數(shù)控刀具

用小直徑可轉(zhuǎn)位刀具替換整體硬質(zhì)合金刀具

長期以來，整體硬質(zhì)合金旋轉(zhuǎn)刀具主控著直徑小于20mm的刀具市場。人們對(duì)整體硬質(zhì)合金刀具產(chǎn)生這一由來已久的認(rèn)知，往往出于為刀具的可靠性做出保險(xiǎn)的選擇?？赊D(zhuǎn)位刀具的制造商們甚至沒有能成功地滲入占領(lǐng)這一整體硬質(zhì)合金刀具的堡壘。

下面列舉人們?cè)谧龀鲞x擇時(shí)考慮的兩個(gè)重要因素：其一，從獲取加工的角度來看，整體硬質(zhì)合金刀具比可轉(zhuǎn)位刀具更有優(yōu)勢(shì)，直徑越小，整體硬質(zhì)合金刀具的優(yōu)勢(shì)就越明顯。然而，隨著整體硬質(zhì)合金刀具直徑的減小，刀具精度降低（如跳動(dòng)精度），這將對(duì)刀具壽命帶來顯著的影響。其二，可轉(zhuǎn)位刀具由可轉(zhuǎn)位刀體、可轉(zhuǎn)位刀片以及裝配用機(jī)械夾緊部件組成，夾緊螺釘或楔塊之類的夾緊部件用以確保刀片安置于刀體定位槽內(nèi)。意欲縮減刀具直徑，減小裝配組件尺寸很有必要。然而，緊固零部件尺寸的縮小會(huì)導(dǎo)致其強(qiáng)度減弱，使得刀具不能承受常規(guī)切削參數(shù)下的切削載荷。這會(huì)嚴(yán)重限制刀具的應(yīng)用范圍；進(jìn)而使得刀具整體裝配結(jié)構(gòu)變?nèi)跎踔潦А?img src="https://pic.etlong.com/202008/05/072022628603970.jpg" />

事實(shí)上，相比于可轉(zhuǎn)位刀具的概念，小直徑整體硬質(zhì)合金刀具的價(jià)格往往更高，這使大家進(jìn)一步意識(shí)到小直徑范圍內(nèi)可轉(zhuǎn)位刀具的重要性。

提供可轉(zhuǎn)位刀具作為選擇

在上述直徑范圍內(nèi)使用可轉(zhuǎn)位刀具有幾個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì)，這在用戶眼里非常具有吸引力。在許多案例中，特別是粗加工切削刃失效時(shí)，采用可轉(zhuǎn)位刀具時(shí)僅需對(duì)刀片進(jìn)行簡單的轉(zhuǎn)位操作，非常經(jīng)濟(jì)合算；而采用整體硬質(zhì)合金刀具時(shí)則需用全新的刀具替換已報(bào)廢的刀具。采用可轉(zhuǎn)位刀具還帶來額外的好處，那就是免除了對(duì)失效的整體硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行既浪費(fèi)時(shí)間也浪費(fèi)資源的重磨及重涂層操作。

刀具制造商們迎接來自整體硬質(zhì)合金刀具概念的挑戰(zhàn)并取得了顯著的進(jìn)展，開發(fā)出基于可靠設(shè)計(jì)且具有商業(yè)化可行性的小直徑可轉(zhuǎn)位刀具。在這一方向的努力已經(jīng)有了成果，夾持可轉(zhuǎn)位刀頭或可轉(zhuǎn)位刀片的銑刀及鉆頭已能用于替代整體硬質(zhì)合金刀具。

頗具競爭力的性能

可換硬質(zhì)合金刀頭式刀具的推出昭示著關(guān)注焦點(diǎn)的轉(zhuǎn)變。例如，伊斯卡就推出了兩種基于這一理念的刀具，那就是變形金剛立銑刀（MULTI-MASTER）系列及變色龍鉆（CHAMDRILL）系列。

新式刀具憑借其性能及精度特性在功能上能與整體硬質(zhì)合金刀具設(shè)計(jì)相匹敵。這類系列的共性是，一個(gè)刀頭能裝夾于不同的刀體；反之一個(gè)刀體能裝夾不同的刀頭，有助于生成豐富多樣的裝配組合，促成刀具庫存件數(shù)的減少。

另一重要的設(shè)計(jì)—“快換刀頭，無停機(jī)時(shí)間”，也是可換頭式刀具的特征之一，因無需浪費(fèi)時(shí)間在重新裝夾調(diào)試刀具上，能實(shí)現(xiàn)刀體夾持于機(jī)床主軸上就能在機(jī)更換失效的刀頭。這能消減加工周期，并進(jìn)而降低生產(chǎn)成本。與此相反，當(dāng)整體硬質(zhì)合金銑刀或鉆頭失效，新一輪的刀具裝卸周期則不可避免。

另外，這一概念確保繼承了整體硬質(zhì)合金刀具的所有相關(guān)優(yōu)點(diǎn)。在所探討的直徑范圍內(nèi)，“可換刀頭式”硬質(zhì)合金刀具憑借其原理在刀具設(shè)計(jì)方面具有更明顯的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。變形金剛立銑刀系列（MULTI-MASTER）小直徑為5mm；束魔變色龍鉆（SUMOCHAM）小直徑為6mm；變形金剛立銑刀還能用于加工沉頭螺釘孔，中心鉆小直徑為1mm。

LOGIQ系列帶來全新的視角

伊斯卡全新邏輯·智勝LOGIQ系列推出了小規(guī)格的可轉(zhuǎn)位旋轉(zhuǎn)刀具。公司推出好幾個(gè)系列的名義直徑不大于20mm的刀具。接下來扼要地回顧這些系列以更清晰地理解這些新式刀具是否能打破整體硬質(zhì)合金刀具的壁壘。

讓人感興趣的是新系列可轉(zhuǎn)位銑刀，直徑范圍為8-16mm。這些系列推薦用于方肩銑或大進(jìn)給銑削。具有幾個(gè)共性的特點(diǎn)：夾持帶3個(gè)切削刃的三角形刀片，緊固刀片的機(jī)械部件為夾緊螺釘。然而，看上去相似的結(jié)果卻來自于不同的設(shè)計(jì)思路。HELI3MILL 及 MICRO3FEED系列銑刀直徑范圍為10-16mm，采用了經(jīng)典的刀片鎖緊設(shè)計(jì)，即夾緊螺釘通過刀片中心孔對(duì)刀片進(jìn)行夾緊；而NANMILL 及NANFEED系列銑刀直徑范圍為8-10mm，采用了以下概念的夾緊方式。在如此小的直徑范圍內(nèi)，如前所提的過刀片中心孔夾緊螺釘，無法提供可被接受可實(shí)操的解決方案。在新的概念中，螺釘置放于刀片前刀面上方，夾緊螺釘頭充當(dāng)了楔塊的角色。這提供了可靠的剛性夾緊，刀片因無中心孔的結(jié)構(gòu)而均質(zhì)耐用，使得刀片轉(zhuǎn)位簡捷。

按預(yù)計(jì)，這些系列將用于緊湊部件的制造，不同工業(yè)領(lǐng)域如模具工業(yè)的小尺寸型腔銑、挖槽加工以及小型零部件的銑削加工，也用于小型零部件的生產(chǎn)制造。

小改變帶來大沖擊

1mm的改變是多還是微不足道？對(duì)于小直徑范圍內(nèi)的可轉(zhuǎn)位刀具而言，這將帶來大大的不同。伊斯卡新推出直徑為5mm的束魔變色龍鉆（SUMOCHAM）刀頭，標(biāo)志著為可換頭式鉆頭應(yīng)用范圍帶來了重大的進(jìn)步。

在小直徑范圍內(nèi)，可換頭式刀具能提供及的優(yōu)勢(shì)，使得其成為傳統(tǒng)的整體硬質(zhì)合金刀具的有力的競爭對(duì)手?？赊D(zhuǎn)位刀具正在切入金屬切削實(shí)踐領(lǐng)域，這值得引起大家的關(guān)注。

螺紋

螺紋或許您知道。

1.車削螺紋

車螺紋通常是工件上終一道切削工序，而它常被忽視及遭誤解，為此有或許付出很大的代價(jià)。假如用錯(cuò)刀具而發(fā)生問題，就會(huì)糟蹋大量時(shí)刻和金錢。乃至運(yùn)用“正確的”刀具也或許產(chǎn)生問題。因?yàn)檐嚶菁y是一道復(fù)雜而又不常做的作業(yè)（車削工序中5%是車螺紋），許多時(shí)候終端客戶不想采取步驟優(yōu)化這道工序因而，挑選正確的車螺紋刀具，選用適合的切削參數(shù)，識(shí)別和處理螺紋的問題十分必要。

運(yùn)用螺紋車刀時(shí)，需求考慮在一般加工中不會(huì)遇到的切削力和其他因素。在車螺紋工序中的切削力比直線切削工序大100至1000倍。這些軸向，徑向和切向力作用在一塊比車削用可轉(zhuǎn)為刀片小得多的硬質(zhì)合金上

PS：軸向力與進(jìn)給量有關(guān)，因螺距關(guān)系，進(jìn)給量是固定的。徑向力是與刀件半徑相反方向的力。切削力向下。

橫向進(jìn)給速度等于螺紋導(dǎo)程，這是固定的，進(jìn)給速度能夠是一般車削的10倍，以滿意導(dǎo)程要求。進(jìn)給速度或許受到機(jī)床橫向蕞大進(jìn)給速度的約束。螺紋形狀是特定的。刀片的幾何形狀是固定的，不能改變，這就約束了操控切削力的或許性。車螺紋還阻礙散熱，因?yàn)檩^大的力集中在一塊較小的面積上。也就是說，車螺紋比一般車削產(chǎn)生的熱量要多。

2.刀片類型

01

切削刃長  

02

內(nèi)徑/外徑

E:外徑螺紋. I：內(nèi)徑螺紋  N（舊內(nèi)徑螺紋）

03

方向      

R：右  L：左

04

螺距      

05

螺紋      

60

V型＝60°

55

V型=55°

ISO

公制螺紋

NPT

世界管螺紋

RD

圓頂螺紋

30°梯形螺紋

補(bǔ)白：詳細(xì)請(qǐng)參考各品牌樣本

3.刀具方向

右旋螺紋

方向1

方向2：

左旋螺紋

4.刀片的挑選

被加工資

加工內(nèi)螺紋還是外螺紋

蕞小孔徑（內(nèi)螺紋）

刀具方向

根據(jù)刀片規(guī)范和方向挑選相應(yīng)刀具

06

根據(jù)刀片的尺度挑選刀墊大小  

07

根據(jù)螺距的尺度挑選刀墊類型

5.進(jìn)刀方法

橫向進(jìn)刀視點(diǎn)

徑向進(jìn)刀0°對(duì)中

優(yōu)點(diǎn)

缺陷

刀片悉數(shù)刀刃對(duì)螺紋牙型兩邊一起切削，防止刀刃崩刀。

排屑困難，在切削高速強(qiáng)度資料時(shí)簡單崩刃，產(chǎn)生毛刺的或許性增大。

因?yàn)樵诰嚶菁y時(shí)整個(gè)切削刃悉數(shù)切入，簡單引起振刀。

齒側(cè)30°進(jìn)刀

運(yùn)用刀片側(cè)刃進(jìn)給切削，使切屑簡單排出切削區(qū)域，這就削減刀片后沿構(gòu)成毛刺的問題，為了防止因?yàn)榈度泻笱貨_突而下降表面光潔度，崩刃或齒側(cè)面過度的磨損，橫向進(jìn)刀的視點(diǎn)應(yīng)小于螺紋齒形角3°-5°，這是一種齒側(cè)面批改

刀片或許有沖突的現(xiàn)象而使刃口崩刃，在切削軟而粘性的金屬，如低碳鋼，鋁，不銹鋼時(shí)，會(huì)碰壞表面

較好進(jìn)刀方法

批改齒側(cè)進(jìn)刀

刀片一起切削螺紋牙形兩邊，防止像0°進(jìn)刀時(shí)簡單發(fā)生崩刃，雖然也會(huì)構(gòu)成或排屑溝槽，但是因?yàn)榍行己穸炔黄骄欣谂判?，猶如齒側(cè)進(jìn)刀這是比較好的進(jìn)刀方法，尤其是運(yùn)用油斷屑槽的刀片。

和徑向?qū)χ羞M(jìn)刀的缺陷相同，但是在下降切削力方面比較顯著，一起排屑的問題也得到處理。

側(cè)齒替換進(jìn)刀

因?yàn)閮蛇吳邢魅衅骄\(yùn)用，提高了刀片的壽數(shù)。

PS：運(yùn)用這種進(jìn)刀方法對(duì)一些機(jī)床或許需求特殊編程功用

傳統(tǒng)機(jī)床加工困難。

6.改進(jìn)表面質(zhì)量

連續(xù)遞增-獲得不變的切屑面積

這包含相對(duì)較大的初始值（0.2-0.35mm），并且與螺紋牙形的詳細(xì)深度有關(guān)，此值會(huì)逐步下降且以0.02-0.09mm的進(jìn)給進(jìn)行精加工，終一次走到能夠不進(jìn)刀空走刀，這是用于消除切削過程中的反彈，這種走刀方法比較常見。

穩(wěn)定進(jìn)刀量-蕞佳切屑和較好刀具壽數(shù)

通過固定螺紋切削周期中的某一個(gè)參數(shù)，而使切屑厚度穩(wěn)定，進(jìn)而能夠構(gòu)成蕞佳切屑。初始值大約為0.18-0.12mm，實(shí)踐值由上一次走刀（至少應(yīng)為0.08mm）的詳細(xì)值斷定。

6.刀具問題/辦法

磨損小崩刃

1.運(yùn)用適宜的原料。

2.增加刀桿剛性。

3.查看刀片是否正常夾緊。

4.削減振蕩。

前刃面磨損

1.下降切削速度。

2.運(yùn)用冷卻液。

3.運(yùn)用硬度更高的原料。

積屑瘤

1.運(yùn)用切削液。

2.加速切削速度。

3.運(yùn)用更適宜的原料。

熱龜裂

2.運(yùn)用更適宜的冷卻液。

塑性變形

1.運(yùn)用硬度更高的原料。

2.下降切削速度。

3.削減切深。

4.運(yùn)用適宜冷卻液。

崩刃

1.運(yùn)用韌性更強(qiáng)原料。

2.削減切深。

3.查看機(jī)床和刀具的穩(wěn)定性。

國產(chǎn)硬質(zhì)合金螺旋立銑刀在加工中心上的運(yùn)

   CNC加工中心用的立銑刀，品種規(guī)范繁復(fù)，從結(jié)構(gòu)來分有整體式合金立銑刀、可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金立銑刀(包含模塊式)及焊接式硬質(zhì)合金螺旋立銑刀3類。

   這3類不同的立銑刀，在CNC加工中心已運(yùn)用較長時(shí)刻，各有千秋，特別是類和第2類運(yùn)用面很廣，而第3類螺旋立銑刀運(yùn)用面窄，運(yùn)用不多。下面臨螺旋立銑刀進(jìn)行分析。

國產(chǎn)螺旋立銑刀，自上世紀(jì)80年代已問世，其時(shí)因?yàn)榈镀钄D壓呈螺旋狀，工藝雜亂難度大，遲遲未擴(kuò)大出產(chǎn)，后逐步開展，在2008年國家已制定部標(biāo)，目前國內(nèi)已有數(shù)十家刀具專業(yè)廠出產(chǎn)螺旋立銑刀，品種規(guī)范徹底。以往螺旋立銑刀，用在普通銑床上較多，運(yùn)用在CNC加工中心上較少，這類刀具盡管切削性能好，但強(qiáng)度低，不易受沖擊，耐磨性差，不太適合運(yùn)用在CNC加工中心上。慣例螺旋立銑刀若在硬質(zhì)合金原料、刀片截面尺度、刀具幾許參數(shù)及刀體的強(qiáng)度等方面規(guī)劃不妥會(huì)形成上述缺陷，可這種結(jié)構(gòu)立銑刀，有它獨(dú)特的利益，不只制作工藝較簡略、成本低，首要的是切削性能好，切削刃鋒利，刃口用鈍后還能屢次修磨，刀具運(yùn)用成本低，可彌補(bǔ)可轉(zhuǎn)位刀具在運(yùn)用中的不足，若能進(jìn)步刀具的強(qiáng)度，增加刀具的耐磨性，這類刀具是很理想的刀具。

1.螺旋立銑刀的改善

1998年株洲鉆石對(duì)螺旋立銑刀嘗試了改善，硬質(zhì)合金刀片原料從本來的單一YG8商標(biāo)改為亞微細(xì)顆粒YL10.2及YS25合金商標(biāo)。YL10.2合金硬度≥91.8HRC，抗彎強(qiáng)度到達(dá)4 000N/㎡，首要適于切削各種鑄鐵、有色金屬及非金屬資料。YS25商標(biāo)是在WC-CO-TiC基礎(chǔ)上加入8％Tac元素，對(duì)應(yīng)ISO的P25～P30運(yùn)用范圍，首要用于銑削各種鋼材，尤其是合金鋼之類資料作用杰出。與常用硬質(zhì)合金刀片資料比較，這兩種合金資料無論是物理機(jī)械性能仍是運(yùn)用性能都有很大改善和進(jìn)步，具有很強(qiáng)的耐磨性、抗沖擊韌性、抗癢化性、抗粘結(jié)和抗分散才能；同時(shí)增加了螺旋硬質(zhì)合金刀片的截面尺度，刀體進(jìn)行了淬火處理，刀具刀尖處由本來倒角形改為小圓弧形。改善后立銑刀經(jīng)姑蘇沙迪克三光，在五面體龍門加工中心上多年運(yùn)用，受到了好評(píng)。φ50mm新式螺旋立銑刀徹底可代替從日本進(jìn)口的“住友”同規(guī)范銑刀，其價(jià)格是進(jìn)口刀的1/4，它的可切削耐用度、加工零件精度及外表粗糙度不差勁于日本聞名品牌刀具。

2.導(dǎo)軌螺旋立銑刀

在進(jìn)步螺旋立銑刀強(qiáng)度與耐用度的基礎(chǔ)上，只需改動(dòng)刀具幾許參數(shù)就能處理技術(shù)難度較高的精加工，下面介紹新研制的精銑導(dǎo)軌用“導(dǎo)軌螺旋立銑刀”（見圖1）。此刀具是筆者與田潤科高工共同研制的，刀具是由株洲華新硬質(zhì)合金工具廠制造。

眾所周知，精細(xì)機(jī)床如電火花慢走絲、電火花成型機(jī)及CNC加工中心等，機(jī)床首要大件床身、立柱及拖板上均裝有精度十分高的直線導(dǎo)軌定位，固定直線導(dǎo)軌是兩個(gè)彼此垂直的兩組精加工基準(zhǔn)面，俗稱側(cè)導(dǎo)軌與平導(dǎo)軌面（見圖2），一般兩組導(dǎo)軌面長1.1～1.5m，直線度為0.005mm，彼此平行度0.005mm，平面度為0.008mm，外表粗糙度值Ra=0.8～1.6μm。加工難度與精度十分高，為保證其精度很多相關(guān)公司除選用的作業(yè)母機(jī)（如大隈、馬扎克等龍門銑）外，還在刀具裝備上選用進(jìn)口硬質(zhì)合金立銑刀或進(jìn)口可轉(zhuǎn)位立銑刀來切削，這樣不只刀具價(jià)格昂貴，加工導(dǎo)軌質(zhì)量有時(shí)動(dòng)搖大，往往還要人工鏟刮來修正或上龍門導(dǎo)軌磨床返修；也有企業(yè)嘗試用國產(chǎn)硬質(zhì)合金規(guī)范螺旋立銑刀加工導(dǎo)軌面，但精度做不到，還常需程序插補(bǔ)來處理，進(jìn)步作業(yè)面精度，有些大中型機(jī)床公司直接用CNC龍門導(dǎo)軌磨床進(jìn)行精磨，這樣加工成本更高。因此，精銑的導(dǎo)軌面就成了不少企業(yè)的瓶頸。

硬質(zhì)合金導(dǎo)軌精銑刀是在規(guī)范螺旋立銑刀的基礎(chǔ)上作了較大改善，雖外形相同，但切削的作用顯著不一樣，首要改善有如下幾方面：

（1）慣例規(guī)范螺旋立銑刀，不管國內(nèi)外產(chǎn)品，刀具均選用密齒結(jié)構(gòu)，如φ50mm慣例規(guī)范銑刀z=6，精銑導(dǎo)軌銑刀z=8～10，這樣同時(shí)加工的齒數(shù)增加，切削安穩(wěn)。

（2）刀具幾許參數(shù)改動(dòng)，螺旋角不相同，1刃為25°，相鄰1刃為30°；減小端面付偏面（俗稱刀隙角）并改善端面修刀刃。側(cè)切削刃留利劍為0.07mm，外表粗糙度需達(dá)鏡面要求。

（3）切削頭部切削刃長度縮短，取刀具直徑的1/2，刀體淬火硬度58～60HRC。導(dǎo)軌螺旋立銑刀多年來一直在姑蘇三光科技有限公司、姑蘇萬立精機(jī)、江蘇蘇鈴精機(jī)、姑蘇大器機(jī)械公司及常州新瑞等公司運(yùn)用，均取得了很好作用，詳見姑蘇三光集團(tuán)提供的切削對(duì)比表（見附表）。導(dǎo)軌螺旋立銑刀已申請(qǐng)專利，2014年已被國家知識(shí)產(chǎn)業(yè)局授權(quán)。

切削實(shí)驗(yàn)定論：8刃新硬質(zhì)合金立銑刀與以前同規(guī)范硬質(zhì)合金銑刀比較，不只刀具耐用度進(jìn)步了2倍，并且出產(chǎn)功率分別進(jìn)步11%和38%。

   導(dǎo)軌螺旋立銑刀，因?yàn)榍邢魅袖h利，切削安穩(wěn)，耐用度又高，所以也適合加工一些剛性差、精度高的加工工藝?yán)щy的零件。如江蘇蘇鈴精工機(jī)械承接德國某聞名公司一加工使命，其中三坐標(biāo)丈量儀器中的Y軸、Z軸及立柱都是薄壁結(jié)構(gòu)鑄件（見圖3），德方駐滬辦事處曾在江浙一帶找過很多有實(shí)力機(jī)械廠加工，但均因薄壁易振，導(dǎo)致銑削精度達(dá)不到圖樣要求。江蘇蘇鈴精工選用了導(dǎo)軌螺旋立銑刀，很輕松加工了該公司上述難加工件，檢測精度合格，工件直接發(fā)往德國安裝。

螺旋立銑刀還能銑削復(fù)合資料，如有些儀器儀表廠的印刷線路板，此線路板的底板是玻璃層壓板，上面覆蓋著很薄的有色金屬線路，銑印刷線路板的斜插口時(shí)，若用一般銑刀，會(huì)因切削力大形成金屬線路與底板撕裂，并且刀具鈍化很快，用導(dǎo)軌螺旋立銑刀可以很順暢處理這個(gè)難題，作業(yè)質(zhì)量安穩(wěn)，刀具壽命長。

3.定論

改善后的螺旋立銑刀在CNC加工中心上，在精銑、半精銑上都發(fā)揮了獨(dú)特利益，既可改動(dòng)刀具結(jié)構(gòu)與參數(shù)，也能進(jìn)行粗銑。

國產(chǎn)硬質(zhì)螺旋立銑刀是一種性價(jià)比較高的刀具，在CNC加工中心上具有很好的切削性能與運(yùn)用價(jià)值。