曲度和径向跳动是否超差。
(2)局部划伤 局部划伤常因刀齿刃口碰伤，或精切齿上附着切屑，或容屑槽经多次刃磨造成不光滑台阶形，以致划伤拉削表面。对这种缺陷，一般从使用方面进行检查，采取相应措施便能得到解决。
(3)鱼鳞状 鱼鳞状缺陷主要是由于在拉削过程中，已加工表面上产生较大的塑性变形所致。常采取的消除措施是：合理选择与正确刃磨拉刀的前角，对工件进行适当的热处理，以改善其切削性。
(4)断屑沟痕 拉削表面上有时出现的断屑沟痕，经常产生于最后一个切削齿的分屑槽位置处，这是由于分屑槽处金属未被切除而被校准齿挤压所致。消除这种缺陷的措施是：适当减小最后一个切削齿的直径，一般使它减小0．005～O．01mm即可。
(5)挤亮点 挤亮点是由于刀齿后面与拉削表面间产生较剧烈挤压摩擦所致。消除措施是选择合适的后角和齿升量；采用性能良好的切削液；对硬度较高的工件材料通过适当的热处理降低其硬度。
2．拉刀使用后的管理为保证拉削精度与表面质量，拉刀用后必须妥善管理。对长而细的拉刀不能平放，应吊挂起来，以免发生弯曲变形。此外，注意保护刀齿，不能让硬物磕碰，以免损坏刀齿。
3．拉刀的刃磨拉刀磨损后，是在万能工具磨床或拉刀磨床上沿前面进行刃磨的。刃磨后必须保持拉刀设计前角γo不变和一定的表面粗糙度。碟形砂轮周边与拉刀前面上的D点接触，D点为前面与槽底圆弧的交点。为了减小砂轮的接触面积，砂轮的锥面与前面的夹角为5°～15°，砂轮轴线与拉刀轴线间夹角β=35°～55°，两者轴线保持在同一垂直平面内，并使砂轮与拉刀按各自轴线转动。因此，前面是由砂轮与拉刀相对运动时，形成许多弧形曲线连接而成的。为了避免砂轮对拉刀槽底产生过切现象，故砂轮直径不能太大，通常按下式计算确定：
R=rDsin（β-γo）/sinγo
式中R——砂轮半径，mm；rD——拉刀D点半径，mm； β——砂轮轴线与拉刀轴线间的夹角； γo——拉刀切削刃前角。
第三次课
§8-2 齿轮刀具齿轮以渐开线圆柱齿轮应用最多。加工渐开线圆柱齿轮用的刀具有两种：成形齿轮刀具，如盘形齿轮铣刀和指状齿轮铣刀；展成齿轮刀具，如齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀等。
一、成形齿轮铣刀
(一)盘形齿轮铣刀在卧式铣床上利用分度头进行分齿，盘形齿轮铣刀作旋转运动，工作台作进给运动，加工直齿或斜齿圆柱齿轮。生产率和加工精度都比较低，适用于单件生产或修配工作中加工要求不高的圆柱齿轮。
1．盘形齿轮铣刀的几何参数盘形齿轮铣刀的刃形是按照被加工齿轮的槽形和尺寸而设计的。盘形齿轮铣刀是铲齿成形铣刀，前角γf=0°，使刃形与齿槽形状相同，以便减小齿形加工误差。
为了有利于切削，齿顶后角αf和齿侧后角αn也是铲削而成。K为齿顶后角αf的铲削量。
2．盘形齿轮铣刀的选用用盘形齿轮铣刀加工齿轮时，齿轮的模数和压力角相同，但齿数不同，齿槽形状也不相同。由渐开线形成原理可知，齿数越少，则基圆越小，渐开线就弯曲得越厉害。因此，在加工不同齿数的齿轮时，应采用不同齿形的铣刀，这样就会使铣刀的数量特别多。生产中为了减少盘形齿轮铣刀的数量，常用一把铣刀加工模数和压力角相同，但齿数规定了加工范围的齿轮。
(二)指状齿轮铣刀当加工齿轮模数大于10mm时，在立式铣床上利用分度头进行分齿，指状齿轮铣刀作旋转运动，工作台作进给运动，进行铣齿工作。这种加工方法仅适用于单件生产和修配工作。
二、展成齿轮刀具
(一)齿轮滚刀
I．齿轮滚刀的工作原理把齿轮滚刀安装在滚齿机的刀架上，并将齿轮滚刀搬转一个螺旋升角ω(该角等于容屑槽斜角)，使齿轮滚刀的齿向与被切齿轮的齿向相同。调整好切削深度αp，齿轮滚刀旋转并下移进给。被切齿轮按一定的传动比作圆周进给。这样就形成了展成运动。
齿轮滚刀第一个齿的位置是由第六个齿的位置(假设该齿轮滚刀开六个容屑槽)逐渐切入的，使被切齿轮的两侧齿形是包络曲线，近似等于渐开线。
2．齿轮滚刀的基本蜗杆齿轮滚刀的基本结构是一个头的螺纹升角很小的蜗杆。为了形成切削刃和后角，在蜗杆上开槽并铲出齿顶和齿侧后角。这种蜗杆就称为齿轮滚刀的基本蜗杆。
基本蜗杆的选用(齿轮滚刀的选用)介绍如下。
(1)渐开线基本蜗杆 渐开线基本蜗杆的端截面齿形是渐开线，轴向截面齿形是凸起的曲线。所以，渐开线齿轮滚刀没有齿形设计误差，加工精度较高，但制造比较困难，目前应用很少。
(2)法向直廓基本蜗杆 法向直廓基本蜗杆的法向截面齿形是直线，端截面齿形是延长渐开线，法向直廓齿轮滚刀设计时，若对基本蜗杆齿形角进行修正，也可以得到近似于渐开线基本蜗杆的齿轮滚刀。但由于加工精度低，一般用于粗加工和大模数的齿轮滚刀。
(3)阿基米德基本蜗杆 阿基米德基本蜗杆的轴向截面齿形是直线，端截面齿形是阿基米德螺旋线，设计阿基米德齿轮滚刀时，若对阿基米德基本蜗杆的齿形角进行修正，可以得到很近似于渐开线基本蜗杆的齿轮滚刀。由于阿基米德齿轮滚刀的制造和测量容易，刃磨时齿形精度比较容易控制。所以，目前我国凡模数在10mm以下的精加工齿轮滚刀均规定为阿基米德齿轮滚刀。
3．阿基米德齿轮滚刀的几何参数如图所示，是容屑槽为直槽、前角γp=O°的阿基米德齿轮滚刀。这样制造的齿轮滚刀，其齿形误差最小。为了有利于切削，使齿轮滚刀的前角γp>0°。
齿轮经过淬火后，因变形大，需要进行精加工。对精度要求不很高的齿轮，若采用磨削就很不经济，但采用如图所示的加工硬齿面齿轮滚刀，就可以加工精度低于8级、齿面硬度为60HRC左右的齿轮。这种齿轮滚刀的刀齿用硬质合金制成，顶刃前角γp=-30°。
4．齿轮滚刀的合理选用根据齿轮的精度要求，会选用不同精度等级的齿轮滚刀。AA级齿轮滚刀可加工6～7级的齿轮，A级齿轮滚刀可加工7～8级的齿轮，B级齿轮滚刀可加工8～9级的齿轮，C级齿轮滚刀可加工9～10级的齿轮。齿轮滚刀的模数和压力角要与被切齿轮的模数和压力角相同。
(二)蜗轮滚刀蜗杆蜗轮传动副也是机械传动部件之一，其优点是传动比大。蜗轮滚刀实际上是由蜗杆制成的。外径大于30～35mm的蜗轮滚刀一般制成套装式，外径小于30mm的蜗轮滚刀一般制成带柄式。
蜗轮滚刀的进给方式有两种，一是径向进给，二是切向进给。
在单件小批生产和修配工件中，为了降低成本而不购置蜗轮滚刀，采用蜗轮飞刀切向进给来滚削蜗轮。飞刀位于刀杆的轴向剖面内，其齿形是直线，这样结构简单，制造方便，价格低廉。
(三)插齿刀
1．插齿刀的工件原理(Y5132型插齿机)
插齿刀安装在插齿机床的主轴上，它具有圆周进给运动、上下直线切削主运动，还有让刀运动。工件逐渐地向插齿刀作径向切入的径向进给运动，并与插齿刀按规定传动比作啮合旋转运动(展成运动)。这样，被切齿轮坯转过一周后便成为齿轮。
2．插齿刀的几何角度插齿刀相当于变位系数连续变化的变位齿轮。o—o剖面是标准齿形，其变位系数为O。新插齿刀端剖面I-I的变位系数最大(大于O)，使用到最后的旧插齿刀端剖面Ⅱ一Ⅱ的变形系数最小(小于O)。插齿刀的端面向里凹，所以顶刃在切深剖面Pp内的前角为γpa，侧刃选定点D处的前角为γpD，主剖面内的前角为γoD。
由于插齿刀是变位系数连续变化的变位齿轮，沿插齿刀分圆的齿厚前宽(I-I剖面)、后窄(Ⅱ一Ⅱ剖面)，这就形成了顶刃后角αpa、侧刃选定点D处的后角αpD、主剖面的后角αoD。
3．插齿刀的选用插齿刀有以下三种类型。,
(1)盘形插齿刀 用于加工普通直齿外齿轮租大直径内齿轮。
(2)碗形插齿刀 用于加工塔形、双联直齿轮。
(3)锥柄插齿刀 用于加工直齿内齿轮。
插齿刀的精度有三个等级。AA等级加工6级齿轮；A等级加工7级齿轮；B等级加工8级齿轮。
(四)剃齿刀
1．剃齿刀工作原理
如图所示，剃齿刀的结构是一个圆柱斜齿轮，在它的齿侧面上做出许多小的凹形容屑槽而形成刀刃。
剃齿刀安装在剃齿机床的主轴上作旋转运动。被剃齿轮安装在心轴上，心轴的两端面有中心孔与工作台上的顶尖精确配合。剃齿刀给被剃齿轮一定的压力并带动被剃齿轮作无间隙的啮合运动。由于这对斜齿轮啮合接触点的速度方向不一致，使剃齿刀与被剃齿轮侧面产生相对滑移，图中的口f就是剃削速度。因此，在径向进给的压力下，剃齿刀的侧面凹槽切削刃在啮合点处切下很薄的一层切屑(厚度约O．005～0．01mm)。
剃齿是对未淬硬齿轮的齿形进行精加工的一种常用方法。滚齿或插齿以后经过剃齿加工，齿轮精度可达6～8级，齿面粗糙度值可达Rа1．25～O．63μm。
2．剃齿刀的结构
盘形剃齿刀的结构如图所示，为圆柱斜齿轮，齿形的两侧面用插刀插出凹槽而形成切削刃。槽底与齿面一样，是渐开线。为使插刀能够退刀，在每个齿根钻有倾斜的小孔。当剃齿刀用钝后，需要重磨齿形表面和齿顶圆柱面。
3．剃齿刀的选用要选用模数和压力角与被剃齿轮相同的剃齿刀。它有A和B两个等级，A等级适用于加工6级齿轮，B等级适用于加工7级齿轮。
第四次课
§8-3 螺纹刀具螺纹刀具的种类很多，有螺纹车刀、螺纹梳刀、螺纹铣刀、螺纹切头、丝锥、圆板牙、螺纹滚压工具等。下面只简介丝锥、圆板牙、螺纹滚压工具。
一、丝锥丝锥就是用螺栓制作的，为了能够切削，在端部磨出切削锥，沿轴向开出容屑槽而形成切削刃，用于加工内螺纹。
丝锥的结构：
如图所示为手用丝锥。机用丝锥是将柄部加长。
(1)切削部分 切削部分磨出切削锥角2κr，使齿形高度不完整。这样，切削工作能均匀地分配在几个刀齿上，切削平稳，而且轴向对中性好。
(2)校准部分 校准部分lo是丝锥工作时的导向部分，也是丝锥重磨后的储备部分，它具有完整的齿形，为了减少与工件之间的摩擦，外径和中径向柄部逐渐缩小，一般缩小量为(0．05～O．12)mm／100mm。
(3)容屑槽 一般情况下容屑槽有三个，为了制造方便，沿轴向是直槽，槽底是圆弧面。
(4)前角和后角 丝锥的前角γp和后角αp，均在端剖面内测量。加工钢和铸铁时，γp=3°～10°，加工铝合金时，γp=15°～18°。后角αp一般取4°～12°。
二、圆板牙
圆板牙的基本结构是一个螺母，端面上做出排屑孔而形成切削刃。它是加工外螺纹的刀具，结构简单，制造方便，应用广泛。排屑孔3～7个，前角γp=25°～35°，两端磨出切削锥，锥角2κr=40°～50°。切削锥部经过铲磨，形成顶刃后角αp=5°～8°。
圆班牙的厚度H一(7～9)P，其中校准部分为(4～4．5)P。使用圆板牙时，将它紧固在板牙套中，用螺钉支撑和夹紧，借助扳手手动套丝，一端磨损后可调头使用，校准部分磨损后，可用片状砂轮沿60。缺口处切开槽，调节支撑螺钉使孔径缩小，用标准样规或试切来控制螺纹的尺寸。
三、螺纹滚压工具滚压螺纹属于无屑加工，适用于加工塑性材料，生产率和加工精度高，滚压后的螺纹机械性能好。常用的螺纹滚压工具有滚丝轮和搓丝板。
1．滚丝轮两个滚丝轮的螺纹旋向相同，与工件螺纹旋向相反，装在相互平行的轴上，齿纹错开半个螺距。工作时两个滚丝轮同向、等速旋转，工件放在中间的支撑板上，当动滚丝轮径向靠紧时，工件逐渐受压，产生塑性变形而形成螺纹。尺寸达到预定的尺寸后，动滚丝轮停止进给，继续滚转几周后修正了螺纹廓形，再退回动滚丝轮取下工件。设计滚丝轮时，其中径螺纹升角等于工件中径的螺纹升角。为了增大滚丝轮的直径和心轴的刚性，滚丝轮的螺纹头数是多头的。头数z=p滚轮／p工件。
2．搓丝板由静板和动板组成一对进行搓丝。当工件进入两块搓丝板之间时立即夹住并使之滚动，最终由于塑性变形而被压出螺纹。搓丝板的生产率很高，但螺纹的精度不高。因滚压时径向压力较大，使被挤螺纹产生椭圆度，所以只能加工直径小于20mm的螺纹。
§8-4 自动线和数控机床刀具一、自动线刀具为了提高生产率，减少调整刀具的时间，自动线刀具应具备如下特点。
(1)良好的切削性能 自动线刀具的材料应具有较高的强度与韧性、较好的耐热性与耐磨性，在规定的生产时间内保证刀具有稳定可靠的切削性能。
(2)可靠的切屑控制 自动线上的刀具在切削时，必须控制切屑不能缠绕在刀具和工件上，否则操作者不安全，切屑易划伤已加工表面，所以要有很好的断屑措施。
(3)迅速地更换刀具 自动线刀具必须在线外调整刀具达到规定的尺寸精度，当自动线刀具的切削时间达到规定的耐用度时，能够快速调换刀架上的刀具。
(4)方便的预调整装置 在自动线外利用对刀装置将刀具预先调整到加工时所要求的尺寸。
(5)较高的尺寸耐用度 刀具尺寸的耐用度一般取一个班或四个小时，以便在交接班时调整刀具。
(6)准确的检测装置 在切削过程中，刀具的磨损是客观存在的，在自动线上应设置专用的刀具工作状态检测装置，以便及时发现刀具的破损情况，并及时更换刀具。
二、数控机床刀具
1．特点与要求数控机床适于加工多品种、形状复杂的零件，因此数控机床刀具应具备如下要求。
(1)数控机床刀具应有高的精度、耐用度，几何尺寸稳定，变化小。
(2)数控机床刀具能够在外预调和快速换刀。
(3)数控机床刀具应具有一套柄部标准系列。锥柄与刀具的连接形式如图8—41所示。
(4)具有较好的卷屑和断屑措施。
(5)具有刀具的破损信号装置。
2．加工中心使用的刀具结构
加工中心是具有刀具库和机械手、能够自动装卸刀具的一种自动控制机床。根据指令，机械手将已完成切削工序的刀具从主轴中取下送回刀具库，接着又从刀具库中取出下道工序加工所需要的刀具。
