可转位车刀的优点及结构形式

可转位车刀是采用机械夹固的方法，将有合理几何参数的刀片（刀片上压制有几个切削刃）固定在标准的刀体上。这种车刀在使用时不需刃磨（或只需稍加修磨），一个切削刃用钝后，只需把夹紧元件松开，将刀片转过一个角度，即可用另一个新的切削刃继续进行切削。图1-33所示为可转位车刀的两种结构形式，其切削情况如图1-34所示。

可转位车刀可保持刀片原有的金相结构、硬度和其他性能，使刀具的使用寿命大为延长。这种刀具可以采用较大的切削用量，一般在普通机床上使用，其生产率提高了50%以上（特别是在大型、重型、立式车床和镗床上使用时，其切削效率更是成倍地提高）。同时，减少了换刀、磨刀和对刀的辅助工时，从而使机床得到了充分利用。刀片上的断屑槽是由刀片生产厂模压成形的，因此不需花费时间在砂轮上刃磨，其上的断屑槽保证了稳定断屑，降低了工件的表面粗糙度值，并保证了操作者的安全，有利于切屑的处理，减轻了劳动强度。

图1-33 可转位车刀的结构形式

a）形式Ⅰ b）形式Ⅱ

图1-34 可转位车刀的切削情况

a）切削情况Ⅰ b）切削情况Ⅱ

图1-35 可转位车刀刀片的形状

a）正三角形 b）正方形 c）正五角形 d）圆形

另外，由于可转位车刀采用机械夹固方式，其刀体可以多次重复使用，这就节省了大量制造刀体的钢材和工时。有些刀片若磨损不严重，还可再修磨一两次，重新加以利用。

可转位车刀具有很多优点，已在更大范围内得到推广应用，在国内外得到了迅速发展，被公认为刀具结构改革的发展方向。

1.可转位车刀的组成与选择

如图1-33所示，可转位车刀由刀体、刀片、刀垫和夹紧元件（装置）组成。

（1）刀片及其选择 刀片的形状（图1-35）与加工对象、车刀主偏角、刀尖角和有效刃数等有关。一般外圆车削常使用80°等边不等角的六边形（W型）、正方形（S型）和菱形顶角80°（C型）刀片；仿形加工常用菱形顶角55°（D型）、35°（V型）菱形和圆形（R型）刀片；90°主偏角常用正三角形（T型）刀片。可转位刀片的形状及代号见表1-2。

表1-2 可转位刀片的形状及代号

图1-36 可转位平刀刀片形状与刀尖强度、切削振动关系示意图

1）刀片外形的选择。不同的刀片形状有不同的刀尖强度，一般来说，刀尖角越大，刀尖强度越大，反之亦然。圆形（R型）刀片的刀尖角最大，菱形顶角35°（V型）刀片的刀尖角最小，但在切削时不易产生振动（图1-36）。选用刀片时，应根据加工条件恶劣与否，按重、中、轻切削有针对性地进行选择。在车床刚性、功率允许的条件下，大余量、粗加工时应选用刀尖角较大的刀片；反之，车床刚性和功率小的小余量、精加工，宜选用刀尖角较小的刀片。

从切削力方面考虑，刀片刀尖角越大，车削中的切削阻力及其对工件的径向分力越大，越易引起切削振动。所以，正三角形刀片最能减小径向切削力。

从加工时的散热情况来看，刀尖角越大，其散热性能越强，刀具使用寿命越长，被加工表面也越光洁。

2）刀片后角的选择。后角是指可转位车刀主切削刃的法向后角，分别以3°、5°、7°、15°、20°、25°、30°、0°、11°为标准值，见表1-3。

表1-3 可转位车刀刀片后角及其代号

可转位车刀后角的选择原则是：一般粗加工和半精加工时用N型；半精加工、精加工时用C型、P型，也可用带断屑槽的N型刀片；加工铸铁、硬钢时用N型；加工不锈钢时用C型、P型；加工铝合金时用P型、E型等；加工弹性好的材料时宜选用较大的后角；车孔时选用C型、P型，大尺寸孔可选用N型。

3）刀片刀尖圆弧半径的选择。可转位车刀的刀片与普通形式的刀片一样，在主切削刃和副切削刃连接处形成刀尖，为增强这部分，就将刀尖倒圆，其公称半径称刀尖圆弧半径r。刀尖圆弧半径大，刀片强度就大；但r过大会使切削力增大，易引起振动。一般来说，小的r用于背吃刀量小的精加工、细长轴加工及车床刚性差的场合；大的r用于需要切削刃强度大的黑皮切削、断续切削、大直径工件粗加工与车床刚性好时的加工。

刀尖圆弧半径不仅影响切削效率，而且关系到被加工表面的表面粗糙度及精度。从刀尖圆弧半径与最大进给量的关系来看，最大进给量不应超过刀尖圆弧半径尺寸的80%，否则将恶化切削条件，甚至出现螺纹状表面和打刀等问题。因此，刀尖圆弧半径应等于或大于工件车削时最大进给量的1.25倍。当刀尖角小于90°时，允许的最大进给量应下降。

刀尖圆弧半径还与断屑的可靠性有关。为保证断屑，切削余量和进给量有一个最小值，当刀尖圆弧半径减小时，所得到的这两个最小值也相应减小。因此，从断屑可靠角度出发，通常对于小余量、小进给量加工，应采用小的刀尖圆弧半径；反之宜采用较大的刀尖圆弧半径。

实际加工中，当被加工工件的表面粗糙度和进给量设定后，就可以选择相应的刀尖圆弧半径r，具体数值见表1-4。

表1-4 可转位车刀刀尖圆弧半径r、进给量f、表面粗糙度Ra对应表

4）刀片断屑槽槽形的选择。硬质合金刀片断屑槽槽形分为两大类，一类是国家标准（GB/T 2076—2007）所推荐的槽形；一类是通过引进吸收，并经开发后生产的槽形。前一类在普通机床上常采用，后一类在我国两大硬质合金厂的产品样本中推荐了相应的适用范围。

可转位车刀刀片断屑槽的基本槽形按加工类型分为精加工（代号F）、普通加工（代号M）和粗加工（代号R）三类，按加工材料有钢（P类）、不锈钢、合金钢（M类）和铸铁（K类）四类。这两种情况组合在一起就形成了相应的槽形，如PF是指用于钢精加工的槽形，KM是用于铸铁普通加工的槽形。

5）刀片精度等级的选择。可转位车刀刀片的偏差等级分为A、F、C、H、E、G、J、K、L、M、N、U数种，见表1-5。其中M级是最常用的，也是较经济的，应优先用；A～J级刀片经过研磨后，精度较好。

表1-5 可转位车刀刀片的偏差等级及其允许偏差

（续）

①通常用于具有修光刃的可转位刀片。

②允许偏差取决于刀片尺寸的大小，每种刀片尺寸的允许偏差应按其相应的尺寸标准表示。

车削时常用等级为G、M和U。一般情况下，精加工选用高精度的G级刀片，非铁金属材料的精加工和半精加工宜选用G级刀片，淬硬（45HRC以上）钢的精加工也可选用G级刀片；重负荷粗加工选用M级刀片，一般性粗加工选用U级刀片。

6）刀片有效长度的选择。实际切削时，不可能用到刀片的全长，而是用到其有效长度。确定有效长度时应考虑主偏角κ_r与背吃刀量a_p的大小，见表1-6。

表1-6 可转位刀片的有效长度 （单位：mm）

可转位刀片的有效长度与刀片形状和断屑槽有效利用长度等也有关。图1-37所示为不同形状刀片在主偏角为90°粗加工时的有效长度。若背吃刀量超过此值，则应选择更大尺寸的刀片。

（2）刀体和刀垫及其选择 刀体的基本尺寸有刀尖高度、刀杆宽度和长度。在标准尺寸系列中，这些尺寸都是相对应的，所以选择时应与所使用的车床相匹配，使车刀装在卧式车床刀架上的刀尖位置处于与车床主轴中心线等高的位置。若略低一点，可以加垫片进行调整（但对于数控机床，原则上不得加垫片）。刀体的长度应考虑到需要的悬伸量，悬伸量应尽可能小些，车孔刀体还要考虑加工时的最小孔径等。

刀体头部形式按可转位车刀主偏角和直头、偏头分为15～18种，各形式规定了相应的代号（国家标准和刀具样本中都一一列出，可以根据实际情况进行选择）。有直角台阶的工件，可选择主偏角大于或等于90°的刀体（图1-38）；一般粗车可选主偏角45°～75°，同时要考虑主偏角对车刀有效长度的影响。工艺系统刚性好时可选较小的主偏角，工艺系统刚性差时可选较大的主偏角。

图1-37 不同形状可转位刀片的有效长度

可转位车刀刀体上刀槽的角度根据所选刀片的参数来设计和制造。刀体材料一般选用45钢，硬度为35～40HRC。在刀体上使用刀垫的目的是保护刀体，延长刀体的使用寿命，并防止出现打刀情况时损坏刀体。刀垫的主要尺寸按相应的刀片尺寸设计，材料可选用GCr15和45钢等。(www.xing528.com)

（3）刀片夹紧方式的选择 在国家标准中，夹紧方式有上压夹紧（代码为C）、上压与销孔双重夹紧（代码为M）、销孔夹紧（代码为P）、螺钉夹紧（代码为S）和牢固夹紧（代码为D），如图1-39所示，但这仍不可能包括可转位车刀刀片的所有夹紧方式。例如，代号P表示用刀片的中心圆柱销孔夹紧，而夹紧方式有杠杆式和偏心式等。

图1-38 可转位车刀刀体的选择

图1-39 可转位刀片的夹紧方式

a）上压夹紧（C） b）上压与销孔双重夹紧（M） c）销孔夹紧（P） d）螺钉夹紧（S） e）牢固夹紧（D）

各夹紧方式适用于不同形式的刀片，则选择可转位刀片时要注意识别刀片有孔还是无孔，是双面有孔有倒角、还是单面有孔有倒角。例如：N代表无孔无断屑槽；R和F也为无孔，但前者有单面断屑槽，后者有双面断屑槽。无孔刀片常采用上压夹紧（C型），如用压板夹固，陶瓷、立方氮化硼刀片等常用此夹紧方式。有孔刀片可用螺钉或孔内杠杆等夹固。D型和M型夹紧可靠，适用于切削力较大的场合，如加工条件恶劣、钢的粗加工、铸铁等短屑加工等。P型前刀面开放，有利于排屑，一般中、轻切削可选用。S型结构简单紧凑，无阻排屑，是沉孔刀片的常用夹紧方式，可用正前刀面刀片，适合于轻切削和小孔加工等。

可转位车刀的夹紧形式必须满足以下要求：调整刀片方便，夹紧可靠，遇到较大切削力冲击和振动时也不会松动；定位精度高，夹紧力能把刀片推到定位面上；在遇到较大切削力情况下仍能保持定位精度；便于观察切削情况；切削中，切屑不会划坏夹紧装置等。

可转位车刀刀片的夹紧形式有许多种，除了图1-33所示形式外，还有表1-7中所列形式，供选用。

表1-7 可转位车刀刀片的夹紧形式

安装可转位车刀刀片时，一定要注意使刀片底面与刀体上刀槽（图1-40）的定位支承面接触好，若两者之间有间隙或凸凹不平，则在切削力的作用下，刀片有可能由于受力不均而碎裂。

2.常用可转位车刀

熟悉了可转位车刀刀片、刀体和刀垫的选择方法，掌握了刀片在刀体上的夹紧形式，就可以将这些应用到可转位车刀的具体实践上了。

（1）凸轮杠销式可转位车刀 如图1-41所示，拧紧螺母时，杠销上的R2.5mm圆弧斜面沿着刀体上的R2.5mm圆弧槽向下移动，杠销带动刀片，迫使其靠向刀体定位面，从而压紧刀片。这种结构对于正方形、五角形刀片同样适用。它的螺母用45钢制造，淬硬；杠销材料为40Cr，淬硬43～48HRC。刀槽底面与侧定位面之间的夹角必须小于90°，以免夹紧后刀片底面脱空而造成打刀。

图1-40 可转位车刀刀体和刀槽

1—刀垫 2—刀体 3—螺钉

图1-41 凸轮杠销式可转位车刀

a）车刀结构 b）杠销各部尺寸

1—刀体 2—杠销 3—刀垫 4—刀片 5—垫圈 6—螺母

（2）60°可转位断续切削车刀 该车刀适合加工表面上有筋、孔、槽的工件。断续切削时，车床系统容易受到冲击，会造成车床精度下降、车刀磨损加剧或崩刀和加工质量恶化。采用该可转位断续切削车刀，则可避免上述情况。

可转位断续切削车刀的结构如图1-42所示。刀片插在刀体中，用压板和内六角圆柱头螺钉紧固。由于采用机夹结构，避免了刀片因焊接高温而产生裂纹，同时增加了刀片厚度，提高了抗冲击性能。刀片可通过垫片来调整刀面与工件的中心位置。

该车刀的几何角度是：主偏角为60°，能改善刀片抗冲击能力和切削刃的耐磨性；刃倾角为-45°，能改变刀片受冲击位置，提高刀尖寿命；由于刃倾角增大，为45°前角创造了条件，形成了切削刃斜切削，切屑呈银白色；主后角为6°，副偏角为10°，主切削刃上有-45°的倒角，可以提高车刀强度。

（3）可转位车孔刀 图1-43所示为上压式车通孔用可转位车孔刀，拧紧内六角圆柱头螺钉（夹紧元件）即可将刀片压紧，更换刀片也非常方便。

（4）可转位外螺纹车刀 图1-44所示为可转位外螺纹车刀，刀头上有两个副切削刃1和2，可以修光车削螺纹时外圆上产生的毛刺。

图1-45所示是竖直式可转位螺纹车刀，其结构特点是刀片以孔定位，保证了刀尖位置的准确性。

（5）可转位内螺纹车刀 图1-46所示是可转位内螺纹车刀，其结构紧凑，刀片夹紧可靠且刚性较好。使用时，当刀片的一个切削刃用钝后，可将刀片转位换成一个新切削刃；待三个切削刃全部磨钝后，还可重磨后继续使用，从而保证被加工工件尺寸，并可减少调刀时间。

图1-42 60°可转位断续切削车刀

1—刀体 2—压板 3—刀片 4—垫层 5—螺钉

图1-43 可转位车孔刀

1—刀体 2—夹紧元件 3—刀垫 4—刀片

图1-44 可转位外螺纹车刀及其加工情况

a）可转位外螺纹车刀 b）车削螺纹情况

1、2—副切削刃

图1-45 竖直式可转位外螺纹车刀

该车刀刀体用45钢制作，热处理硬度为35～40HRC，其尺寸等各部要求如图1-47所示。

使用该内螺纹车刀时，应注意保证刀尖高于工件中心0.3～0.5mm；压板与刀槽应保证一定的配合间隙，以使压板在槽中滑动灵活；刀片必须刃磨平直，与刀体底面接触良好，以防止切削时产生振动。可转位内螺纹车刀刀片如图1-47所示，其刀体如图1-48所示。

可转位车刀具有许多优良特性，使生产率得到了大幅度提高，取得了良好的社会效益和经济效益。但这类刀具在使用过程中也表现出了一些不足，例如，硬质合金刀片消耗量大，因为该刀具用钝后一般不可重磨，几何参数和尺寸只能作微量调整，或由于结构设计而无法调整，因而刀片利用率很低。另外，由于刀片消耗量大，为适应不同切削条件，刀柄类型较多，因而刀具成本较高。这些问题都有待进一步克服和解决。

图1-46 可转位内螺纹车刀

1—刀柄 2—定位销 3—压板 4—螺钉 5—刀片

图1-47 可转位内螺纹车刀刀片

图1-48 可转位内螺纹车刀刀体