数控车刀刀片的选择

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车刀刀片的选择

车刀刀片的选择与刀具材料的选择同样重要，需要考虑到加工工序、工件材质、切削条件等。选择最佳刀片可以提高加工效率、降低加工成本。

（1）刀片材质的选择。常见刀片材料有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等，其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。选择刀片材质的主要依据是被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷的大小，以及切削过程有无冲击和振动等。

数控可转位车刀刀片常采用涂层刀片。高品质的刀具制造厂商会以材料应用表的方式，说明哪种涂层刀片可以用在哪些类别的加工中，适用于加工什么样的材料，是属于推荐使用等级，还是可以作为后备方案的一般等级等。

图2-2-5所示为材料应用表及其解读的示例。

在图2-2-5中，表格第一个区域是厂商的牌号，这部分是各个厂商按照自己的命名规则编写的，这里不多作解释。

第二个区域是国际标准化组织（ISO）（国际标准为ISO 513：2012；我国现行标准为GB/T 2075—2007，等效采用了2004版的国际标准）制定的关于切削材料的用途代号。前面两个大写字母代表刀具材料所属的类别，如上面各个材料前面的HC就代表涂层硬质合金；后面用短横线分开后的第一个字母，代表其用途（即被加工材料类别）。注意，短横线之前的材料是刀具材料（切削材料），短横线后面的材料是工件材料（被切削材料）。被加工材料主要分为6类，其标记色和用途见表2-2-2。

[size=0.9em]图2-2-5 材料应用表及其解读的示例

[size=0.9em]表2-2-2 被加工材料标记色和用途

第三个区域是加工对象标示区，标明其适合的主要类别及适用程度。如WSM 20作为ISO代码HC-M20主要应用于不锈钢加工，作为HC-S20主要应用于难加工材料，也作为HC-P20应用于钢材，但加工钢材只是备用，而不是推荐。

第四个区域是应用范围标示区。它中间有一个屋形区域，高处的屋顶尖所指的位置就是其典型的应用。如WSM 20作为HC-M20的典型应用就是M20，而推荐的应用范围是M10～M30。注意，这个范围标示的屋形不一定是对称的，有些可能偏向一边，不能想当然地认为它的图形是两侧对称的。这一部分的上方有一串数字，这是ISO标准对该材料性能的一个非定量的描述。ISO标准规定从01（代表最高的耐磨性也就是最高硬度）到50（代表最高的韧性）分成不同等级，每个材料类别都类似。ISO标准中这个值的主系列是01、10、20、30、40、50，并规定可在主系列相邻的数字间插一个数字来表示中间的值，于是，出现了05、15、25、35、45这样的值。因此，就出现了如K10、M20、S35、P40这样一些代号。由于ISO标准中这部分材料分类本身比较粗，如HC涂层硬质合金的基体既包含了一般颗粒的钨基硬质合金（粒度≥1 μm），也包含了细颗粒的钨基硬质合金（粒度＜1 μm），甚至还包含了钛基硬质合金（即金属陶瓷）。涂层也未明确用了哪种或哪些涂层工艺，涂了什么材料，涂了几层，厚度是多少等。一个类别里材料很多，使得材料之间的可比性不是很强，大部分只能在同一个生产厂商、同一个时期的这类代号中作比较。

（2）刀片形状的选择。刀片形状主要依据被加工零件的表面形状、切削方法、刀具寿命和刀片的转位次数等因素选择。常见可转位车刀刀片形状及角度如图2-2-6所示。一般外圆车削常用60°凸三边形（T型）、90°四方形（S型）和80°菱形（C型）刀片。仿形加工常用55°（D型）、35°（V型）菱形和圆形（R型）刀片。不同的刀片形状有不同的刀尖强度，一般刀尖角越大，刀尖强度越大，反之则相反。圆形刀片（R型）刀尖角最大，35°菱形刀片（V型）刀尖角最小。在选用时，应根据加工条件恶劣与否，按重、中、轻切削有针对性地选择。在机床刚性、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，在机床刚性和功率较小时，小余量、精加工时宜选用较小刀尖角的刀片。

[size=0.9em]图2-2-6 常见可转位车刀刀片形状及角度

（3）刀片尺寸的选择。刀片尺寸的大小取决于必要的有效切削刃长度L。有效切削刃长度与背吃刀量ap和车刀的主偏角kr有关（见图2-2-7），使用时可查阅有关刀具手册选取。

（4）刀片后角的选择。常用的刀片后角有N（0°）、B（5°）、C（7°）、P（11°）、E（20°）等，如图2-2-8所示。一般粗加工、半精加工可用N型；半精加工、精加工可用C、P型，也可用带断屑槽型的N型刀片；加工铸铁、硬钢可用N型；加工不锈钢可用C、P型；加工铝合金可用P、E型；加工弹性恢复性好的材料可选用较大一些的后角；一般孔加工刀片可选用C、P型，大尺寸可选用N型。

[size=0.9em]图2-2-7 切削刃长度、背吃刀量与主偏角的关系

[size=0.9em]图2-2-8 刀片后角

（5）刀尖圆弧半径的选择。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粗糙度及加工精度。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。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，从断屑可靠性出发，通常对于小余量、小进给车削加工，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。

① 粗加工时选择刀尖圆弧半径的注意点如下。

a.为提高刀刃强度，应尽可能选取大刀尖半径的刀片，大刀尖半径可允许大进给。

b.在有振动倾向时，则选择较小的刀尖半径，常用刀尖半径为1.2～1.6 mm。

c.粗车时进给量不能超过表2-2-3给出的最大进给量，作为经验法则，一般进给量可取为刀尖圆弧半径的一半。

[size=0.9em]表2-2-3 不同刀尖圆弧半径时最大进给量

② 精加工时选择刀尖圆弧半径的注意点如下。

a.精加工的表面质量不仅受刀尖圆弧半径和进给量的影响，而且受工件装夹稳定性、夹具和机床整体条件等因素的影响。

b.在有振动倾向时，应选较小的刀尖半径。

c.非涂层刀片比涂层刀片加工的表面质量高。

（6）刀片断屑槽型的选择。

断屑槽的参数直接影响着切屑的卷曲和折断，目前，刀片的断屑槽型式较多，各种断屑槽刀片使用情况不尽相同。槽型根据加工类型和加工对象的材料特性来确定，各供应商的表示方法不一样，但思路基本一样：基本槽型按加工类型有精加工（代码F）、普通加工（代码M）和粗加工（代码R）；加工材料按国际标准有加工钢的P类，加工不锈钢、合金类的M类和加工铸铁的K类。这两种情况一组合就有了相应的槽型，如FP指用于钢的精加工槽型、MK指用于铸铁普通加工的槽型等。如果加工向两个方向扩展，如超精加工和重型粗加工，且材料也扩展，如耐热合金、铝合金等，就有了超精加工、重型粗加工和加工耐热合金、铝合金等补充槽型，选择时可查阅具体的产品样本。一般可根据工件材料和加工的条件选择合适的断屑槽型和参数，当断屑槽型和参数确定后，主要靠进给量的改变来控制断屑。

3.刀片紧固方式的选择

在国家标准中，刀片紧固方式有4种，如图2-2-9所示。上压式（代码为C）为正前角安装、上压板压紧固定，适于无孔刀片；上压与销孔夹紧式（代码M）为负前角安装、有孔刀片的压板和螺钉复合锁紧固定；销孔夹紧式（代码P）为负前角安装、有孔刀片的螺钉锁紧固定；螺钉夹紧式（代码S）为正前角安装、有孔刀片的螺钉锁紧固定。但这4种方式仍没有包括可转位车刀所有的紧固方式，而且各刀具商所提供的产品并不一定包括了所有的紧固方式。因此，选用时要查阅产品样本。

[size=0.9em]图2-2-9 刀片紧固方式

4.刀片安装和转换时应注意的问题

（1）转位和更换刀片时应清理刀片、刀垫和刀杆各接触面，应保证接触面无铁屑和杂物，表面有凸起点应修平，已用过的刃口应转向切屑流向的定位面。

（2）转位刀片时应使其稳当地靠向定位面，夹紧时用力适当，不宜过大。

（3）夹紧时，有些结构的车刀需用手按住刀片，使刀片贴紧底面（如偏心式结构）。

（4）夹紧的刀片、刀垫和刀杆三者的接触面应贴合、无缝隙，要注意刀尖部位的良好贴合，刀垫更不得有松动。

5.刀杆安装时应注意的问题

（1）车刀安装时其底面应清洁无黏附物。如果内侧和外侧面也须作安装的定位面，则也应擦净。

（2）若使用垫片调整刀尖高度，垫片应平直，最多不能超过3块。

（3）刀杆伸出长度在满足加工要求下应尽可能短，一般伸出长度是刀杆高度的1.5倍。如确要伸出较长才能满足加工需要，也不能超过刀杆高度的3倍。

[size=1.2em]三、数控车刀使用中常见问题分析

数控车刀使用中常见的问题、产生原因、预防和解决方法见表2-2-4。

[size=0.9em]表2-2-4 数控车刀使用中常见的问题、产生原因、预防和解决方法