0 引言

　　機(jī)床刀具及工具系統(tǒng)的發(fā)展動(dòng)向，不僅僅表現(xiàn)出琳瑯滿目的新產(chǎn)品和新結(jié)構(gòu)，也反映了世界先進(jìn)制造技術(shù)與裝備的新發(fā)展。目前，新型刀具結(jié)構(gòu)、新的刀具牌號(hào)、刀具表面涂層技術(shù)和裝備、工具系統(tǒng)及刀具裝夾技術(shù)等，代表了刀具技術(shù)發(fā)展的先進(jìn)水平和切削技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

　　國(guó)際著名刀具制造商美國(guó)萬(wàn)耐特(Valenite)、瑞士斯特拉姆(STELLRAM)、英國(guó)多馬(DORMER)、瑞典山特維克(SANDVIK)、德國(guó)雄克(Schunk)、德國(guó)Prototyp、德國(guó)WIDIA、美國(guó)肯納(KENNAMETAL)等以及我國(guó)知名刀具商在目前切削技術(shù)發(fā)展的新時(shí)期紛紛亮出自己的先進(jìn)產(chǎn)品，從中我們可以看到其獨(dú)特之處。

1 新型刀具結(jié)構(gòu)推動(dòng)高效切削發(fā)展

　　現(xiàn)代高效刀具作為數(shù)字化制造系統(tǒng)的最終執(zhí)行部件，在加工中發(fā)揮著“臨門一腳”的關(guān)鍵作用。高轉(zhuǎn)速、高金屬切除率和高性價(jià)比是對(duì)高效刀具的描述，這種刀具與傳統(tǒng)刀具相比能夠極大地提高加工效率。高性能包括減振、壽命更長(zhǎng)、排屑好、加工表面質(zhì)量高、穩(wěn)定性好、加工硬度高等。

　　采用高效切削，實(shí)際上可通過(guò)使用高品質(zhì)刀具和工藝的改革等方法來(lái)提高加工效率。然而使用高品質(zhì)刀具和工藝的改革等，又依賴于刀具結(jié)構(gòu)的改良和工藝的改進(jìn)。

　　1.1 方肩銑刀

　　方肩銑削是使用主偏角為90。的銑刀進(jìn)行銑削加工。有了方肩銑，使得不同的銑削應(yīng)用場(chǎng)合都采用一種通用加工方案成為可能，這種應(yīng)用場(chǎng)合包括輪廓銑、斜坡銑、圓周插補(bǔ)銑、螺旋插補(bǔ)銑、擺線銑、仿形銑、插銑和銑槽。

　　山高公司(SEC0)推出的Square6三角形刀片的獨(dú)特方肩銑刀見(jiàn)圖1，每個(gè)刀片有6個(gè)切削刃，可以進(jìn)行2×3次轉(zhuǎn)位。Square 6具備3種不同刀片幾何角度和3種不同的齒距，使其能在廣泛的材料加工工況下都能提供同樣的高性能。3種刀片幾何角度各有2種不同的刀尖圓角半徑，不僅可以提高其可靠性，還能夠根據(jù)零件所需的圓弧半徑靈活地選擇最合適的刀片。相同的直徑，3種不同的齒距，適合各種加工。只需一次加工就可實(shí)現(xiàn)真正的90°方肩，減少刀具數(shù)量和換刀次數(shù)，從而節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間與資金。而帶鍍層的刀體具有更長(zhǎng)的使用壽命。預(yù)硬的刀體和周邊精磨的刀片具有更好的精度，可提高所加工零件的精確度與公差，其可靠性更高。刀片上的修光刃能夠獲得更好的表面粗糙度，而高強(qiáng)度的中心鎖緊螺釘能夠牢固地鎖緊刀片。

1.2三齒機(jī)夾球頭銑刀

　　萬(wàn)耐特(Valenite)推出的全球首創(chuàng)的三齒機(jī)夾球頭銑刀見(jiàn)圖2，在每齒進(jìn)給量不變的情況下，將進(jìn)給速度提高了50％，從而將加工效率提高了33％。此項(xiàng)創(chuàng)新是曲面加工的一項(xiàng)革命性突破。V420專利的SideLokTM(側(cè)固式刀片鎖緊)技術(shù)使更換刀片更加迅速，更易操作，大大減少了換刀時(shí)間，也就意味著減少了機(jī)床的停機(jī)時(shí)間，從而進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率。

1.3 孔加工刀具

　　在孔加工刀具中，有鉆頭結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、材料創(chuàng)新等，其加工范圍增大，性能好。

　　比如肯納(KENNAMETAL)的新產(chǎn)品Y—TECH。M鉆頭(見(jiàn)圖3)，其獨(dú)特的幾何形狀設(shè)計(jì)適用于在雙相不銹鋼合金、鎳基合金Inconel以及其他難加工材料上加工高質(zhì)量的孔。Y—TECH鉆頭有3條刃帶，排屑槽之間的距離為不等分設(shè)計(jì)；而傳統(tǒng)的2刃鉆頭有2條刃帶，為對(duì)稱設(shè)計(jì)，鉆頭在切人工件時(shí)易產(chǎn)生偏擺。而Y—TECH非對(duì)稱設(shè)計(jì)能幫助鉆頭在整個(gè)孔的鉆削過(guò)程中始終保持穩(wěn)定的直徑．消除偏擺，提高孔的質(zhì)量，而且能顯著降低刀具磨損程度，延長(zhǎng)刀具壽命。

此外，多馬(DORMER)公司推出的整體硬質(zhì)合金鉆CDX—AL，切屑相對(duì)較小，排屑性能好，其加工覆蓋全部鋁材范圍，這樣可減少刀具庫(kù)存，降低成本。

2 刀具表面涂層技術(shù)推動(dòng)刀具新牌號(hào)的開發(fā)

　　涂層對(duì)刀具新牌號(hào)的開發(fā)起著重要的作用。在硬質(zhì)合金和金屬陶瓷刀具上涂覆陶瓷涂層，可以提高它們的耐磨損性能。

　　日本住友電工采用新開發(fā)的強(qiáng)韌CBN母材和特殊陶瓷的絕妙組合，實(shí)現(xiàn)了迄今為止最高的CBN刀具長(zhǎng)壽命，并提高了加工精度，同時(shí)也大幅度擴(kuò)展了CBN刀具在淬火鋼加工領(lǐng)域的適用范圍。此外，配合兩面多角一次性刀片，其經(jīng)濟(jì)性得以大幅提升，應(yīng)用于淬火鋼的加工，可輕松實(shí)現(xiàn)低成本。

　　此外，住友還通過(guò)自主新開發(fā)的CVD流程(超級(jí)FF涂層)技術(shù)，使涂層膜之間界面達(dá)到了超平坦化和涂層膜結(jié)晶粒子之間的超微?；?，實(shí)現(xiàn)了更高的可靠性和超長(zhǎng)壽命。

　　特固克利用涂層技術(shù)推出了多種刀具牌號(hào)，比如新一代銑削牌號(hào)TT7800由高韌母體構(gòu)成，采用MTCVD和CVD的涂層方式，此結(jié)合帶來(lái)了穩(wěn)定的加工并且有效地抵抗熱沖擊，更能在斷續(xù)切削過(guò)程中有效地防止崩刀，在高進(jìn)給低速加工中，高韌性TT7800涂層可保證加工的穩(wěn)定。

3 工具系統(tǒng)及刀具裝夾技術(shù)完善了切削技術(shù)的發(fā)展

　　在柔性自動(dòng)化生產(chǎn)中，為適應(yīng)隨機(jī)多變加工的需求，應(yīng)提高工具系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和模塊化程度，以獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

　　在加工中心進(jìn)行高速切削時(shí)，不平衡工具系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生很大的離心力，使機(jī)床和刀具振動(dòng)，其結(jié)果一方面影響了工件的加工精度和表面質(zhì)量，另一方面影響了主軸軸承和刀具的使用壽命，所以高速切削用的工具系統(tǒng)都應(yīng)達(dá)到動(dòng)平衡指標(biāo)(平衡標(biāo)準(zhǔn)一般達(dá)到G2.5或G6.5)。新型刀柄和夾頭等都體現(xiàn)出能滿足高速加工需要的特點(diǎn)。

　　3.1 刀柄

　　刀柄是現(xiàn)代切削技術(shù)中很重要的組成部分，特別是高性能機(jī)床的刀具接口技術(shù)，對(duì)制造質(zhì)量有著重大的影響。

　　熱縮刀柄是目前高速加工的最佳刀具解決方案之一。刀柄通過(guò)加熱系統(tǒng)，利用熱感應(yīng)線圈使刀柄的夾持部分在短時(shí)間內(nèi)加熱，刀柄內(nèi)徑隨之?dāng)U張，此時(shí)立即把刀具裝入刀柄內(nèi)，待刀柄冷卻收縮后，即可賦予刀具夾持面均勻的壓力，從而產(chǎn)生很高的徑向夾緊力，將刀具牢牢夾持住。

　　帕萊克(Parlec)推出的熱縮刀柄見(jiàn)圖4，刀具的徑向跳動(dòng)≤3um(L=100mm)，其剛性高，動(dòng)平衡性好，夾緊力大，高轉(zhuǎn)速下仍能保持高可靠性，使用簡(jiǎn)單且快速，換刀所需時(shí)間不超過(guò)10S。另外，常州鈷領(lǐng)也開發(fā)出自己的SL熱脹刀柄，具有迅速的刀具裝夾、大的夾緊力和極高的裝夾同心度等特點(diǎn)。

　　瑞士瑞格費(fèi)克斯推出了powergripR高精度冷壓刀柄裝夾系統(tǒng)。最新科技的powergripR冷壓刀柄裝夾系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于在CNC加工中心上進(jìn)行高效切削(HPC)和高速切削(HSC)，其裝/卸刀時(shí)間小于10s，全跳動(dòng)<3um，剛性好，相互作用的刀柄一夾頭、夾頭一刀桿接觸面具有良好的防震性；使用壽命>20000次，且仍能保持最高轉(zhuǎn)換夾持扭矩?？蓨A持各種形式和材質(zhì)的h6精度的刀桿，直徑范圍Φ0.2 mm～Φ25.4mm，刀具高度預(yù)調(diào)重復(fù)性定位精度<1um。

　3.2 刀具夾頭

　　德國(guó)雄克(Schunk)的領(lǐng)先產(chǎn)品LSS超細(xì)長(zhǎng)指狀刀具夾頭見(jiàn)圖5，適用于難加工部位如型腔的深腔加工以及加長(zhǎng)刀桿長(zhǎng)度L1=200mm的長(zhǎng)刀具，且端跳仍保持在6um以內(nèi)；有卓越的阻尼減振特性，適用于鉆絞和精銑等工序。適合HSK—A63的接口產(chǎn)品，其動(dòng)平衡指標(biāo)達(dá)到G6.3/15000轉(zhuǎn)。

　3.3 模塊化刀具系統(tǒng)

　　模塊化刀具系統(tǒng)的應(yīng)用使刀具庫(kù)存大大減少，并具有一定的適應(yīng)性，可通過(guò)接長(zhǎng)桿使刀具的長(zhǎng)度可長(zhǎng)可短，利用變徑桿使刀具的直徑可大可小，更換起來(lái)也非常方便、容易。應(yīng)用模塊化刀具系統(tǒng)能夠節(jié)約企業(yè)資本、縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期、提高生產(chǎn)效率。比如山特維克推出的可樂(lè)滿Capto接口，見(jiàn)圖6?？蓸?lè)滿Capto接口是一個(gè)真正的模塊化系統(tǒng)，它能夠在整個(gè)車間的不同機(jī)床上實(shí)現(xiàn)刀具的完全互換，從而減少庫(kù)存量和降低成本。此外，在多任務(wù)機(jī)床、車削中心和加工中心上使用可樂(lè)滿Capto接口能夠提供加工的靈活性并實(shí)現(xiàn)更快的換刀操作。

4 結(jié)語(yǔ)

　　金屬切削刀具和工具系統(tǒng)的發(fā)展是一個(gè)逐漸積累和漸進(jìn)的過(guò)程。筆者認(rèn)為，通過(guò)結(jié)構(gòu)和材料的變革，刀具向高性能發(fā)展，以滿足高效、低成本、少污染等需求。切削加工技術(shù)的發(fā)展除依賴于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展之外，同時(shí)也依賴于刀具系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展。重視切削刀具系統(tǒng)技術(shù)的研究和應(yīng)用，是完善切削技術(shù)的一個(gè)重要方面。