可转位刀片的转位精度

2006-04-22 21:47:08

对于可转位硬质合金刀片来说，高精度转位通常只在中等精度加工时才需要，这听上去
似乎有些矛盾。（本文中，转位精度定义为将刀片换到一新的切削刃后测得的精度。）

产生这种矛盾的原因很简单，因为刀片之外有很多因素影响加工精度，所以精确转位对
极严格公差的加工是无甚意义的。也就是说，假如加工公差非常紧，以致每次对片转位后都
必须作调整的话，则使用普通刀片更为合算。

另一方面，假如加工公差非常宽，刀片精度对其影响不大，则使用精密刀片就不值得。

只有一个例外，即把工件粗加工至下公差尺寸时（由于下面工序的需要），须采用精密
刀片，以免切出尺寸过小而造成报废。

影响可转位精度的因素有许多，包括直接与刀片有关和与刀片无关的因素。

一、刀杆的磨损或损坏

刀杆的问题很容易使刀片失去精度。假如刀片槽因磨损而变大或产生任何形式的变形，
则转位后的刀片位置会有较大的差别。

二、刀杆的式样

不同的刀杆其主偏角也不同，这也能影响转位精度。

图1中刀杆A为90°主偏角，与刀杆D相比，转位精度易受刀片误差的影响。当然这种差
别是很小的，但与其他误差累积起来也会变得很可观。
图1

图2
图3

三、刀槽角

刀杆上的刀片槽也有其公差范围。三角形刀片的刀槽角通常为60°_-1°，而正方形刀片则为90°^-1°，这个公差范围已被证明对于限制刀片的走动是最恰当的。从对转位精度的影响来看，刀槽角小一度比大一度要好，可参见图2。

左图的刀槽角为+1°，刀片会以其后刀尖为转轴而走动，便得切削刀尖产生大于-1°刀
槽角时的移动（右图）。后者的刀片只在其后端摆动，移动只围绕靠近中心的一点进行，切
削刀尖则很少转动。当主偏角变大时（由于刀杆式样不一），因刀片槽内的转动而产生的影
响也将变大。‘

四、热膨胀

钢质刀杆和硬质含金刀片均会受热膨胀，典型牌号的平直碳化钨其线膨胀系数为2.66×
10^-6in/in°F（注：1°F＝0.556K）。不使用冷却液时，通常的工作温度达 750°F。在室温
下，所选三角刀片的高度为0.19in。
因此有： 750°F
－72°F（室温）
678°F温升

及2.66×10^-6in×678×0.719＝0.0013in.伸长量（0.033mm）

假如刀片置于车床刀杆上形成60°主偏角，则当刀片温升至750°F时，工件直径将比切
削开始时减少0.0026in．（0.066mm）。

钢质刀杆线膨胀系数大约2倍于碳化钨，热膨胀效果仅产生于从刀片到第一个刀杆夹紧
螺栓之间的部分。刀杆温升不像刀片那么大，但是刀杆的热膨胀对工作尺寸变化亦有较大
影响。

五、刚性

机床刚性好坏是一个难以评估，更难以预计的因素。刀片、刀杆、刀架、工件和机床都
有“让位”现象，从而使整个系统成为弹性体。

要不是因为刀具有磨损现象，一般不要考虑这种弹位变形。但是随着刀具的磨损、切削
力就会增加，假如工件是细长袖，增大的切削力会使工件产生偏斜，从而使其直径变大。

根据系统的刚性和公差要求，这一因素造成的后果可能重要，也可能不重要。然而，这
是一个完全不受刀片精度影响的因素。

六、脏物和切屑

影响转让精度最重要的因素可能与刀杆或刀片的质量都没什么关系。在加工时，赃物和
切屑总是存在的，转位时它们会送到刀片下面。它们所造成的麻烦与清理刀片槽的难易程度
成正比，与机床操作者的注意程度成反比。

操作者可能认为他清理刀片槽很仔细，但还是很容易在刀片后面留下0.001或0.002in的
灰尘或细切屑。这会使刀片相对工件前进了一定量，意味着在车削时有0.002～0.004in的直
径减小量。复杂的刀杆难以清理，更使这种状况恶化。

七、刀片误差

刀片必须按公差制造，所选公差须具经济可行性。若要使公差减小，成本会增加很多。
制造厂家通常在成本不致过高的基础上尽可能地用较严的公差。

三角形刀片的尺寸和公差根据内切圆直径来分类，正方刀片则按对边之间的尺寸和公差
来分类，这是几种测量方式中最具可操作性的。按内切圆公差来分类并不表示它可反映对片
的可转位精度，因为其他的刀片尺寸公差在最终精度里也起着重要作用。
A B C 图4

八、内切圆误差

理想的三角刀片是一个顶点为圆弧形的完全等边三角形。然而内切圆的尺寸并不能表明
此三角形是否完全等边，因为一个圆能和任意三角形内切。

四方刀片应是完全正方形，但是侧面之间的尺寸并不能表示出此正方形是否完美，因为
等边的平行四边形其对边尺寸也相等。

精制的刀片有很高的几何精度，但少量的差异也是不可避免的。

九、刀尖变动

刀片的刀尖必须由尺寸一致的圆弧构成，这些圆弧应精确定位，并精确地与刀片各边相
切，见图4A。

如果对称性差，可能会导致某些误差；

刀尖圆弧太突出或大缩入（图4B）。

刀尖圆弧可能偏左或偏右（图4C）。

十、刀片与刀座厚度

这—点对转位误差的作用不是太大，因为它通过一个角度来产生影响。刀座厚度一般可
不考虑，因为在刀杆整个使用寿命期间，更换刀座的次数是很少的。

图5表明一块下偏差的刀片被一块上偏差的刀片替换后所产生的变化。刀片顶部的高度
增加0.010in，用6°负前角在中心部位切削时刀片对工件的有效进给增加了0.001in。如果刀
具为正前角，若把最薄刀片换成最厚，切削深度会减少，如图中所示。

图5
图6

十一、时间的影响

图6表明一些主要因素对加工尺寸的影响随切削时间的增加而增加，总效果通常是累加
的。“人为”因素包括如转位时未能将刀座清理干净，置放刀片时走动等。有些因素如刀片
公差在切削时为常量，但切削刃的磨损、切削力的增加则随切削时间的增加而变大。

结束语

不可能建立一个万能公式，用以精确得知何时该使用精密刀片，每一种加工都必须根据
各自的特点来加以考虑。但是，这是一个值得研究并会得到回报的领域。