车床上加工矩形和梯形内螺纹的方法

这种方法不需要专用设备，在卧式车床上即可进行加工，其生产率比车削高10倍左右，而且质量稳定。

1.拉削螺纹操作提示

拉削螺纹时使用特制的丝锥式拉刀。加工时，将拉刀放在工件孔左边，工件夹紧在自定心卡盘上，然后将拉刀的前柄部装入夹具孔中，并将插销插入夹具及丝锥的腰形孔内，夹具紧固在刀架上，其工作情况如图4-152所示。加工右旋螺纹时，车床主轴反转，车床床鞍通过夹具带动拉刀向尾座方向移动。工件每转一转，拉刀移动一个螺纹导程。当拉刀全部通过工件时，螺纹即加工完毕，加工一件一般只需3～5min，拉削速度一般为2～7m/min。

（1）拉刀结构和切削部分的几何参数 拉削螺纹时使用的拉刀由柄部、颈部、切削部分、校准部分和后导部分等组成（图4-153），柄部和后导部分的直径比螺纹小径小0.02～0.15mm。图4-154所示是拉削梯形内螺纹时使用的一种丝锥式拉刀，图中的几何尺寸供参考。

图4-152 用丝锥式拉刀拉削螺纹

图4-153 拉刀结构形式

拉刀切削部分的参数对拉削螺纹质量有很大影响，可参考如下数据。

1）拉刀每个刀齿的切削厚度a_p。切削钢料时，a_p=0.01～0.02mm；切削铜和铸铁时，ɑ_p可大些。ɑ_p的大小对丝锥工作的平稳性和使用寿命有较大的影响。拉削时，一般有几十个刀齿同时切削，当ɑ_p选得大时，刀齿的切削负荷大，加工的平稳性相对较差，拉刀的使用寿命相对短些。但ɑ_p值大，拉刀可以短些，制造起来比较容易。工作中应根据加工情况，选择合适的ɑ_p值。

图4-154 丝锥式拉刀的几何尺寸

2）拉刀螺旋槽导程。为了使拉刀刀齿两侧刃的前角相同和排屑方便，拉削用的拉力需要沿刀齿制出螺旋形排屑槽。拉刀螺旋槽导程P_h的计算公式为

式中 d₂──螺纹中径（mm）；

λ──螺纹升角（°）。

对于右旋螺纹，拉刀螺旋槽为左旋。

3）拉刀的前角γ_o和后角α_o的几何参数。前角的大小对拉刀的切削性能有很大影响，拉刀的前角比一般车刀的前角稍大些。γ_o大时，切削刃锋利，切屑容易卷曲，但刀齿的截形易产生误差，并且前角越大，误差越大。一般情况下，拉削45钢，γ_o=15°～20°时，切屑卷曲良好，工作平稳，光洁性也高；拉削铜和铸铁件时，γ_o=10°～12°。后角α_o一般为5°～6°。

图4-155 拉刀中径带锥度后刀面刀齿切削情况

4）拉刀切削部分的中径。其中径应略带锥度，锥度为0.5mm。拉刀中径有锥度后，刀齿齿形为前窄后宽，后刀面的刀齿不但顶刃参与切削，刀齿的两侧也可切削少量金属，切削情况如图4-155所示。采用这样的切削形式，不但刀齿切削稳定、导向好，而且工件齿面的光洁性高。

5）拉刀上的校准部分。拉刀上校准部分的中径没有锥度。为了尽量增加刃磨次数，延长丝锥寿命，中径应尽量选择得大些。在考虑拉刀切削后的扩大量后，拉刀中径应尽量接近螺纹中径的上极限偏差。拉刀切削后的扩大量依工件材料的不同而异，一般为0.02～0.05mm。

拉刀校准部分的刀齿应留有0.1～0.2mm棱边。

（2）拉削螺纹时的注意事项

1）拉刀是多齿刀具，其制造成本较高，因此使用中要认真维护。新丝锥在使用前要检查各刀齿和切削刃是否有损伤或缺口；切削刃如不锋利，则切出工件的表面光洁性不好，并且会产生振动。

2）新拉刀使用时可能产生振动或有噪声。当拉刀参数选择得较合适时，产生振动的主要原因是刀齿切削不均匀，很可能只有两排或三排刀齿在切削，另两排刀齿不起作用。若拉刀在工件内支持不好而引起振动，解决方法是将切削工件的两排刀齿的前刀面适当磨去一些，使四排刀齿都能切削。

3）切削液要充分，加工钢件时使用硫化油，加工铸铁件时使用全损耗系统用油和柴油混合液。加工完一个工件后要将刀槽内的切屑除掉，以免在加工时切屑堵塞在槽内损坏刀具，如加工时不易排屑，可用混合油将其冲出。

4）拉刀在加工一定数量的工件后，其切削刃的磨损逐渐增大，摩擦力增大，切削力增加，此时必须进行刃磨。否则，由于切削力的作用使工件在卡盘内转动，就会产生崩刃、崩齿，甚至折断拉刀。当拉刀磨损到一定程度时，工件的温度上升较快，这时就应进行刃磨。

5）工件要夹紧。拉刀切削时有几十个刀齿在参与切削，切削力矩很大，因此工件必须夹紧。否则，切削时工件就会产生转动或跳出，引起崩刃、崩齿或折断拉刀。

2.车床上拉削梯形内螺纹示例

图4-156所示为梯形内螺纹工件，材料45钢，调质180～220HBW。图4-157所示是加工此工件时使用的丝锥式拉刀。

图4-156 梯形内螺纹工件

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图4-157 丝锥式拉刀

（1）拉刀切削部分的设计 拉刀切削部分的设计要考虑到锋利、强度和拉削效率。

1）确定齿升量a_f。齿升量与梯形内螺纹的大径D成正比，与螺距P成反比，与工件材料的硬度成反比，其计算公式为 a_f=D/（800～1000）P （4-18）

式中的数值800～1000是根据工件材料的硬度而确定的修正系数，工件材料硬度高时取大值，反之取小值。

2）容屑槽数z的选取。容屑槽数z随拉刀直径的增大而增多，一般选取偶数值，如4、6、8等，以便于制造时的测量。

3）切削部分长度l₃的计算。确定了拉刀的齿升量ɑ_f和容屑槽数z之后，根据梯形内螺纹的牙型高度（D-D₁）/2便可计算出切削部分的长度l₃。

式中 D₁——梯形内螺纹的小径；

（2～3）P——拉刀大径因磨损量增加，使D实际增大而增加的一个数值。

4）校准部分的计算。该部分尺寸应能保证梯形内螺纹的加工精度，可按如下公式计算

l₂=（5～8）P （4-20）

D_刀=（D+IT10）⁰_-IT8 （4-21）

D_2刀=（D₂+2b/3）⁰_-IT10 （4-22）

D_1刀≤D₁ （4-23）

式中 D_刀──拉刀校准部分的大径（mm）；

D_2刀──拉刀校准部分的中径（mm）；

D_1刀──拉刀校准部分的小径（mm）；

b──梯形内螺纹工件中径的公差（mm）。

D──梯形内螺纹工件的大径（mm）；

D₂──梯形内螺纹工件的中径（mm）；

D₁──梯形内螺纹工件的小径（mm）。

将选取数值、已知数值和查表所得公差值代入式（4-20）、式（4-21）、式（4-22）和式（4-23）后得

l₂=16mm，D_刀=20.584⁰_-0.033mm，D_2刀=19.25⁰_-0.084mm，D_1刀=ϕ18mm，如图4-157所示。

5）拉刀前、后角的确定。前角一般取10°左右，后角一般取4°～12°，校准部分的后角较小，且后角是通过铲磨形成的。除铲磨齿背外，齿侧也需有很小的铲磨量，以防加工时夹刀。该示例拉刀的齿侧铲磨量取0.03～0.05mm。

6）前、后导向部分和柄部的计算。前导向部分取梯形内螺纹工件小径的公称尺寸并给予h8公差，后导向部分应比前导向部分的直径略小。前导向部分的长度l₄应略大于工件上螺纹的长度，后导向部分的长度l₁=（4～7）P。

拉刀的制造方法有两种：螺距较小的拉刀可在螺纹磨床上直接磨出螺纹牙型；螺距较大的拉刀应先车出牙型毛坯，再精磨牙型。图4-157所示拉刀是在螺纹磨床上直接磨出牙型的，这样可减少热处理变形。

（2）拉刀的装夹和使用 如图4-158所示，为了便于拉刀的装夹，柄部的直径应略小于前导向部分的直径，并铣出尺寸为13mm的沟槽（图4-157），其长度应结合装夹弯板和卡板考虑。

图4-158 拉刀的装夹和使用

1—软管 2、7、9—圆管 3—轴承 4—后盖 5、8—锥体 6—主轴 10—工件 11—卡盘 12—拉刀 13—弯板 14—卡板

拉刀的装夹由弯板13和卡板14来完成。卸下车床小滑板，将弯板安装在中滑板上。对弯板上孔的精度要求比较高，制作弯板上的孔时，使用车床上精度比较高的自定心卡盘的卡爪夹持钻头，在弯板上钻出比拉刀柄部直径小0.2～0.3mm的圆孔后，再用铰刀铰削，铰后的圆孔直径应比拉刀柄部的直径大0.06～0.10mm。这样钻铰出的孔能保证与卡盘中心同轴，从而保证了被拉削螺纹的精度。

拉削加工前，先将拉刀穿进螺纹工件的预制孔内，工件装夹在卡盘上，再把拉刀柄部穿进弯板孔内并放上卡板。拉削时主轴正转，溜板按工件螺距大小向右移动便可旋削出如图4-156所示工件的梯形内螺纹。

加工过程中，切削液是通过车床主轴孔从后部浇注到拉刀上的。锥体5和8装在主轴6的锥孔里，圆管7和锥体5焊接在一起，圆管9和7通过螺纹联接在一起，从而把锥体5和8紧固在主轴孔两端。后盖4通过螺纹和锥体5联接在一起，后盖4中有轴承和后盖4紧配在一起，带有止退台阶的圆管2穿过轴承孔和软管1相接，这样圆管2通过轴承3而不随主轴转动。软管1接油泵，切削液便通过软管1和圆管2、7、9浇注到拉刀上，再通过容屑槽浇注到切削区，起到冷却润滑作用，并能把切屑从容屑槽中冲出。切削液一般使用切削油，用植物油更好。