简述渐开线花键拉刀的设计林祖强广东梅州齿轮厂技术科５１４０１６摘要简述了渐开线花键拉刀设计中主要参数的选择原则、注意事项及有关的计算方法，井通过实例作Ｔ进一步的说明关键词渐开线花键拉刀；设计；计算在复杂刀具设计过程中，渐开线花键拉刀的设计是经常碰到的，如在我厂，渐开线花键拉刀的规格就达近百种。
如何在生产实际中设计出合理的刀具，设计过程中如何正确选择拉刀参数，本文就此问题结合我厂某型产品用渐开线花键拉刀的设计为例，作一简述。
产品名称／图号：惰齿轮／Ｋ２２１６ｌ产品材料：２０ＣｒＭｎＴｉ，硬度８２～９４ＨＲＢ；拉刀图号：ＤＬ一３０５９内花键参数：Ｍ＝１．７５，Ｚ＝１８，ｃｃ＝２０。
，大径Ｄｅ＝３５．０３＋０·０３，小径Ｄｉ＝３１．６＋０１，齿槽宽Ｅｍａｘ＝３．８６１，拉前孔径Ｄｏ＝３１．６＋０’１，拉削长度Ｌ＝３９．５１、刀齿主要几何参数１．１前角（ｖ）前角对切屑的形成和卷曲、拉刀的耐用度及拉削力的大小都有很大影响。
选择时主要根据被加工材料的性质来决定。
加工韧性材料时，前角取大些，使切屑容易形成；加工脆性材料时，前角可取小些。
１．２后角（Ｇ【）后角的作用是减少刀齿后刀面与被加工表面问的摩擦，选择时应根据拉刀类型及被加工工件的精度来决定。
增大后角可减少拉刀与工件间的摩擦，降低拉削表面粗糙度，提高刀具的耐用度。
但后角也不能过大，否则拉刀的重磨次数将减少，导致拉刀的使用寿命缩短。
一般粗切齿后角取大些，精切齿及校准齿的后角取小些。
本例拉刀选取前角Ｙ＝１５。
、切削齿后角为２。
３０７、校准齿后角为ｌ。
３０７２、齿升量（ａｆ）齿升量是指每齿切削厚度的大小。
选取时主要考虑被加工材料、拉刀类型、拉刀与工件的刚性等因素。
增大齿升量，可减少拉刀长度、节省刀具成本。
但随着齿升量的增大，拉削力也增大，拉削表面粗糙度亦会升高，拉削表面质量也相应下降。
有资料表明，在拉削中碳钢时，如果齿升量≤０．０３ｍｍ，则拉削表面粗糙度可达到Ｒａ３．２，当齿升量达到０．０６ｒａｍ时，拉削表面粗糙度升高到Ｒａ６．３，当齿升量增大到０．１ｍｍ时，拉削表面将出现鱼鳞状缺陷。
通常，粗切齿的齿升量稍大，过渡齿及精切齿的齿升量取小值。
当被加工材料的加工性及刚性较差、拉刀的直径较小及强度较低时，齿升量亦取小些。
但齿升量最小不应小于０．００５ｍｍ，－７１因为齿升量过小，切削厚度太薄，则要求刀齿非常锋利，否则，刀齿难于切下很薄的金属层而造成挤刮现象，加快刀齿的磨损，也使加工表面恶化。
本例拉刀选取粗切齿的齿升量１３．，＝０．０４ｍｍ３、齿距（Ｐ）及同时工作齿数（Ｚｅ）齿距是相邻两齿的轴向距离。
齿距与同时工作齿数是相互联系的，设计时必须综合考虑拉削平稳性、拉削力、拉刀长度、容屑空间及拉刀强度等因素。
齿距小，则同时工作齿数多，拉削过程就均匀平稳，拉削表面质量也就好。
但齿距也不能过小，否则容屑槽容积不够大，将会影响排屑。
为了保证拉削平稳及得到良好的拉削表面质量，拉刀最好要有４～５个齿同时工作，通常，要保证同时工作齿数在３～８范围内。
齿距可按下列经验公式估算：Ｐ＝（１．２５～１．５）Ｌ∥２Ｌ～拉削长度短工件及脆性材料取小值，长工件或韧性材料取大值。
本例拉刀选取齿ｇ巨Ｐ＝１０，则最大同时工作齿数Ｚｅｍａｘ＝Ｌ／ｐ＋１＝４（取整数）４、容屑槽容屑槽是形成刀齿的前刀面和容纳切屑的环状沟槽。
拉削时，切屑必须全部容纳在容屑槽中，容屑空间必须大于被切下的金属层卷屑的体积，否则，切屑会在槽内挤塞，轻则影响拉削表面质量，严重的可导致崩齿或断刀。
理想的容屑槽其形状必须有利于切屑的顺利卷曲，并保证刀齿有足够的强度和重磨次数，设计时必须正确选择好容屑槽的有关参数，并进行容屑系数的验算。
本例拉刀选用生产中最常用的形状简单、制造容易的直线齿背型容屑槽。
选取槽深ｈ＝４验算容屑系数Ｋ： 万方数据拉刀设计时必须保证：Ｋ＝０．７８５ｈ２／ａｆ．Ｌ≥Ｋｒａｉｎｈ一容屑槽深度Ｌ一拉削长度Ｋｍｉｎ一允许的容屑系数。
根据被加工材料的强度、拉刀类型及齿升量查手册得Ｋｒａｉｎ＝３即：Ｋ＝０．７８５Ｘ４Ｘ４／０．０４Ｘ３９．５＝７．９≥Ｋｍｉｎ＝３（容屑空间足够，容屑槽尺寸合适）５、拉刀光滑部分结构、尺寸的确定５．１拉刀柄部拉刀的柄部用来夹持拉刀、传递动力。
圆拉刀的柄部形状有快速卡头式、插销式等。
设计时根据拉削孔径的大小、拉床夹头的形式及规格来选取。
５．２前导部前导部起导向和支承定心作用，保证拉刀进入工件孔后能正确定位，不发生歪斜，还可检查拉前孔径是否合适，以免拉刀第一个刀齿负荷太重而损坏。
其截形与拉前孔截形相同，公称尺寸等于拉前孔的最小直径尺寸。
５．３后导部后导部的作用是使拉刀最后刀齿离开工件之前，保证拉刀与工件的相对位置，使拉刀不致因自重而倾斜，其公称直径等于花键孔小径的最小尺寸。
本例拉刀选用中２８的快速卡头，其最小处（卡槽处）的直径为中２２；前、后导部直径为：３１．６ｆ７６、拉刀校准齿拉刀校准齿起校准和修光作用。
校准齿没有齿升量，当精切齿重磨后尺寸变小时，校准齿将逐步参加切削。
可以说，校准齿又是拉刀的后备切削齿。
校准齿的齿数与被加工孔的精度及拉刀的使用寿命有关，一般必须有４～７个。
校准齿的直径（Ｄ，）：为使拉刀的重磨次数增多，使用寿命增长，拉刀校准齿的直径一般取被加工孔的最大直径，同时还要考虑拉削后或热处理后孔的变形量，准确的变形量应通过试验确定，生产中一般根据被加工零件的材料、形状及热处理方法等因素综合考虑。
本例拉刀校准齿直径确定为：ＤＺ＝３５．０６ｏ．叭７．拉刀分度圆齿厚（ｓ。
）拉刀分度圆齿厚是拉刀的一个重要参数，为了保证拉刀的使用寿命，设计时一般取等于花键孔分度圆齿槽宽的最大值。
即：Ｓｏ＝Ｅｍａｘ本例拉刀选取Ｓｏ＝Ｅｍａｘ＝３．８６１８、拉削力的计算渐开线花键拉刀最大拉削力的计算公式为：Ｆｍａｘ＝Ｆ’．Ｚ．Ｓｍａｘ．Ｚｅ．Ｋ’Ｆ７一拉刀单位长度刀刃上的切削力。
根据选定的齿升量及被加工材料的强度查手册得：Ｆ７＝１８４Ｎ／ｍｍ２Ｚ一拉刀齿数，Ｓｍａｘ一拉刀花键齿最大弧齿厚。
取Ｓｍａｘ＝Ｓｏ＝３．８６１Ｋ７一修正系数，与拉刀前角、使用的冷却液及刀具的磨损程度有关。
本例取Ｋ＝１．１５目口：Ｆｍａｘ＝１８４×１８×３．８６１Ｘ４Ｘ１．１５－－５８８２３（Ｎ）９、拉刀强度校核拉刀设计时，要保证拉刀工作时承受的拉应力（ｏ）小于拉刀材料的许用拉应力［１３＂】即：１３＂＝Ｆｍａｘ／Ａｍｉｎ＜［ｏ］Ｆｍａｘ一拉刀的最大拉削力Ａｍｉｎ一拉刀危险截面的面积。
本例拉刀的危险截面在巾２２的卡槽处，Ａｍｉｎ＝３８０ｍｍ２【ｏ］～拉刀的许用拉应力。
根据拉刀材料（本例选用ｗ１８Ｃｒ４Ｖ）查手册得［ｏ】＝３５０～４００ＭＰａ即：ｏ＝Ｆｍａｘ／Ａｍｉｎ＝５８８２３／３８０＝ｌ５５ＭＰａ＜【ｏ］＝３５０～４００ＭＰａ（拉刀强度足够）１０、拉刀齿形齿厚的测量生产中一般采用两组直径不同的量７２棒分别在齿形高度的１／３和２／３处测量刀齿的齿形和齿厚。
１０．１量棒直径（Ｄ。
）的确定设两组量棒接触点直径分别为ｄｘ，＝中３３，ｄｘ，＝中３３．９经计算，ＤＲｌ＝２．７５，ＤＲ２＝３．５２选取标准量棒直径分别为Ｄ。
．＝中２．８８６，．Ｄ。
，＝巾３．５８０１０．２量棒测量距Ｍ的计算当拉刀齿数为偶数时，量棒测量距Ｍ偶＝Ｄ。
／ｃｏｓａ７＋Ｄ。
ｃｃ７一量棒中心处的压力角，ｉｎｖＯＩ７＝Ｓｏ／Ｄ＋ｉｎｖｏ【＋ＤＲ／Ｄｂ－－３．１４２／ＺＤ、一拉刀基圆直径Ｄ一拉刀分度圆直径经计算，当Ｄ。
，＝书２．８８６时，Ｍ１２３７．４５５当Ｄ。
，＝巾３．５８０时，Ｍ，＝３９．４３２本例拉刀经生产中使用验证，拉削表面质量良好，拉削尺寸符合设计要求。
１１、小结通过以上的简述，使我们从中了解到了渐开线花键拉刀设计中主要参数的选择原则、注意事项及有关的计算方法等。
当然在实际设计时，往往碰到的问题还很多，这就要求我们在熟练掌握设计原则的基础上，灵活应用。
参考文献［１］、四川省机械工业局编．复杂刀具设计手册．机械工业出版社．１９７９［２］、孟少农主编．机械加工工艺手册．机械工业出版社．１９９２［３］、杨黎民等编．刀具设计手册．兵器工业出版社．１９９９作者简介林祖强．男．广东省梅州市人．助理工程师 万方数据简述渐开线花键拉刀的设计作者：林祖强作者单位：广东梅州齿轮厂技术科,514016刊名：中国科技信息英文刊名：CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：2007，""(4)被引用次数：0次参考文献(3条)1.四川省机械工业局复杂刀具设计手册 19792.孟少农机械加工工艺手册 19923.杨黎民刀具设计手册 1999相似文献(10条)1.期刊论文王玫.王杰渐开线花键拉刀设计专家系统的研究与开发-现代制造工程2003,""(9)根据渐开线花键拉刀设计的特点,提出一种实用的渐开线花键拉刀CAD的方法--渐开线花键拉刀CAD专家系统的模式,并着重介绍专家系统模式中的被加工花键信息表示法和知识库的组织与管理.本系统实现了渐开线花键拉刀的专家级的设计.2.期刊论文李裕国带副后角渐开线花键拉刀设计-黑龙江科技信息2008,""(28)介绍了后顶尖相对前顶尖抬高渐开线拉刀的设计以及简单实用的加工方法,并且介绍了修正基圆直径的计算方法.与普通渐开线花键拉刀相比在不增加加工难度的情况下,运用此法加工,在拉刀渐开线齿形面上即可获得一定的副后角和副偏角,有效地改善了拉刀的切削条件,使拉刀被加工表面质量显著提高,延长了拉刀的使用寿命.是一种改善和提高渐开线花键拉刀使用性能的行之有效的方法.3.期刊论文王玫.王杰渐开线花键拉刀设计专家系统的研究与开发-制造技术与机床2003,""(12)根据渐开线花键拉刀设计的特点,提出了一种实用的渐开线花键拉刀CAD的方法--渐开线花键拉刀CAD专家系统的模式,并着重介绍了专家系统模式中的被加工花键信息表示法和知识库的组织与管理.该系统实现了渐开线花键拉刀的专家级的设计.4.学位论文王义文圆孔与铲齿拉刀的数学模型及CAD1997该文对计算机辅助设计方法和拉削刀具的现状及发展趋势进行了详尽的分析,并在此基础上开发了圆孔拉刀CAD系统,建立了渐开线花键拉刀磨削新工艺的数学模型.传统的拉刀设计方法主要是手工设计,设计过程中,计算和绘图工作非常繁锁,设计效率很低,已经不能满足现今拉刀生产的需要.为此,在该文中,针对圆孔拉刀开发了一套CAD系统,大大简化了设计过程,提高了设计效率.并且在系统设计中应用了拉刀的优化设计理论,获得的设计结果为使拉刀长度为最短的最优解.分析了现有的渐开线花键拉刀加工工艺存在的缺点不足.对于普通渐开线花键拉刀,提出了将拉刀抬高一抬高量的齿侧磨削方法,进行了齿形设计和齿形误差分析.采用这种工艺加工的渐开线拉刀获得了一定的侧刃后角,改善了拉刀的加工条件,但亦存在着不足.主要表现在,齿侧不能获得合理后角,刀齿存在"台阶式"齿形误差.为此,对于螺旋渐开线花键拉刀提出了一种更合理的齿侧加工工艺,并建立了相应的数学模型.5.期刊论文刘毅.王家喜带副后角渐开线花键拉刀设计-机械工程师2007,""(7)介绍了后顶尖相对前顶尖抬高渐开线拉刀的设计以及简单实用的加工方法,并且介绍了修正基圆直径的计算方法.与普通渐开线花键拉刀相比在不增加加工难度的情况下,运用此法加工,在拉刀渐开线齿形面上即可获得一定的副后角和副偏角,有效地改善了拉刀的切削条件,使拉刀被加工表面质量显著提高,延长了拉刀的使用寿命.是一种改善和提高渐开线花键拉刀使用性能的行之有效的方法.6.期刊论文盛精.姚丽萍.刘东方.Sheng Jing.Yao Liping.Liu Dongfang一种渐开线花键拉刀的有限元分析-工具技术2009,43(11)对拉刀进行有限元分析实现其优化设计.以VB作为二次开发工具,通过设计接口实现了一种渐开线花键拉刀刀齿,并在SolidWorks环境中进行三维参数化建模.应用有限元分析软件MSC.Marc对拉刀刀齿进行有限元分析,将分析结果与设计要求作了对比.结果表明,有限元法可以为拉刀的设计提供技术支持.7.期刊论文曾庆良渐开线花键拉刀倒角齿的修正计算-工具技术2002,36(12)渐开线花键齿套是汽车变速器中用于换档的一个重要零件.在大批量生产中,齿套的渐开线内花键大多采用拉削方式加工.为保证变速器换档灵活及避免小径磕碰对渐开线花键精度的影响,需要在齿套内花键小径键齿处加工一倒角,为此,需在加工齿套用渐开线花键拉刀上设计出倒角齿.制造拉刀时,一般采用公法线千分尺对拉刀倒角齿进行测量,但当渐开线花键齿套的倒角角度为45°时,由于无测量平面,用公法线千分尺很难测量拉刀倒角齿.为提高拉刀的加工工艺性,在保证被加工齿套工作性能的前提下,需对拉刀倒角齿参数进行修正计算.8.期刊论文孙秀琴.孙杰数控砂轮修整装置的模块化修形程序设计-工具技术2003,37(10)渐开线花键拉刀是我厂的拳头产品.过去我厂用普通花键磨床加工渐开线花键拉刀齿形,用原苏联20世纪70年代设计的手动修整器进行砂轮修形.这种手动修整器根据渐开线的形成原理,使用时使修整器的金刚石笔尖沿着一条渐开线曲线运动,以修整出正确的砂轮形状.9.期刊论文您在设计时能应用这些吗——刀具工具类-机械工艺师2001,""(2)加工汽车零件的配套刀具 该配套刀具包括：高效小直径整体滚刀，径向剃齿刀，汽车发动机连杆拉刀，硬质合金组合拉刀，齿轮倒角刀，小径定心复合齿渐开线花键拉刀，装配式圆磨滚刀。
