一种内方孔拉刀拉削辅具的设计分析

马世仓

(伊犁职业技术学院，新疆 伊宁 835000)

0 引言

机械零件的切削加工方法很多，有车削加工、洗削加工和拉削加工等方法，其中，拉削加工在工作过程中的优势是始终做匀速运动，同时，一把拉刀就可以完成整个的加工过程，包括粗加工精加工，这样就减少了中间换刀的次数，节约时间的同时也提高了工作效率，圆孔拉削工艺较为简单，但是方孔零件拉削加工较为复杂，对加工工艺条件要求极高，孔内的表面粗糙度等级高[1]，而且中间方孔的内圆半径很小，接近于直角，这样复杂的零件加工，对加工刀具的要求就比较高。过去制造业比较落后的时候我们常选择线切割法来加工内方孔，这种方法在当时能满足生产需求，但是保质保量保精度就比较困难，其中线切割法工作效率很低，使用寿命也比较短，随着科技的发展，寻找替代线切割加工内方孔的方法就很重要，通过方案改进，我们发现拉削方法加工方孔的优越性，拉削加工就需要拉刀以及相应的辅助零件，那么如何高质量地完成内方孔的加工，不但对拉刀的要求高，更重要的是还需要有一套与之相配套的拉削辅具，这样就能形成完整的拉削工具，达到内方孔的加工要求。

1 拉刀卡头

虽然拉削加工方法优越性很强，但是还有一些问题需要解决，需要提升工作效率，提高零件精度等级，在原有设计的拉刀基础上，设计出更加合理的辅助工具，从而形成一套完整的拉削工具，为后期拉削技工标准的建立提供一定的支持，拉刀的性能虽然很强，但是仅依靠一把拉刀也完成不了拉削加工，所以我们要进行拉刀辅具的设计。

拉刀卡头是拉刀在使用过程中非常关键的拉削辅具之一，拉刀卡头在使用中首先要满足强度要求、快速装卸和夹持拉刀[2]。同时，也需要考虑拉刀卡头和刀柄的配合精度，配合精度要满足拉刀加工精度等级的要求。拉刀与拉刀卡头是配套使用，则要求卡头具有一定的强度和刚度，同时还要有较好的塑韧性，可以对卡头通过热处理的方式提升力学性能，或者利用新型材料，我们以添加粉末冶金材料的方式来提升综合力学性能的同时还能提高使用寿命。本次设计的拉刀卡头尺寸是以方形孔的基本尺寸而确定的，孔的宽度为41 mm，长度为21 mm，深度为30 mm。根据拉刀设计标准设计出拉刀的长度为1 006 mm，拉刀长度误差为±3 mm。

1.1 安装过程

拉刀卡头示意图如图1所示，设计的拉刀与卡头未连接的一端是与拉床连接在一起的。安装时我们拉动外套1使其缓慢向左移动，移动的过程中触碰到限位螺钉4之后，向左移动的行程就停止，所以我们可以看出小小的螺钉4起到了一个限制行程的作用。从图中可知，我们将外套1向左移动的目的就是让钢球5进入右部事先加工好的锥孔当中，当钢球5进入锥孔中外套1就不能向右移动了。由于外套1是向左移动了一段距离才停止不动的，这时候弹簧6由于受到向左外力的作用而收缩，此时弹簧6的反作用力传递到尺寸形状完全相同的两楔块7上，拉刀孔在弹力的推动作用下将拉刀安装成功，此时拉刀楔紧，便可进行拉削加工[3]。

图1 拉刀卡头示意

1.2 楔块的加工要求

由于拉刀刀头与拉刀卡头是对称零件，设计的拉刀刀头部分如图2所示，卡头的尺寸由刀头尺寸决定的，同时还要求两楔块具备足够的对称性，如果对称性无法保证那就对拉刀有一定的损坏。这时我们要从加工过程去控制，如果按照单件加工，则两个楔块因为加工误差而不对称造成安装困难，也就是说楔块用单独加工的方法行不通，那我们就要将两块楔块同时加工，这样加工出来的楔块尺寸完全相同的同时还能保证对称性，这种加工方法是合理的。加工时先车削加工一个圆柱体，再将其沿着端面直径处开槽并纵向剖成两半，此时的两件半圆外形相同，我们再同时加工这两个半圆，用这种同时加工的方法可以保证对称性和工艺性能，这样加工出来的两个零件的互换性也可以保证。另外，对图1中楔块7进行受力分析，我们便知其受力面是45°的锥面既然是受力面我们就需要保证其使用性能要求而不能随意加工，加工时可以根据与其相配的刀柄颈部倒角的大小加工，从而使装配性能可以保证。

图2 拉刀刀头示意

1.3 安装要求

拉刀安装时必须满足周向定位的要求才能使拉刀稳定工作，那么在安装过程中保证了拉刀卡头与拉刀刀柄的配合精度就保证了拉刀的周向定位要求。

2 浮动支撑装置

拉刀在拉削加工时，由于尺寸较长对工件基准端面与拉削轴线的垂直度有一定的影响，这严重影响拉削质量，同时，拉削质量还受到工件基准端面以及拉床精度等因素的影响，为了避免以上影响拉削质量的不利因素的出现，我们设计了浮动支撑装置如图3所示。实际加工中图3中的连接盘1是安装在拉床上的一个单独零件，这个连接盘主要起到一个浮动的作用，其依靠六个均匀分布的弹簧5。弹簧会产生一定的弹力，能使球面支撑接触连接盘时产生一定的浮动。

图3 浮动支撑装置

拉削加工时，首先要进行定位，浮动支撑装置就起到定位的作用，我们先选择工件表面比较平整且能做基准面的一端面，将其支撑在导套3事先选取好的某一端面，此时两工件在力的作用下达到紧密结合的状态。启动拉刀，使其处在运行状态，就会自动完成找正定心工作，这时在拉削力的作用下，工件就会紧靠于导套的端面上。

3 结语

本文重点介绍了拉削加工的优越性，同时对拉刀卡头及浮动支撑装置两种拉削辅具的设计进行额分析，并且对这两种拉削辅具进行了安装说明，为拉刀在拉削过程中提供了一定的质量保障。