在工廠中長期的使用經(jīng)驗與驗證為依據(jù)，對標準鉸刀結(jié)構(gòu)上存在的問題提出了改進意見，同時還對鉸刀如何合理使用的問題作了分析與介紹。
在機械加工中，孔加工約占加工總量的1/3。而鉸孔是普遍應用的一種精加工和半精加工孔的方法，加工孔徑通常在Φ1~Φ100mm之間，尺寸精度一般可達H9~H7級（甚至H6級），加工表面粗糙度為Ra1.6~0.2μm。鉸孔用的刀具，目前生產(chǎn)上仍以標準的多齒鉸刀為主。
我們知道，標準鉸刀鉸孔時通常會出現(xiàn)很多問題，例如誤差度、直線度、排屑、讓刀、振動現(xiàn)象、刀具使用壽命低、退刀時產(chǎn)生劃痕等等，由于文章篇幅有限，在此不做詳細列舉。
改進鉸刀的幾何參數(shù)
圖1 鉸削時切削厚度
由于鉸刀主要用于孔的精加工和半精加工，故應將切削層的厚度減薄，并且切削厚度愈小，切削刃參加工作部分長度相應增大，鉸刀切入時的導向性好，刀具壽命也愈高。由圖1可知，鉸削時的切削厚度：
hD=fzsinκr=（f/z）sinκr
上式中，fz為鉸刀每齒進給量，單位mm/z；f為鉸刀每轉(zhuǎn)進給量，單位mm/r；z為鉸刀齒數(shù)；κr為鉸刀上的主偏角。
由此可見，為了提高鉸孔質(zhì)量和刀具的使用壽命，鉸刀上的主偏角κr應取小值為宜 。試驗也表明，κr角愈小，孔的表面粗糙度值Ra也愈小。但通常認為手用鉸刀應采用小的κr角，以使刀具工作時能保持良好的導向并減小軸向進給力，而機用鉸刀的導向和軸向進給力均由機床和夾具來保證，為減少切屑變形，故使用較大的主偏角。目前標準上（見技術(shù)標準出版社出版的“銑刀鉸刀生產(chǎn)圖冊”）推薦的高速鋼機用鉸刀的主偏角為15°，手用鉸刀的主偏角為1°；硬質(zhì)合金鉸刀的主偏角，切鋼時推薦用15°，切削鑄件為3°~5°。但經(jīng)生產(chǎn)驗證，標準上推薦的主偏角數(shù)值，并不完全合適，作者在生產(chǎn)中將硬質(zhì)合金機用鉸刀的主偏角切鋼件時也改為5°，無論是加工量與鉸刀壽命均有明顯提高。對于高速鋼機用鉸刀，減小主偏角也能得到同樣的效果。
圖2 多錐刃鉸刀
多錐刃鉸刀就是根據(jù)上述微量切削原理在普通鉸刀基礎上改進而成的一種鉸刀新結(jié)構(gòu)。它使用了多段錐形切削刃（見圖2），使每段切削刃上的切削厚度大大減薄，故能使鉸孔質(zhì)量高而穩(wěn)定。這種鉸刀的加工精度可達H7~H6級，表面粗糙度為Ra0.8~0.1m，且刀具使用壽命長。該刀具切削部分分為三段：最前端磨出45°偏角，當加工余量小時，它不參加切削，起引導作用；當加工余量大時，用它切去一定余量，起擴孔作用；偏角κr1=5°的錐形切削刃（長度一般為2.5 mm）切去大部分余量，作粗鉸用；κr2=2°（長度2 mm）的錐形切削刃作精鉸用；而隨后的圓柱校準部分則用于熨平精鉸過程中殘留的孔的彈性變形，以減少加工后孔的表面粗糙度。
圖3所示為大螺旋角鉸刀，它具有2~4條大螺旋角（螺旋角β可增大到70°~80°）的左旋刀齒，其前端切削部分上磨出很小主偏角（κr1=1°~1°30’），切削刃很長。這種刀具最大特點是，因利用了斜角切削原理，故切削輕快，并且切下的切屑細薄柔軟，不會劃傷已加工表面。用其加工鑄件和有色金屬上的連續(xù)孔和斷續(xù)孔時，刀具壽命可比標準鉸刀提高0.5~1倍，表面粗糙度為Ra0.8~0.4μm。但這種鉸刀的制造，尤其是刃磨比較困難。
圖3 大螺旋角鉸刀
鉸刀的合理使用
鉸刀的研磨和重磨
標準鉸刀按精度分為三級，分別適用于鉸削H9、H8和H7級精度的孔。工具廠還常供應備有留研磨量（一般為0.01 mm）的鉸刀，經(jīng)研磨后可滿足用戶不同鉸孔精度的要求 ；此外，磨損后的鉸刀通過研磨也可改制成加工其它配合精度的孔。鉸刀的研磨可在車床上用鑄鐵研磨圈沿校準部分刃帶進行，如圖4所示。研磨時，鉸刀裝在兩頂尖間由車床主軸帶動作低速轉(zhuǎn)動，研磨圈沿鉸刀軸線均勻移動。研磨圈上銑有斜槽，由三個螺釘支承在外套內(nèi)。當調(diào)節(jié)螺釘時，可使研磨圈產(chǎn)生彈性收縮而與鉸刀圓柱刃帶輕微接觸。研磨時需加入少量的研磨劑。
圖4 鉸刀的研磨
鉸刀用鈍后只重磨切削部分的后刀面，重磨后要求原后角值不變，表面粗糙度不大于Ra0.4~0.2μm。重磨后還需用油石在切削部分和圓柱校準部分（或倒錐部分）的交接處研磨出0.5~1 mm圓弧過渡刃（倒圓角），要求倒圓角處后刀面上Ra0.2~0.1μm。必須注意，倒圓角時不允許破壞刃口的鋒利性或?qū)⑷锌诘顾?
選擇合理的切削用量
鉸削余量主要根據(jù)工件材料、鉸孔精度和加工表面粗糙度等具體要求確定。余量過小，往往不能把前道工序的加工痕跡去除 ；余量過大，因切削負荷大，容易破壞鉸刀工作的穩(wěn)定性，引起振動，將孔擴大，并使刀具壽命下降。通常粗鉸余量（直徑上的）為0.2~0.6mm ，精鉸余量為0.05~0.2mm 。
鉸削速度和進給量也要選擇恰當，應在保證質(zhì)量的前提下提高加工效率。一般說來，提高鉸削速度和增大進給量，會使鉸孔精度下降，表面粗糙度值增大。試驗表明，當鉸鑄鐵孔時，切削速度由Vc=8 m/min提高到Vc=30 m/min，表面粗糙度值將由Ra0.4μm增大到Ra1.6μm，而鉸鋼件孔時，則由Ra0.8μm增大到Ra3.2μm。并且切削速度提高后，會使鉸刀磨損加劇，容易引起振動。情況嚴重時，甚至使硬質(zhì)合金刃口崩裂。鉸孔時的進給量，鉸削鋼料時常取f=0.05~0.6mm/r ；鉸削鑄鐵時f=0.2~2mm/r 。加工孔的要求高及孔小時應取小值。切削速度可取Vc=3~20m/min ，切鋼時為避免產(chǎn)生積屑瘤，故應選用較小的數(shù)值。
切削液的選用
鉸鋼件孔通常用10﹪~15﹪濃度的乳化液或硫化油；鉸鑄件孔通常用濕潤性較好、粘性較小的煤油。用硬質(zhì)合金鉸刀鉸孔時，也應使用切削液，但此時切削液必須連續(xù)充分地供給，不然容易引起刃口的崩裂。
應注意的是，若用充足的乳化液冷卻時，加工出工件的孔徑尺寸會變小，其縮小程度要大于油類切削液加工時的變小量。原因是乳化液是一種水基切削液，水的導熱性好，故刀具的熱膨脹小；乳化液的潤滑性比油類切削液差，所以刀具對工件的擠壓作用也大，加工后工件的回彈量也就增加，因而孔徑尺寸減小。利用上述規(guī)律，實際生產(chǎn)中就可通過改變切削液的種類和成份來控制實際加工的尺寸，以滿足鉸孔加工精度和質(zhì)量的要求。
切削液一般都用注入式方法供給，但因切削液大部分流失，切削區(qū)得不到充分的冷卻與潤滑，從而影響加工的效果。采用高壓內(nèi)冷卻方式供給切消液，冷卻效果好，但刀具結(jié)構(gòu)稍復雜，可是在生產(chǎn)中并不難實現(xiàn)。目前，隨著刀具制造技術(shù)的進步，國內(nèi)外各刀具公司已推出了各種帶高壓內(nèi)冷卻供液（油）通道孔鉸刀的產(chǎn)品，為采用內(nèi)冷卻法創(chuàng)造了條件。
鉸刀的正確裝夾
鉸刀在機床上的裝夾，有剛性聯(lián)接和浮動聯(lián)接二種方法。采用浮動聯(lián)接時，可以不受機床、刀具、被加工孔間同軸度誤差的影響。但因鉸刀切削量小，所以它無法糾正孔軸線歪斜等位置誤差，因此，對預制孔的精度應有較高要求。
圖5 銷軸式浮動聯(lián)接夾頭
圖5所示是一種銷軸式浮動聯(lián)接夾頭，其夾頭體與套筒、銷軸與套筒之間都保持一定間隙，轉(zhuǎn)矩和軸向力分別由銷軸和墊塊傳遞。當需要調(diào)整鉸削中心偏差時，鉸刀可以在任意方向自動作微量的偏移和歪斜。
對于孔徑較大（Ф30~Φ330 mm）且尺寸精度要求較高（H7~H6）的孔，生產(chǎn)上也常用硬質(zhì)合金可調(diào)節(jié)浮動鉸刀來加工。鉸孔時，將刀具裝入刀桿方孔中，無需夾緊，通過作用在兩側(cè)切削刃上的背向切削力自動平衡定心，從而補償由于刀具的安裝誤差或刀桿偏擺而引起的加工誤差。這種鉸刀切削速度一般為Vc=3~8 m/min；鉸削鋼料時進給量常取f=0.6~1.2 mm/r，鉸削鑄鐵時f=0.8~1.5 mm/r；鉸削余量在0.05~0.10 mm之間。
鉸刀使用時注意事項
（1）鉸削時，鉸刀不可在孔中倒轉(zhuǎn)，以免切削刃損壞或磨鈍。
（2）機鉸時要在鉸刀退出孔后再停車，以免孔壁產(chǎn)生拉痕。鉸通孔時鉸刀校準部分不能全出孔口，以免損傷出口處并使鉸刀難于退出。
（3）鉸孔的尺寸精度，受鉸刀尺寸和表面粗糙度、鉸刀在機床上的裝夾方式、工件材料性質(zhì)和切削液性能等多種因素影響，所以在批量鉸孔前，應先試鉸，以免工件大量報廢。
（4）鉸刀用畢，要刷凈容屑槽中切屑，然后涂油裝入護套內(nèi)，以防切削刃碰傷。
改進鉸刀的結(jié)構(gòu)
硬質(zhì)合金拉鉸刀
圖6所示為硬質(zhì)合金拉鉸刀，它不但適于加工直徑為10~50 mm的通孔，而且能夠加工深孔。這種刀具的刀桿承受拉力，不易彎曲，故鉸出的孔直線度好。由于使用高壓內(nèi)冷卻方式供給切削液，故切削溫度低，刀具使用壽命長，工效高。
圖6 硬質(zhì)合金拉鉸刀
拉鉸刀由刀體、刀片和導向套（或?qū)驂K）組成。這種刀具的特點是將切削與導向兩部分分開，分別由鉸刀上的兩個不同元件來承擔。拉鉸刀按其各工作部分的作用又可分為連接部、導向部和切削部，連接部位上有方牙螺紋，可與刀桿快速相連，工作時刀桿須從工件內(nèi)孔待加工表面中通過，以便與機床夾頭相連，傳遞動力。導向套材料常用白樺木或青鋼木，也可采用尼龍和夾布塑料。鉸刀切削部分幾何參數(shù)與普通硬質(zhì)合金鉸刀相同。切削用量可取：切削速度Vc=40~120 m/min，進給量f=0.08~0.4 mm/r，鉸削余量為0.2~0.8 mm。
加工精度可達H8~H7級，表面粗糙度為Ra1.6~0.4μm 。刀片材料切鑄件時用YG6X、YG8，切鋼時用YT14、YW或YT798。
硬質(zhì)合金彈性導向鉸刀
圖7所示是一種裝有徑向彈性導向條的專用鉸刀，它可提高孔的加工質(zhì)量與鉸刀壽命，并能承受切入時的沖擊，減小孔的擴張量與加工表面粗糙度。這種鉸刀在圓周上配置有導向條1，通過彈性墊片2裝在刀體3的槽內(nèi)，導向條的兩端用法蘭盤4固緊（見圖7中A-A剖面）。
圖7 硬質(zhì)合金彈性導向鉸刀
彈性墊片的寬度b須比刀體槽的寬度小0.4~0.6 mm 。導向條與切削刀齒在圓周上相間排列。直徑25~65 mm的鉸刀（圖7a）可將導向條安裝在與切削刀齒的同一個刃瓣上；直徑更大的鉸刀（圖7b）則可將導向條設置在獨立的刃瓣上。為了提高導向條的耐磨性及強度，導向條可用YG8或 YT5硬質(zhì)合金制造。彈性墊片可用聚氨酯泡沫塑料制作。
這種鉸刀的切削刀齒主要起切削作用，而硬質(zhì)合金的彈性導向條則起導向、支承、擠壓、緩沖和減振作用，故能切出較高精度的孔（孔的尺寸偏差和幾何形狀偏差可比標準硬質(zhì)合金鉸刀減少1/2~1/3），而彈性墊片又可防止刀齒和導向條的崩刃和損壞。
大直徑可換刀片式鉸刀
SECO刀具公司新推出了一款X-Fix可重復定位、高精度、模塊化的大直徑可換刀片式鉸刀。X-Fix鉸刀上的刀片擁有8個切削刃，刀具可以和任何錐度的刀柄連接。與同類型刀具相比，X -Fix鉸刀的齒數(shù)更多，包括了3、5、7、9四種齒數(shù)，可為不同工況提供最優(yōu)化的生產(chǎn)率。不同的直徑范圍對應不同的齒數(shù)，直徑覆蓋范圍從40~155 mm，能獲得IT6級的公差等級（IT8及以下的公差等級無需調(diào)整）。專利的浮動導條減少了刀具的振動，使加工更加穩(wěn)定，且不受長徑比的限制。據(jù)稱，該公司獨創(chuàng)的專利刀夾設計提高了加工的可靠性和穩(wěn)定性，即使發(fā)生撞刀，也只需更換刀夾，最大程度地保護了刀體，大大降低了加工成本。
可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金單刃鉸刀
圖8所示為可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金單刃鉸刀。刀片3通過雙頭螺柱1和壓板4固定在刀體5上，用兩只騾釘6和頂銷7調(diào)節(jié)鉸刀的尺寸，8為刀片軸向限位銷釘，導向塊2焊接在刀體槽內(nèi)。該刀具的最大特點是利用單刃（單齒）切削，兩個導向塊支承和導向，刀片磨損后可轉(zhuǎn)位一次使用，刀體可重復使用。刀具切削部分分為兩段：前端刃長1~2 mm，主偏角為15°~45°的切削刃切除大部分余量；倒角刀尖（刀尖倒角偏角為3°）及圓柱校準部分用作精鉸；兩個導向塊起導向、支承和擠壓作用。導向塊相對刀齒的位置角為45°和180°（或84°和180°）。導向塊尖端相對于切削刃上尖端沿軸向應滯后0.5~1.5 mm，以使導向塊能以已加工孔表面進行導向。導向塊直徑應與刀齒直徑有一差值，以保證有一定擠壓余量。這種鉸刀能獲得很高的尺寸精度和孔形圓直度，尺寸精度可達H8~H7級，鉸出的孔圓度為0.003~0.008 mm，圓柱度為0.005 mm/100 mm ，表面粗糙度可穩(wěn)定在Ra1.6μm以下，個別的可達Ra0.4~0.2μm 。
圖8可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金單刃鉸刀
1—雙頭螺柱 2—導向塊 3—刀片 4—壓板5—刀體 6—調(diào)節(jié)螺釘 7—頂銷 8—限位銷釘
切削時如采用0.3~2.5MPa的壓力供給切削液，還能進行高速鉸孔，切削速度可達80~150 m/min。
電鍍金剛石或CBN鉸刀
電鍍金剛石或電鍍CBN鉸刀，它是以金屬鎳、銅和鈷等作結(jié)合劑，利用電鍍工藝把金剛石或CBN細小磨粒包鑲在一定尺寸和幾何形狀的鉸刀基體表面上，再經(jīng)修磨而制成。這種鉸刀由前導部、工作部、后導部和柄部組成。由于電鍍層薄，磨料顆粒細，所以加工余量不能太大，一般不大于0.03 ~0.05 mm。通常分2~4次鉸削，粗鉸余量為0.01~0.03 mm，半精鉸余量為0.007~0.015 mm；精鉸余量為0.0025~0.005 mm 。因CBN的熱穩(wěn)定性好，與鐵族元素化學惰性大，故適用于加工普通鋼、淬硬鋼、耐熱鋼和鈦合金等材料；而金剛石鉸刀主要用于加工鑄鐵、鋁和銅合金等材料。用這種鉸刀加工出的孔，具有尺寸分散度小、幾何形狀精度高（可達2~1 m）、表面粗糙度值小（Ra﹤0.4~0.1 m）、和刀具壽命長（平均每把鉸刀可加工1~2萬個工件）等特點，目前已廣泛用于液壓元件的主閥孔、機械和精密儀表中各種精密孔的最終加工上。磨粒的粒度，應根據(jù)孔的加工余量和表面粗糙度等要求來選擇。一般粗鉸用80/100~170/200的粒度號，半精鉸用170/200~230/270號粒度， 精鉸用270/325~325/400或MP20~30以粗的微粉。但是細顆粒的鉸刀鍍層薄，牢固度差，鉸刀工作時常出現(xiàn)“咬死”（鉸刀卡住在工件孔中） 現(xiàn)象。因此，目前國內(nèi)外趨向于用粗顆粒的鉸刀來加工高精度和表面粗糙度參數(shù)值小的工件。實踐證明，只要對粗顆粒磨料（磨粒尺寸為70~30μm）鉸刀進行適當修磨（可在外圓磨床上用金剛石砂輪來修磨，用煤油作切削液），使其對工件產(chǎn)生一定的擠壓摩擦和拋光作用，同樣也能獲得表面粗糙度參數(shù)值小的加工表面。鉸刀的結(jié)構(gòu)有固定式和可調(diào)整式兩種（國內(nèi)已有專業(yè)廠生產(chǎn)）。粗鉸和半精鉸時采用可調(diào)整式鉸刀，利用其尺寸的可調(diào)性可適應上道工序加工時孔徑尺寸的變化和保證最后精鉸時的加工余量。精鉸時使用固定式鉸刀，以利用其便于修磨、加工出孔尺寸穩(wěn)定的特點，保證在一定批量的生產(chǎn)條件下產(chǎn)品具有良好的互換性。
用整體燒結(jié)法制作的PCD或CBN鉸刀
德國August Beck公司開發(fā)了用整體燒結(jié)法制作的PCD（聚晶金剛石）或CBN鉸刀。該方法是把PCD或CBN材料直接燒結(jié)在硬質(zhì)合金鉸刀的毛坯上，兩者做成一個整體。因為沒有復合片的硬質(zhì)合金襯底，所以減輕了對刀體強度的削弱程度；此外還省去了刀片的焊接過程，從而避免了焊接面對切削性能的影響。PCD主要用于加工非鐵金屬、纖維增強型合成材料和石墨材料，而CBN則適合于加工鑄件和淬硬鋼等材料。這種新結(jié)構(gòu)的鉸刀用于加工發(fā)動機汽缸蓋、變速箱、泵殼、剎車器和減振器等耐磨零部件時，可采用的切削速度是其它刀具材料（如硬質(zhì)合金）所無法比擬的。