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À la différence des minéraux dont la dureté est historiquement caractérisée par rayage (cf. Échelle de Mohs), on utilise généralement des essais de rebondissement ou de pénétration pour caractériser la dureté des métaux.

Ces essais ont l'avantage d'être plus simples à réaliser et de donner des résultats reproductibles.

Mesure de dureté par rebondissement : essai Shore [modifier]

Cet essai est principalement utilisé pour tester la dureté des caoutchoucs et des élastomères. Pour cela on laisse chuter bien verticalement et d'une hauteur fixe une petite masse d'acier terminée par un diamant arrondi. La masse est guidée dans sa chute par un tube lisse. La dureté est évaluée ensuite d'après la hauteur du rebond.

Cet essai mesure l'énergie de déformation élastique absorbée par le matériau. Pour bien comprendre cela il faut observer les courbes de traction d'un élastomère avec cycle de charge et de décharge dans le domaine élastique. (illustration manquante). On remarque donc que dans le cas des élastomères, la charge et la décharge élastique n'empruntent pas le même chemin comme cela peut être le cas avec un matériau cristallin.

Dans un plan "contrainte - déformation" la surface sous la courbe a la dimension d'une énérgie. L'aire sous la courbe de traction élastique correspond donc à l'énergie élastique absorbée par le matériaux. L'aire sous la courbe de décharge correspond à l'énergie restitué par le matériaux. La différence des deux surfaces correspond à l'énergie élastique dégradée par le matériau. Un matériau "caoutchouteux" ne rend donc pas toute l'énergie absorbée, c'est d'ailleurs pour cela qu'ils sont si souvent utilisés pour amortir les vibrations.

Plus l'élastomère sera dur, plus il se comportera comme un matériau ordinaire de type cristallin. Plus l'elastomère sera mou, plus il absorbera d'énérgie élastique. On remarque donc ici la différence de signification des mots "dur" et "mou" entre polymères et cristallins.

Il existe aussi une variante de cet essai pour les alliages métalliques. Le mode opératoire reste identique mais l'interprétation est différente. Il s'agit dans ce cas de mesurer l'énergie de déformation plastique absorbée par le matériau. Si le choc est parfaitement élastique (pas de déformation plastique, pièce à tester très dure), la pointe rebondit théoriquement jusqu'à sa hauteur de lâcher (en négligeant les frottements) ; on peut relier la différence de hauteur h à l'énergie cinétique ΔE_c absorbée lors du choc :

où m est la masse lâchée et g est l'accélération de la gravité. Dans le cas d'un objet extrêmement mou, la pointe s'enfonce et ne rebondit pas. Les appareils sont en principe étalonnés pour obtenir une dureté de 100 pour un acier trempé à 0,9 % de carbone et d'environ 35 pour les aciers doux.

Notons cependant que les résultats de l'essai Shore dépendent beaucoup de l'état de la surface de la pièce testée. L'appareil doit être tenu de manière bien verticale pour éviter d'avoir des frottements qui fausseraient la mesure. La masse de la pièce à mesurer doit être beaucoup plus importante que la masse de la masse utilisée dans l'appareil de mesure.

(informations à vérifier et à complèter, les autres sites n'ont pas du tout la même définition pour la dureté shore ;)

Mesures de dureté par pénétration [modifier]

Il s'agit des essais les plus couramment pratiqués. Le principe est toujours identique : un pénétrateur indéformable laisse une empreinte dans le matériau à tester. On mesure les dimensions de l'empreinte et on en déduit la dureté.

Dans une première approche, on peut relier de manière assez simple la limite d'élasticité R_e avec la surface de l'empreinte : plus l'objet pénétrant s'enfonce, plus la surface S de pression s'agrandit, donc la force F étant constante, plus la contrainte diminue. Lorsque la contrainte n'est plus suffisante pour déformer plastiquement le solide à tester, l'objet pénétrant s'arrête, et on a donc :

Les valeurs de dureté obtenues grâce aux différents protocoles et dispositifs d'essais indiqués ci-dessous sont cette limite d'élasticité R_e mais les résultats ne sont pas identiques car ces calculs simplifiés prennent en compte la surface de la projection de l'empreinte (comme un disque ou un carré) au lieu de prendre en compte la vraie surface de l'empreinte (comme la surface de la calotte sphérique ou des facettes de l'empreinte pyramidale). Un essai Brinell et un essai Vickers sur la même éprouvette ne donnent pas la même valeur en résultat, mais en ramenant par le calcul la valeur de la force à la vraie surface de l'empreinte (respectivement un calotte sphérique ou une pyramide), on tombe dans les deux cas sur la même valeur qui est la valeur « de pression » du matériau solide.

Elles ne prennent pas en compte l'écrouissage qui est différent pour chaque type d'essai.

Essai de dureté Brinell [modifier]

principe de la dureté Brinell

Principe [modifier]

L'essai consiste à faire pénétrer en appliquant une force F un pénétrateur ayant une forme de bille dans un métal afin d'en déduire la dureté de ce matériau.

H_B : dureté Brinell

D : diamètre du pénétrateur (mm)

d₁ et d₂ : mesure de l'empreinte réalisée à 90°(mm)

h : profondeur (mm)

F : charge d'essai (N)

g : accélération de la pesanteur

avec

Le pénétrateur [modifier]

Matière : généralement du carbure poli

Dimension : diamètre D

Le matériau à tester [modifier]

La surface doit être plane et nettoyée (sans lubrifiant, oxyde ou calamine). Il est nécessaire d'avoir une épaisseur suffisante afin que la pénétration de la bille ne déforme pas le matériau. Dans le cas contraire, la mesure ne serait pas fiable. Il faut une épaisseur de au moins huit fois la profondeur h de l'empreinte.

Mode opératoire [modifier]

Placer le pénétrateur en contact avec la surface du matériau. Appliquer la force. Maintenir cette charge pendant 10 à 15 secondes.

Mesurer sur l'empreinte deux diamètres à 90° l'un de l'autre. La mesure est effectuée à l'aide d'un dispositif grossissant et d'une règle graduée tenant compte du facteur de grossissement..

Norme [modifier]

• Normes européennes (CEN) et internationales (ISO):

• EN ISO 6506-1 : Matériaux métalliques - Essai de dureté Brinell - Partie 1 : Méthode d'essai.
• EN ISO 6506-2 : Matériaux métalliques - Essai de dureté Brinell - Partie 2 : Vérification et étalonnage des machines d'essai.
• EN ISO 6506-3 : Matériaux métalliques - Essai de dureté Brinell - Partie 3 : Étalonnage des blocs de référence.

• Américaine (ASTM)

• ASTM E10 : Standard method for Brinell hardness of metallic materials.

Essai de dureté Meyer [modifier]

Le pénétrateur est identique au pénétrateur de la dureté Brinell. D'une manière plus générale, on utilise le même duromètre que celui utilisé pour la dureté Brinell.

La mesure est effectuée avec les même principes que la dureté Brinell. Les valeurs de dureté Meyer sont calculées avec la formule suivante :

avec

Essai de dureté Vickers [modifier]

principe de la dureté Vickers

Principe [modifier]

La mesure de dureté Vickers se fait avec une pointe pyramidale normalisée en diamant de base carrée et d'angle au sommet entre face égal à 136°. L'empreinte a donc la forme d'un carré ; on mesure les deux diagonales d₁ et d₂ de ce carré à l'aide d'un appareil optique. On obtient la valeur d en effectuant la moyenne de d₁ et d₂. C'est d qui sera utilisé pour le calcul de la dureté. La force et la durée de l'appui sont également normalisées.

• H_V : dureté Vickers
• d₁ et d₂ : mesure de l'empreinte réalisée à 90° (2 diagonales du carré de l'empreinte)(mm)
• F : charge d'essai (N)
• g : accélération de la pesanteur

avec

Le degré de dureté, noté Hv, est ensuite lu sur un abaque (une table) ; il y a un abaque par force d'appui.

Normes [modifier]

• Internationale (ISO) et européenne (CEN)

• EN ISO 6507-1 : Matériaux métalliques - Essai de dureté Vickers - Partie 1 : méthode d'essai

• Américaine (ASTM)

• Métaux

• E92 : Standard Test Method for Vickers Hardness of Metallic Materials

• Céramiques

• C1327 : Standard Test Method for VICKERS Indentation Hardness of Advanced Ceramics

Essai de dureté Rockwell [modifier]

principe de la dureté Rockwell (échelle B, bille en acier)

Principe [modifier]

Les essais de dureté Rockwell sont des essais de pénétration. Il existe en fait plusieurs types de pénétrateurs qui sont constitués d'un cône en diamant ou d'une bille en acier trempé polie. Pour obtenir une valeur de dureté Rockwell, on mesure une pénétration rémanente du pénétrateur sur lequel on applique une faible charge.

L'essai se déroule en trois phases :

• Application sur le pénétrateur d'une charge initiale F₀= 98 N (soit 10 kgf). Le pénétrateur s'enfonce d'une profondeur initiale I. Cette profondeur étant l'origine qui sera utilisée pour mesure la dureté Rockwell.
• Application d'une force supplémentaire F₁. Le pénétrateur s'enfonce d'une profondeur de P.
• Relâchement de la force F₁ et lecture de l'indicateur d'enfoncement.

La valeur de r étant l'enfoncement rémanent obtenu en appliquant puis en relâchant la force F₁.

La valeur de dureté est alors donnée par la formule suivante :

• Échelle B, E et F

• Échelle C

Une unité de dureté Rockwell correspondant à une pénétration de 0,002 mm.

Les différentes échelles [modifier]

Les deux échelles les plus utilisées sont les échelle B et C.

Dureté Rockwell superficielle [modifier]

Ces échelles sont utilisées pour des produits très minces et pour la mesure de dureté de revêtements.

Les deux échelles utilisées sont l'échelle N (Cône de diamant) et T (bille en acier). Dans les deux cas, la charge initiale (F₀) est de 29,4 N. Chacune d'entre elle peuvent être utilisé en utilisant une charge total de 147 N, 294 N ou 441 N. On notera qu'il existe également des échelles W (bille de diamètre 3,175 mm), X (bille de diamètre 6,350) et Y (bille de diamètre 12,70 mm).

Dans ce cas une unité de dureté Rockwell correspond à un enfoncement de 0,001 mm.

Pour les échelles N et T la dureté est donnée par la formule :

Normes [modifier]

• Internationale (ISO) et européenne (CEN)

• EN ISO 2039-2 : Plastiques - Détermination de la dureté - Partie 2 : dureté Rockwell.
• EN ISO 6508-1 : Matériaux métalliques : essai de dureté Rockwell- Partie 1 : méthode d'essai (échelles A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T)

.

• Américaine

• ASTM E18 : Standard methods for rockwell hardness and rockwell superficial hardness of metallic materials.

Comparaison entre les méthodes par pénétration [modifier]

Mesures de microdureté [modifier]

Fait sous très faible charge, les essais de microdureté permettent des mesures très localisées (sur environ 100 µm²). À l'aide d'un microduromètre, on peut par exemple déterminer la dureté d'une phase donnée dans un échantillon polyphasé ou celle d'un échantillon très fragile et mince.

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一、数控机床的概念与分类

数控机床，也称数字程序控制机床，是一种以数字量作为指令信息形式，通过电子计算机或专用电子计算装置控制的机床。在数控机床上加工工件 时，预先把加工过程所需要的全部信息（如各种操作、工艺步骤和加工尺寸等）利用数字或代码化的数字量表示出来，编出控制程序，输入计算机。计算机对输入的 信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的各个执行元件，使机床按照给定的程序，自动加工出所需要的工件。当加工对象改变时，只需更换加工程序。数控 机床是实现柔性生产自动化的重要设备。

数控机床的品种、规格繁多。按伺服系统的类型，可分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统三类。按刀具 ( 或工件 ) 进给运动轨迹，可分为点位控制、直线控制和轮廓控制三类。按可同时控制的坐标轴数，可分为两坐标、两轴半、三坐标及多坐标数控机床。按工艺用途可分为两大 类：

1. 一般数控机床

这类机床的种类、布局、工艺范围和通用机床相似，不同的是，它是由数控系统按预先编制好的程序发出数字信息指令进行工作，而不象传统机床那样一切需要工人操作如：数控车床、数控立式铣床等。

2. 加工中心

加工中心机床是带有刀库和自动换刀装置的机床。在加工中心上可使零件一次装夹定位后，进行各种工艺、多道工序的集中加工，因其减少了装卸工件 次数，自动更换和调整刀具，减少了多次安装的定位误差等原因，加工中心比一般数控机床更能够实现高精度、高效率、高自动化加工。

二、 数控机床的特点

数控机床与一般机床相比大致有以下几方面特点：

1. 数控机床的传动系统特点

数控机床的传动系统机械结构比较简单，传动链短 数控机床的动力源一般是具有一定调速范围的电机。数控机床的主运动传动系统一般是动力源直接驱动主轴或经过简单的几级变速驱动主轴，进给运动传动系统一般 是伺服电机在数控装置的控制下直接驱动执行件。传统机械结构的传动，在数控机床中大部分被数控装置取代。但是，如果传动系统中有变速操纵机构，则其操纵应 被纳入机床数控系统的控制中，如采用电磁离合器操纵滑移齿轮变速。

2. 数控机床的传动精度和定位精度较高

机床的传动系统多采用精度高、摩擦损失比较小的元件，如滚珠丝杠螺母机构、滚动导轨、静压轴承等。传动件（如齿轮）的间隙被适当消除，以保证反向传动精度。采用闭环控制的机床的控制系统可对传动误差进行补偿。因此，数控机床有很高的加工精度和稳定的加工质量。

3. 数控机床的机械部分的结构特点

数控机床是自动化高效设备，粗、精加工在一台机床上进行，因此对数控机床要提高机床的动、静刚度，减少热变形，减少摩擦，减少某些传动部件的惯量等，以适应高精度、高效率、高自动化加工的要求。

4. 加工中心类的数控机床具有自动换刀功能

数控机床在自动化加工过程中必须能自动换刀，这就要求：

（ 1 ） 刀具与主轴或刀架的联接标准化；

（ 2 ） 主轴组件或刀架应具备自动换刀功能，如自动夹紧刀具、自动松开刀具，自动保持刀具结合面干净、主轴或刀架定向准停等；

（ 3 ）具有自动换刀装置。目前常用的自动换刀装置有两类。一类是车削中心常用的回转式刀架或多主轴的转塔头，在刀架或转塔的圆周方向均布一定数量的刀具，靠刀 架或转塔的转位实现换刀；另一类是镗铣加工中心常用的刀库 - 机械手换刀系统，在机床上配制一个刀库，换刀机械手取下用完的刀具放入刀库，然后或同时取出下一把刀，装入指定位置，所有这些动作及刀具的管理检测等都在 数控系统的控制下进行。

5. 生产效率高，改善了劳动条件，便于现代化生产管理

数控机床减少了人工操作的工作量，并配有自动换刀系统，有些机床还具有自动转换工作台、自动检测等功能，机床防护好，切屑能够自动排除，因 此数控机床缩短了辅助时间，减轻了工人的劳动强度，改善了劳动条件。由于几乎所有的机床工作内容（包括过去有工人完成的工作）都有计算机控制，因此很容易 实现现代化的生产管理，使传统的机械厂面貌焕然一新。

三、 JCS-018 型立式镗铣加工中心

JCS-018 型立式镗铣加工中心是一种具有自动换刀装置的计算机数控（ CNC ）机床，它是在一般数控机床的基础上发展起来的工序更加集中的数控机床。机床上附有刀库和自动换刀机械手，配备有各种类型和不同规格的刀具。把工件一次装 夹以后，可自动连续地对工件各加工面完成铣、镗、钻、锪、铰和攻螺纹等多种工序，适用于小型板类、盘类、模具类和箱体类等复杂零件的多品种小批量加工。这 种机床适于中、小批量生产。

JCS-018 型立式镗铣加工中心的外形如图 7-42 所示。机床的布局基本上是由一台立式铣床附加上数控装置和自动换刀装置所组成的。机床是三坐标的：装在床身 1 上的滑座 2 作横向（前后）运动（ Y 轴）；工作台 3 在滑座 2 上作纵向（左右）运动（ X 轴）；在床身 1 的后部装有固定的框式立柱 5 ，主轴箱 9 在立柱导轨上作升降运动（ Z 轴）。在立柱左侧前部装有自动换刀装置（刀库 7 和自动换刀机械手 8 ）。在立柱左侧后部是数控柜 6 ，内有小型计算机数控系统，对加工循环的全过程实现计算机控制。在立柱右侧装驱动电柜 11 ，内有电源变压器和伺服装置等。操作面板 10 悬伸在机床的右前方，操作者通过面板上的按键和各种开关按钮实现对机床的控制；同时机床的各种工作状态信号也可在操作面板上显示出来。

图 7-43 为 JCS-018 型立式加工中心的传动系统图。该机床传动系统有主运动、三个方向的伺服进给运动和刀库圆盘旋转运动。各种运动均有无级调速的电机驱动，经过简单的机械传动装置驱动执行件，所以加工中心的传动系统比普通机床简单得多。

四、自动化加工对刀具的要求

进入80年代以来，计算机技术在机械制造业中得到广泛应用，自动化加工技术迅猛发展。数控机床、加工中心、柔性 制造单元和柔性制造系统在机械制造业中日益广泛的应用，使工具生产者由过去单一生产刀具而扩展为工具系统、工具识别系统、 刀具状态在线监测系统以及刀具管理系统的开发与生产。自动化加工对刀具 有下列 要求 ：

1. 刀具应具有很高的可靠性和尺寸耐用度。这是对自动化刀具最基本的要求，特别在无人看管条件下，对保证加工质量和使自动化生产顺利进行 ， 显得更加重要 ；

2. 刀具应具有高的生产效率。现代机床向着高速度、高刚度和大功率方向发展，要求刀具有承受高速切削和大进给量的能力，以提高生产效率 ；

3. 刀具在结构上应满足快速更换的要求，同时刀具能够预调，安装定位精度高，刚性好，以保证高精度加工要求；

4. 刀具应具有高复合性，特别在品种多、数量少的加工情况下，不至使刀具数量繁多而难以管理。目前国内、外已设计出适合加工中心的车、 镗模块化组合工具系统（如图7-44、7-45所示）；

5. 刀具在加工中的磨损、破损情况应有在线监测、预报及补偿系统。这样，在自动化加工中，主动掌握刀具工作状态和对产品质量进行控制，避免废品和突发事故发生 ；

6. 刀具应符合标准化、系列化、通用化的要求，尽可能减少刀具、辅助工具的数量，以便管理。

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图 6-13 抛光加工原理示意图

通常所说的抛光与研磨并没有本质上的区别，只是其工具由软质材料制成（如无纺布等）。图 6-13 是抛光加工原理示意图。

当被加工表面只要求低的粗糙度值，而对形状精度没有严格要求时，就不能用硬的研具而只能用软的研具进行抛光加工。抛光常用于去掉前工序所留 下来的痕迹，或者用于“打光”已精加工过的表面。为了得到光亮美观的表面和提高疲劳强度，或为镀铬等作准备，也常采用抛光加工。例如钻头沟的抛光加工及各 种手轮、手柄等镀铬前的抛光加工。

机械抛光所用的研具常用帆布、毛毡等做成，它们可对平面、外圆、沟槽等进行抛光。抛光磨料可用氧化铬、氧化铁等，也可用按一定化学成分配合制成的抛光膏。

抛光过程中虽不易保证均匀地切下金属层，但在单位时间内切下的金属却是较多的，每分钟可切下十分之几毫米厚的金属层。

液体抛光是将含磨料的磨削液经喷嘴用 6 ～ 8 个大气压高速喷向已加工表面，磨料颗粒就能将原来已加工过的工件表面上的凸峰击平，而得到极光滑的表面。

液体抛光所以能降低加工表面粗糙度，主要是由于磨料颗粒对表面微观凸峰高频 (200 ～ 2500 万次／秒 ) 和高压冲击的结果。液体抛光的生产率极高，表面粗糙度可达 R z 0.8 ～ R z 0.1 ，并且不受工件形状的限制，故可对某些其它光整加工方法无法加工的部位，如对内燃机进油管内壁等进行抛光加工。

液体抛光是一种高效的、先进的工艺方法，此外还有电解抛光、化学抛光等方法。

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BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan

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齿轮的切削加工，按形成齿形的原理可分为两大类：成形法和展成法。

用成形法加工齿轮时，刀具的齿形与被加工齿轮的齿槽形状相同。其中最常用的是用盘状模数铣刀和指状模数铣刀在铣床上借助分度装置铣齿轮，如图7-1所示，母线（渐开线）用成形法形成，不需成形运动，导线用相切法形成，需要两个成形运动。

齿轮的齿廓形状决定于基圆的大小（与齿轮的齿数有关），如图7-2所示。由于同一模数的铣刀是按被加工工件齿数范围分号的（表7-1），每 一号铣刀的齿形是按该号中最少齿数的齿轮齿形确定的，因此，用这把铣刀铣削同号中其他齿数的齿轮时齿形有误差。用成形法铣齿轮所需运动简单，不需专门的机 床，但要用分度头分度，生产效率低。这种方法一般用于单件小批量生产低精度的齿轮。

用展成法加工齿轮时，齿轮表面的渐开线用展成法形成，展成法具有较高的生产效率和加工精度。齿轮加工机床绝大多数采用展成法。

圆柱齿轮的加工方法主要有：滚齿、插齿等。锥齿轮的加工方法主要有：刨齿、铣齿等。精加工齿轮齿面的方法有：磨齿、剃齿、珩齿、研齿等。

表 7-1 模数铣刀加工齿数范围

一、插齿原理和插齿刀

1. 插齿原理及运动分析

插齿机用来加工内、外啮合的圆柱齿轮，尤其适合于加工内齿轮和多联齿轮，这是滚齿机无法加工的。装上附件，插齿机还能加工齿条，但插齿机不能加工蜗轮。

（ 1 ）插齿原理及所需的运动

如图 3-7 所示，插齿机加工原理为模拟一对圆柱齿轮的啮合过程，其中一个是工件，另一个是齿轮形刀具——插齿刀，它与被加工齿轮的模数和压力角相同。直齿插齿刀的切 削刃在插齿刀前端面上的投影是渐开线，当插齿刀沿其轴线方向往复运动时，切削刃的轨迹象一个直齿圆柱齿轮的齿面，这个假想的齿轮称为“产形”齿轮。插齿机 是按展成法加工圆柱齿轮的。

用插齿刀插削直齿圆柱齿轮的运动分析见图 3-7 。

插齿开始时，插齿刀和工件除作展成运动外，还要作相对的径向切入运动，直到全齿深为止；然后，工件再旋转一周，全部轮齿就切削完毕，插齿刀 与工件分开，机床停止。插齿刀在往复运动的回程时不切削。为了减少刀刃的磨损，还需要有让刀运动，即刀具在回程时径向退离工件，切削时复原。

（ 2 ）插齿机的传动原理

用齿轮形插齿刀插削直齿圆柱齿轮时，机床的传动原理图如图 7-3 所示。B11和B12是一个复合运动，需要一条内联系传动链和一条外联系传动链。图中插齿刀（B11—8—9—ux—10—11—工件（B12是内联系传动链——展成运动传动链。圆周进给以插齿刀每往复一次，插齿刀所转过的分度圆弧长计，因此，外联系传动链以驱动插齿刀往复的偏心轮为间接动源来联系插齿刀旋转，即图中偏心轮—4—5—6—uf—7—8—插齿刀。

插齿刀的往复运动A2是一简单运动，它只有一个外联系传动链，即电动机—1—2—uv—3—5—4—曲柄偏心轮这是主运动链。

2. 插齿刀

标准插齿刀分直齿和斜齿插齿刀两类，有盘状插齿刀、碗状插齿刀、锥柄插齿刀几种型式，如图 7-4 所示。

（ 1 ） 插齿刀的后角和齿形特征

插齿刀的每个刀齿都有一条顶刃和一个顶后刀面，两条侧刃和两个侧后刀面。

为了得到顶刃后角，插齿刀外圆面应是与插齿刀同轴线的外锥面，顶刃后角就是其半锥顶角 α p （图 7-5 ），标准直齿插齿刀 α p =6° 。

为了得到侧刃后角 α f ，将两侧后刀面做成旋向相反的渐开螺旋面；为了保持齿高不变，齿根圆也应向插齿刀轴线移近相同的距离。插齿刀每个端剖面截形，可以看成是基圆直径相同，变 位系数不同的变位齿轮，新插齿刀变位系数最大，重磨后变位系数减小。变位系数等于零的剖面 O-O 中齿顶高和分圆齿厚都是标准值，这个剖面叫做原始剖面。插齿刀的本质是基圆相同，且变位系数由大到小依次排列而成的无穷片变位齿轮的组合体。这样，刀具磨 钝后重磨前刀面时，虽然刀齿顶圆直径和分圆齿厚都减小了，但两侧刃齿形仍是渐开线。

插齿刀任意端剖面中的变位系数和该剖面到原始剖面的距离成正比，并和顶刃后角 α p 有关。如任意剖面 A — A 离原始剖面的距离为 b 0 ，则此剖面中的变位系数 x 0 为：

知道变位系数后，读者可自己算出该剖面中的各尺寸参数。

插齿刀任意点的侧刃后角 α cy 在侧刃主剖面中测量 （ 图 7-6 ）， 在侧刃各点处的大小相等，其值等于渐开螺旋面的基圆螺旋角 β b 。（ 其推导过程可见参考文献□袁哲俊 ）。

（ 2 ） 插齿刀的前角及齿形修正

为了得到插齿刀的前角，前刀面做成与插齿刀同轴线的内锥面，其内锥面底角 γ p 就是插齿刀顶刃前角（图 7-7 ） , 标准直齿插齿刀 γ p =5° 。

插齿刀任意点的侧刃前角 γ cy 也 在侧刃主剖面中测量 （ 图 7-6 ）。 侧刃前角的大小与顶刃前角有关，而且在侧刃各点处大小不等，从齿顶到齿根逐渐变小。

插齿刀有前角 γ p 后，切削刃的顶刃、分圆和齿根不在同一端剖面内，分别在 I - I 、 II - II 、 III - III 端剖面内，如图 7-7 所示。这样，插齿刀切削刃在端面投影 ( 产形齿轮 ) 的齿形角减小，不再是渐开线，造成较大的齿形误差，随 γ p 、 α p 的增大，其误差也增大，因此，必须进行齿形修正。

修正齿形误差的方法是，将插齿刀切削刃在端面内的截形 ( 渐开线 ) 的齿形角不做成 α 值，而做成 α ′值 ( α ′ > α ) ，如图 7-8 ）所示，使切削刃在端面内投影 ( 产形齿轮 ) 的齿形分圆处齿形角达到 α 值 。

图 7-7 插齿刀前角引起的齿形误差 图 7-8 插齿刀齿形角的修正

二、滚齿原理、齿轮滚刀及滚齿机的运动分析

1. 滚齿原理及齿轮滚刀

滚齿加工是根据展成法原理来加工齿轮轮齿的。 滚齿加工的原理为模拟一对交错轴斜齿轮副啮合滚动的过程( 图7-9a)。将其中的一个齿轮的齿数减少到一个或几个，轮齿的螺旋倾角很大，就成了蜗杆 (图7-9b) 。再将蜗杆开槽并铲背，就成了齿轮滚刀 (图7-9c) 。当机床使滚刀和工件严格地按一对斜齿圆柱齿轮啮合的传动比关系作旋转运动时，滚刀就可在工件上连续不断地切出齿来。

将蜗杆开槽后，产生了前刀面和切削刃，再作出后刀面和后角，各个刀齿的切削刃都必须位于这个相当于斜齿圆柱齿轮的蜗杆螺纹表面上 ，这个蜗杆叫滚刀的基本蜗杆(或称“产形”蜗杆)，如图7-10a 。基本蜗杆的螺纹表面若是渐开螺旋面 ，则称渐开线基本蜗杆，这种滚刀称渐开线滚刀。这种滚刀可以切出理论上完全理想的渐开线齿形。但这种滚刀制造及检查很困难， 生产中很少采用。通常采用近似造形方法，如采用阿基米得基本蜗杆滚刀和法向直廓基本蜗杆滚刀。这两种滚刀基本蜗杆的螺纹表面在端面截形不是渐开线，分别是 阿基米得螺线和延长渐开线。当滚刀分圆柱螺旋角很大，导程很小时，虽然它们不是渐开线蜗杆，切出的齿轮齿形也不是理论上的渐形线齿形，但误差很小。由于阿 基米德滚刀齿形误差更小，制造与检测更容易，生产中标准齿轮滚刀通常多采用这种类型滚刀。

（ 1 ） 滚刀的前刀面及前角

滚刀容屑槽的一侧构成前刀面，前刀面在滚刀端剖面中的截形为直线，使制造与重磨都简单。滚刀前角为零度时，此直线通过滚刀中心(图7- 11)。工具厂生产的标准齿轮滚刀都做成零前角滚刀，因为滚刀的切削刃形状较简单，刃磨前刀面时方便，同时容易保证齿形精度。粗加工齿轮滚刀为了改善切削 条件，也可采用正前角，通常 取γp =6°～ 9°。滚切硬齿面齿轮的硬质合金精切滚刀，则采用很大的负前角（如－30°）。

容屑槽有螺旋槽和直槽两种，如图7-11a、b所示。直槽制造方便，重磨和检查滚刀齿形也方便。但滚刀做成直槽后，左右两侧 刃的前角数值相等而正负号相反（如图7-12a），其 数值等于滚刀基本蜗杆分圆柱螺旋升角λo 。生产中λo≤5°时才做成直槽的。当λo＞5°时都做成螺旋槽滚刀，容屑槽的螺旋角等于滚刀基本蜗杆螺纹的螺旋升角λo ，由图7-12b可以看出，左、右侧刃点a和b的前角相同，切削条件相同。

（ 2 ）滚刀的后刀面和后角

作为切削刀具，滚刀必须有后角，使侧刃后刀面与顶刃后刀面都缩入基本蜗杆的螺旋面之内，如图7-10a。滚刀用钝后，重磨 前刀面，重磨后产生新的切削刃，图7-10c中虚线所示为滚刀用钝重磨后的新切削刃。新滚刀齿形与重磨后的滚刀齿形应一致，因此，滚刀的本质应是一个齿数 很少，螺旋角很大的变位斜齿圆柱齿轮。滚刀的顶刃后刀面和两侧刃后刀面都是用铲削方法加工出来的。可以看出，滚刀重磨后，分圆齿厚减小了，齿顶高也减小 了，加工齿轮时，为使所切齿轮分圆齿厚不变，应减小滚刀与齿轮 的中心距，这相当于减小了齿轮滚刀的变位 量。

滚刀的顶刃后角一般取10～12°，这时侧刃后角3°左右。

齿轮滚刀直径较小、模数较小时常做成整体式。整体式齿轮滚刀常用高速钢制造。齿轮滚刀模数较大时常做成镶齿结构，在刀体上镶装高速钢齿条或硬质合金齿条。

2. 蜗轮滚刀和蜗轮飞刀

蜗轮滚刀无论从外形上还是结构上都与齿轮滚刀很相似，在设计方法上也有许多相似之处，但蜗轮滚刀在工作原理上与齿轮滚刀有很大差别。齿轮滚 刀是按螺旋齿轮啮合原理加工齿轮的，而蜗轮滚刀是模拟工作蜗杆与蜗轮 啮合加工蜗轮的。蜗轮轮齿在不同端截面内齿形各不相同，在齿长方向上形成一个环状空间曲面，无论工作蜗杆与蜗轮啮合,还是滚刀与蜗轮啮合，都不是交错轴齿 轮啮合。所以渐开线齿轮啮合基本特性( 两者法向模数、法向齿形角对应相等) 不适于蜗杆与蜗轮啮合条件。因此，蜗轮滚刀工作原理是模拟于工作蜗杆与蜗轮的啮合原理而工作的。这样它具有以下特点 ：

① 蜗轮滚刀的基本蜗杆应与工作蜗杆类型相同,它不能采用近似造形原理加工蜗轮 ；

② 蜗轮滚刀基本参数应与工作蜗杆相同,如模数、齿形角、分圆直径、螺纹头数、旋向、分圆柱上螺旋升角等 ；

③ 蜗轮滚刀切制蜗轮齿形时工作位置应与工作蜗杆与蜗轮的啮合位置相同,如轴间距、轴交错角、滚刀轴线在蜗轮齿长方向的位置 ；

④ 蜗轮滚刀的顶圆直径和分度圆齿厚都比工作蜗杆对应尺寸要大一些 ， 以保证蜗杆与蜗轮传动所需要的齿顶间隙和齿侧间隙。

从以上可以看出，蜗轮滚刀是特定条件下的专用刀具。蜗轮滚刀切制蜗轮时，有径向进给和切向进给两种进给方式，如图7-13 所示。

由于蜗轮滚刀是专用刀具，当某一参数和蜗轮制造数量很少时，设计、制造一把蜗轮滚刀既不经济，周期又长，此时可用蜗轮飞刀来加工。蜗轮飞刀实 际上是单齿的蜗轮滚刀(图7-14)。为了包络出完整的蜗轮齿形，采用切向进给方式加工。这种刀具结构简单、制造容易、周期短、成本低，能加工出合格的蜗 轮，但生产效率低，要求机床有切向进给刀架。

3. 滚齿机的运动分析

（ 1 ） 滚切直齿圆柱齿轮

1 ） 机床的运动和传动原理图

用滚刀加工直齿圆柱齿轮时机床的运动分析见例3-2，此时需要两个表面成形运动(图7-15)，三条传动链(图7-16)。

① 展成运动传动链展成运动是滚刀与工件之间的啮合运动，是一个复合的表面成形运动，这个运动被分解为两部分：滚刀的旋转运动B11和工件的旋转运动B12。要保持B11和B12之间严格的相对运动关系，需要一条内联系传动链。设滚刀的头数为K ，工件齿数为z ，则滚刀每转1/K 转，工件应转1/z 转。在图7-16中，这条传动链是 ：滚刀-4-5-ux-6-7-工件，称为展成运动传动链。

② 主运动传动链 展成运动还应有一条外联系传动链与动力源相联系。这条传动链为：电动机-1-2-uv-3-4-滚刀，从切削的角度分析，滚刀的旋转运动是主运动。这条传动链称为主运动传动链。

③ 进给运动传动链为了形成直线，滚刀还需作竖直的直线运动A2。这个运动是维持切削得以连续进行的运动，是进给运动。A2是一个简单运动，可以使用独立的动力源驱动，但是，工件转速和刀架移动速度之间的相对关系，会影响到齿轮的表面粗糙度。因此 ， 滚齿机的进给以工件每转时滚刀刀架的轴向移动量计，把工作台作为间接动力源。这条传动链为：工件-7-8-uf-9-10-刀架升降丝杠。这是一条外联系传动链，称为进给运动传动链。

2) 滚刀的安装

滚刀刀齿是沿螺旋线分布的，螺旋升角为ω。加工直齿圆柱齿轮时，为了使切削点处滚刀刀齿方向与被切齿轮的齿槽方向一致 ，滚刀轴线与被切齿轮端面之间应倾斜一个角度δ，称为滚刀的安装角，它在数量上等于滚刀的螺旋升角ω。用右旋滚刀加工直齿齿轮的安装角如图7-15所示。用左旋滚刀时倾斜方向相反。图中虚线表示滚刀与齿坯接触一侧切削点处的滚刀螺旋线方向。

（ 2 ） 滚切斜齿圆柱齿轮

1 ） 机床的运动和传动原理图

滚切斜齿圆柱齿轮时，形成渐开线所需的运动与滚切直齿圆柱齿轮相（例3-2）。斜齿圆柱齿轮与直齿圆柱齿轮的区别在于齿长方向不是直线，而是螺旋线。因此，加工斜齿圆柱齿轮时，进给运动是螺旋运动，是一个复合运动，这个运动可由滚刀架的直线运动A21和工作台的旋转运动B22两部分复合而成。因为工作台既要在展成运动中完成B12，又要在形成螺旋线的运动中完成B22， 故B22 被称为附加转动。总之，滚切斜齿圆柱齿轮需要两个运动 ，一个是形成渐开线的复合运动（B11和B12，另一个是形成 螺旋齿向线的复合运动（A21和B22），如图7-17所示。

滚切斜齿圆柱齿轮时的两个成形运动都各需一条内联系传动链和一条外联系传链，如图7-18所示。形成渐开线的展成运动传动链和主运动传动链与滚切直齿轮时完全相同。产生螺旋进给运动的内联系传动链连接刀架移动A21和工件的附加转动B22，以保证当刀架直线移动距离为工件螺旋线的一个导程S时，工件的附加转动为一转，这条内联系传动链习惯上称为差动运动传动链；其外联系传动链——进给链，也与切削直齿圆柱齿轮时相同。

展成运动传动链要求工件转动B12，差动传动链又要求工件附加转动B22。为防止这两个运动同时传给工件时发生干涉，采用合成机构先把B12和B22合并起来，然后再传给工作台（图7-18）。合成机构把来自滚刀的运动(点5)和来自刀架的运动(点15)合并起来，在点6输出，传给工件。在图7-18中，差动传动链为：丝杠-12-13-uy-14-15-合成机构-6-7-ux-8-9-工件。换置器官的传动比uy根据被加工齿轮的螺旋线导程S或螺旋倾角β调整。

滚齿机既要加工直齿圆柱齿轮，又要加工斜齿圆柱齿轮，因此，滚齿机是根据滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图设计的。当滚切直齿圆柱齿轮时，就将差动运动传动链断开(换置器官不挂挂轮)，并把合成机构通过一定的结构固定成为一个如同联轴器的整体。

2 ） 滚刀的安装

滚切斜齿圆柱齿轮时，滚刀的安装角δ不仅与滚刀的螺旋线方向及螺旋升角ω有关，而且还与被加工齿轮的螺旋线方向及螺旋角β有关。当滚刀与齿轮的螺旋线方向相同时，滚刀的安装角δ=β－ω，图 7-19 a 表示用右旋滚刀加工右旋齿轮的情况。当滚刀与齿轮的螺旋线方向相反时，滚刀的安装角δ=β+ ω，图7-19b表示用右旋滚刀加工左旋齿轮的情况。

3 ） 工件附加转动的方向工件附加转动B22的方向见图7-20。图中ac′是斜齿圆柱齿轮的齿向线。滚刀在位置I时，切削点在a点。滚刀下降Δf 到达位置Ⅱ时，需要切削的是b′点而不是b点。如果用右旋滚刀切削右旋齿轮，则工件应比切直齿时多转一些( 图 7-20a) ，切左旋齿轮，则应少转一些(图7-20b)，以便滚刀到达需要切削的b′点。用右旋滚刀时，刀架向下移动螺旋线导程S， 工件应多转(右旋齿轮)或少转(左旋齿轮)1转 。

（ 3 ）滚齿机结构和传动系统图

图7-21是YC3180型滚齿机的外形图，滚刀装在滚刀主轴4上作旋转运动；滚刀刀架3既可沿立柱2上的导轨做上下直线移动，还可绕自己水 平轴线转位，以调整滚刀和工件间的相对位置，使它们相当于一对轴线交叉的螺旋齿轮啮合；工件装在心轴6上随工作台7一起转动：小立柱5可以同工作台一起做 水平方向移动，以适应不同直径工件的需要以及在用径向进给法切削蜗轮时作进给运动。

图7-22是YC3180型滚齿机的传动系统图。滚齿机的传动系统比较复杂，对于这种运动关系比较复杂的机床，必须根据对机床的运动分析，结合传动原理图，在传动系统图上对应地找到每一条传动联的末端件和传动路线及换置器官，逐条进行分析。

三、磨齿原理及所需运动

磨齿机床常用来对淬硬的齿轮进行齿廓的精加工，也可直接在齿坯上磨出小模数的轮齿。磨齿能消除齿轮淬火后的变形，纠正齿轮预加工的各项误差，因而加工精度较高。磨齿后，精度一般可达6级。有的磨齿机可磨削3、4级精度的齿轮。

磨齿机有两大类，即用成型砂轮磨齿和用展成法磨齿。成型砂轮磨齿机应用比较少，多数磨齿机用展成法。

1. 成型砂轮磨齿机的原理和运动

成型砂轮磨齿机的砂轮截面形状修正得与齿谷形状相同（图7-23）。磨齿时，砂轮高速旋转并沿工件轴线方向往复运动。一个齿磨完后分度，再磨第二个齿，砂轮对工件的切入运动，由砂轮与安装工件的工作台作相对径向运动得到。这种机床的运动比较简单。

2. 展成法磨齿机的原理和运动

用展成法原理工作的磨齿机，有连续磨齿和分度磨齿两大类，如图 7-24 所示：

（ 1 ） 连续磨齿 展成法连续磨削的磨齿机，工作原理与滚齿机相似。砂轮为蜗杆形，称为蜗杆砂轮磨齿机，如图 7-24a ，砂轮相当于滚刀，相对工件作展成运动，磨出渐开线。工件作轴向直线往复运动，以磨削直齿圆柱齿轮的轮齿，如果作倾斜运动，就可磨削斜齿圆柱齿轮。砂轮的 转速很高，展成链不能用机械方法联系砂轮和工件。目前常用的方法有两种，一种用两个同步电动机分别拖动砂轮主轴和工件主轴，用挂轮换置；另一种用数控的方 法，即在砂轮主轴上装脉冲发生器，发出与主轴旋转成正比的的脉冲（每转若干个脉冲），脉冲经数控系统调制后经伺服系统和伺服电动机驱动工件主轴，在工件主 轴上装反馈信号发生器。数控系统起展成换置机构的作用。在各类磨齿机中，这类机床的生产效率最高，但修整砂轮麻烦，因此常用于成批生产。

（ 2 ） 分度磨齿 这类磨齿机根据砂轮形状又可分为蝶形砂轮型、大平面砂轮型和锥形砂轮型三种（见图 7-24b 、 c 、 d ）。她们都是利用齿条和齿轮的啮合原理，用砂轮代替齿条来磨削齿轮。齿条的齿廓是直线，形状简单，易于保证砂轮的修整精度。加工时被切齿轮在想象中的齿条 上滚动。每往复滚动一次，完成一个或两个齿面的磨削。因此需多次分度才能磨完全部齿面。

蝶形砂轮型磨齿机（图 7-24b ）用两个蝶形砂轮代替齿条的两个齿侧面。大平面砂轮型磨齿机（图 7-24c ）用大平面的端面代替齿条的一个齿侧面。锥形砂轮磨齿机（图 7-24d ）用锥形砂轮的侧面代替齿条的一个齿，但砂轮比齿条的一个齿略窄。一个方向滚动时磨削一个齿面；另一个方向滚动时，齿轮略做水平窜动，以磨削另一个齿面。

四、 锥齿轮的加工方法

锥齿轮分为直齿锥齿轮和弧齿锥齿轮两大类。

制造锥齿轮的主要方法有两种，即成形法和展成法。成形法通常是利用单片铣刀或指状铣刀在卧式铣床上加工。锥齿轮沿齿线方向的基圆直径是变化 的，也就是说沿齿线方向，不同位置的法向齿形是变化的，但成型刀具的形状是固定的，因此，难以达到要求的齿形精度。成形法仅用于粗加工或精度要求不高的场 合。

锥齿轮加工中普遍采用展成法。这种方法的加工原理，相当于一对相互啮合的锥齿轮，将其中的一个锥齿轮转化成平面齿轮。图 7-25 表示一对相互啮合的锥齿轮，节锥顶角分别为 和 。当量圆柱齿轮的分度圆半径分别为 O 1 a 和 O 2 a 。当锥齿轮 2 的节锥角 逐 渐变大，并最终等于 180 °时，当量圆柱齿轮的节圆半径 O 2 a 变为无穷大，当量圆柱齿轮就成了齿条，齿形就成直线，锥齿轮 2 转化成平面齿轮，如图 7-26 所示。两个锥齿轮若都能与同一个平面齿轮相啮合，则这两个锥齿轮就能够彼此啮合，锥齿轮的切齿方法就基于这个原理。

齿向线的形状取决于平面齿轮的齿向线形状。如图 7-27 ，如果齿向线形状是径向直线，则加工的是直齿圆锥齿轮；如果齿向线是圆弧，则加工的是弧齿圆锥齿轮。由于目前齿轮应用以弧齿轮较多，所以锥齿轮加工机床往 往是以弧齿锥齿轮铣齿机为基型，而以直齿锥齿轮加工机床为变形。

在锥齿轮加工机床上，用刀具运动时的轨迹代替平面齿轮一个齿或一个齿槽的两个侧面，其余齿并不参加工作。这个平面齿轮是假象的，实际上并不 存在。平面齿轮的齿形在任意位置都是直线，因此刀刃也可做成直线。图 7-28 说明假想平面齿轮的形成。图中 3 是机床的摇台，上装切齿刀盘 1 ，用以代替假想的平面齿轮。切齿刀盘旋转时，刀刃的运动轨迹就构成假想平面齿轮（图 7-28 中摇台平面上的虚线）的两个齿侧面。齿向线的形状为圆弧，是被加工轮齿的母线，是用轨迹法形成的，由切齿刀盘旋转 B 1 形成。渐开线齿廓（导线）的成形是工件毛坯同假想平面齿轮按展成法加工原理得到的，机床需要一个展成运动，分为摇台摆动 B 21 和工件转动 B 22 两个部分。由于假想平面齿轮上只有一个“齿”，故每切削一个齿槽，摇台应来回摆动一次，工件要做分度运动。

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一、拉床的功用和类型

拉床是用拉刀进行加工的机床。拉床用于加工通孔、平面及成型表面。图7-29为适于拉削的一些典型截面形状。拉削时拉刀使被加工表面在一次 走刀中成形，所以拉刀只有主运动没有进给运动。切削时，拉刀应平稳地低速直线运动。拉刀承受的切削力很大，拉刀的主运动通常是由液压驱动的，拉刀或固定拉 刀的滑座通常由液压缸的活塞杆带动。

拉削加工切屑薄，切削运动平稳，因而有较高的加工精度（IT6级或更高）和较好的表面粗糙度（Ra＜0.62μm）s。拉床工作时，粗、精 加工可在拉刀通过工件加工表面的一次行程中完成，因此生产率较高，是铣削的3～8倍。但拉刀结构复杂，制造困难，拉削每一种表面都需要用专门的拉刀，因此 仅适用于大批大量生产。

图7-30是常用的几种拉床的外形图，图a为卧式内拉床，图b为立式内拉床，图c为立式外拉床，图d为连续式拉床。

二、 拉刀

1. 拉刀的类型及其应用

由于拉削加工方法应用广泛，拉刀的种类也很多。按受力不同可分为拉刀和推刀。按加工工件的表面不同可分为 内拉刀 和外拉刀 。

内拉刀是用于加工工件内表面的，常见的有圆孔拉刀、键槽拉刀及花键拉刀等。

外拉刀是用于加工工件外表面的，如平面拉刀、成形表面拉刀及齿轮拉刀等。

按拉刀构造不同，可分为整体式与组合式两类。整体式主要用于中、小型尺寸的高速钢拉刀；组合式主要用于大尺寸拉刀和硬质合金拉刀，这样不仅可以节省贵重的刀具材料，而且当拉刀刀齿磨损或破损后，能够更换，延长整个拉刀的使用寿命。

图 7-30 拉床的外形图

a）—卧式内拉床 b）—立式内拉床 c）—立式外拉床 d）—连续式拉床

2. 拉刀的结构

（ 1 ） 拉刀的组成部分

虽然拉刀的类型不同，其结构上各有特点，但它们的组成部分仍有共同之处。图7-31所示为圆孔拉刀的组成部分。

圆孔拉刀由头部、颈部、过渡锥部、前导部、切削部、校准部、后导部及尾部组成，其各部分功用如下：

头部——拉刀的夹持部分，用于传递拉力；

颈部 —— 头部与过渡锥部之间的连接部分，并便于头部穿过拉床挡壁，也是打标记的地方；

过渡锥部 —— 使拉刀前导部易于进入工件孔中，起对准中心的作用；

前导部 —— 起引导作用，防止拉刀进入工件孔后发生歪斜，并可检查拉前孔径是否符合要求；

切削部——担负切削工作，切除工件上所有余量，由粗切齿、过渡齿与精切齿三部分组成；

校准部 —— 切削很少，只切去工件弹性恢复量，起提高工件加工精度和表面质量的作用，也作为精切齿的后备齿；

后导部——用于保证拉刀工作即将结束而离开工件时的正确位置， 防止工件下垂而损坏已加工表面与刀齿；

尾部——只有当拉刀又长又重时才需要，用于支撑拉刀、防止拉刀下垂。

（ 2 ） 拉刀切削部分设计参数

拉刀切削部分的主要设计参数如图7-32所示。

af —— 齿升量，即切削部相邻两刀齿(或刀齿组) 高度差，它影响拉削力、拉刀长度、生产率和加工表面质量；

p —— 齿距，即两相邻刀齿之间的轴向距离，它影响容屑空间、同时工作齿数及工作平稳性；

bα1 ——刃带宽度，用于在制造拉刀时控制刀齿直径，也为了增加拉刀校准齿前刀面的可重磨次数，提高拉刀使用寿命。有了刃带 ， 还可提高拉削过程稳定性。

γo ——拉刀前角，按工件材料选择；

αo —— 拉刀后角，内拉刀后角较小，重磨前刀面后尺寸变小较慢。

3. 拉削图形

拉刀从工件上把拉削余量切下来的顺序，通常都用图形来表达，这种图形即所谓“拉削图形”，拉削图形选择合理与否，直接影响到刀齿负荷的分配、拉刀的长度、拉削力的大小、拉刀的磨损和耐用度、工件表面质量、生产率和制造成本等。

拉削图形可分为分层式、分块式及综合式三大类。

（ 1 ） 分层式

分层式拉削可分为成形式及渐成式两种。

1 ） 成形式 按成形式设计的拉刀，每个刀齿的廓形与被加工表面最终要求的形状相同，切削部的刀齿高度向后递增，工件上的拉削余量被一层一层地切去，最终由最后一个切削 齿切出所要求的尺寸，经校准齿修光达到预定的尺寸精度及表面粗糙度。图7-33a 所示为成形式圆孔拉刀的拉削图形。

采用成形式拉刀，可获得较小的工件表面粗糙度数值。但是，为了避免出现环状切屑，便于容屑，成形式拉刀相邻刀齿的切削刃上磨有交错排列的狭窄分屑槽。由于成形式拉刀的每个刀齿形状都与被加工工件最终表面形状相同，因此，除圆孔拉刀外，制造都比较困难。

2 ） 渐成式 如图7-34所示 ，按渐成式原理设计的拉刀，刀齿的廓形与被加工工件最终表面形状不同，被加工工件表面的形状和尺寸由各刀齿的副切削刃形成。这时拉刀刀齿可制成简单的直线 形或弧形。这对于加工复杂成形表面的工件，拉刀的制造要比成形式简单，缺点是在工件已加工表面上可能出现副切削刃的交接痕迹，因此加工出的工件表面质量较 差。

（ 2 ） 分块式 ( 轮切式 )

分块拉削方式与分层拉削方式的区别，在于工件上的每层金属是由一组尺寸基本相同的刀齿切去，每个刀齿仅切去一层 金属的一部分。图7-35所示为三个刀齿一组的圆孔分块式拉刀及其拉削图形，第一齿1与第二齿2的直径相同，但切削刃位置互相错开，分别 切除工件上 同一层金属中的几段材料4 、5 ，剩下的残留金属6 ，由同一组的第三刀齿3切除。这个齿不开分屑槽，考虑加工表面回弹，其直径比前两个齿小0.02 ～ 0.05mm 。

分块拉削方式与分层拉削方式相比较，虽然工件上的每层金属由一组(2～4个)刀齿切除，但由于每个刀齿参加工作的切削刃的长度较小，在保持 相同的拉削力的情况下，允许较大的切削厚度(即齿升量)。因此，在相同的拉削余量下，轮切式拉刀所需的刀齿总数要少很多，拉刀长度可以缩短。但由于切削厚 度( 即齿升量)大，加工工件表面质量不如成形式拉刀。

（ 3 ）综合式拉削

按综合拉削方式设计的拉刀，称为综合式拉刀，它集中了成形式拉刀与轮切式拉刀的优点，即粗切齿制成分块式结构，精切齿则采用成形式结构。这样，既缩短了拉刀长度，保持较高的生产率，又获得较好的工件表面质量。我国生产的圆孔拉刀较多地采取这种结构。

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研 磨是一种最常用的光整加工和精密加工方法。在采用精密的定型研磨工具的情况下，可以达到很高的尺寸精度和形状精度，表面粗糙度可达 R z 0.04 ～ R z 0.4 ，多用于精密偶件、精密量规和精密量块等的最终加工。研磨加工的基本原理如图 6-11 所示，它是通过介于工件与硬质研具间磨料或研磨液的流动，在工件和研磨剂之间产生机械摩擦或机械化学作用来去除微小加工余量的。

1. 研磨加工的特点

（ 1 ）所有研具均采用比工件软的材料制成，这些材料为铸铁、铜、青铜、巴氏合金、塑料及木硬等，有时也采用钢做研具。

（ 2 ）研磨加工不仅具有磨粒切削金属的机械加工作用，同时还有化学作用。磨料混合液或研磨膏使工件表面形成氧化层，使之易于被磨料切除，因而大大加速了研磨过程的进行。

（ 3 ）研磨时研具和工件的相对运动是较复杂的，因此每一磨粒不会在工件表面上重复自己的运动轨迹，这样就有可能均匀地切除工件表面的凸峰。

（ 4 ）研磨可以获得很高的尺寸精度和低的表面粗糙度值，也可以提高工件表面的宏观形状精度，但不能提高工件表面间的位置精度。

2. 研具

研磨工具的材料应软硬适当，一般选用比工件材料软且组织均匀的材料。

制造研具的材料，最常用的是铸铁。因铸铁研具适用于加工各种材料的工件，能保证较好的研磨质量和较高的生产率，且研具制造容易，成本也较低。铜、铝等软金属研具较铸铁研具容易嵌入较大的磨料，因此它们适用于切除较大余量的粗研加工。铸铁研具则适用于精研加工。

3. 研磨剂

研磨剂是由磨料和油脂混合起来的一种混合剂。研磨加工中所使用的磨料主要有：金钢石粉（C）及碳化硼（B4C），主要用于硬质合金的研磨加 工；氧化铬（Cr2O3）和氧化铁（Fe2O3）是极细的磨料，主要用于表面粗糙度值要求小的表面研磨加工；碳化硅（SiC）及氧化铝（A12O3）是一 般常用的两种磨料。研磨加工中，研磨液（油脂）对加工表面粗糙度和生产率的影响也是不可忽视的。加工中研磨液不禁要起调和磨料和润滑冷却作用，而且在研磨 过程中还要起化学作用，以加速研磨过程。目前常用作研磨液的油脂主要有：变压器油、凡士林油、锭子油、油酸和葵花子油等。

4. 研磨参数

（ 1 ）磨料粒度

磨料的粒度一般要根据所要求的表面粗糙度来选择，粒度越细则加工后的表面粗糙度值越小。粗研时为了提高生产率，用较粗的粒度，如 W28 ～ W40 ；精研时则用较细的粒度，如 W5 ～ W28 ；镜面研磨时则用更细的粒度 W1 ～ W3.5 ，甚至还有用 W0.5 的。

（ 2 ）研磨速度

研磨时切削速度较低，一般都小于 0.5m／s ，精密研磨时则应小于 0.16m／s 。

（ 3 ）研磨余量

为了提高生产效率和保证研磨质量，研磨余量应尽量小，一般手工研磨不大于 10 μm ，而机械研磨也得小于 15 μm 。

（ 4 ）研磨压强

研磨时所采用的压强，在手工研磨时主要靠操作者的感觉来确定；采用机械研磨时，可用 0.01 ～ 0.03MPa 。若分粗、精研，则粗研时用 0.1 ～ 0.3MPa ，精研时用 0.01 ～ 0.1MPa 。

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