圣戈班磨料磨具是世界500強圣戈班集團旗下的分支機構(gòu)，作為磨料磨具行業(yè)的創(chuàng)新者，圣戈班設(shè)計、制造和銷售NORTON?（諾頓?）、NORTON?WINTER?（諾頓?溫特?）、FLEXOVIT?（富來維特?）等三大品牌的產(chǎn)品，為相關(guān)制造領(lǐng)域提供專業(yè)、和人性化的綜合磨削解決方案。主要產(chǎn)品有固結(jié)磨具、涂附磨具、工業(yè)超硬磨具、樹脂切割打磨片及建筑工業(yè)用金剛石產(chǎn)品和設(shè)備，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車、鋼鐵、航空航天、軸承齒輪、鐵路、鑄造、機床工具、刀具、電子半導(dǎo)體、新能源及汽車售后等各種制造領(lǐng)域。

自1994年進入中國以來，圣戈班磨料磨具一直保持快速發(fā)展，目前已擁有5家生產(chǎn)工廠，1家磨削技術(shù)中心及700多名員工。憑借先進的磨削及切割技術(shù)的應(yīng)用，圣戈班磨料磨具幫助工業(yè)制造領(lǐng)域的客戶提高生產(chǎn)力并呈現(xiàn)表現(xiàn)。

刀具目前正在向微精化發(fā)展，從小型、微型到毫微刀具，φ0.1mm的刀具已經(jīng)不再稀奇，對刀具刃口的要求也越發(fā)嚴苛。刀具在粗開槽后，為達到更好的尺寸和精度，需要通過拋光工序來獲得更好的表面光潔度。拋光砂輪的粒度從D20、D10發(fā)展到D3、D1就是為了追求更的刃口質(zhì)量。

圣戈班Flute Polish砂輪是一款德國研發(fā)的橡膠結(jié)合劑砂輪產(chǎn)品，主要應(yīng)用于鉆頭類旋轉(zhuǎn)刀具的拋光應(yīng)用。Flute Polish砂輪采用圣戈班公司研發(fā)、富有彈性的橡膠結(jié)合劑，能夠非常好的貼合工件表面，輕松應(yīng)對各種較大拋光面積的工件表面；耐磨性好，能達到的鏡面拋光效果；能縮短拋光工序加工節(jié)拍，提高生產(chǎn)效率，進一步降低刀具加工的綜合成本。

應(yīng)用案例：硬質(zhì)合金刀具的開槽磨削

砂輪規(guī)格：開槽砂輪D54 Q-Flute2 拋光砂輪Flute Polish

磨床型號：Walter Helitronic Power

冷卻液：油

工件：硬質(zhì)合金鉆頭 φ10mm

開槽磨削參數(shù)：

進給速率：Vf=100mm/min

開槽余量：Ae=3.5mm

砂輪線速度：Vc=18m/s

拋光加工參數(shù)：

進給速度：Vf=150mm/min

拋光余量：Ae=0.02mm

砂輪線速度：Vc=22m/s

價值體現(xiàn)：

·工件有非常好的刃口品質(zhì)并達到鏡面拋光效果

·相比普通樹脂砂輪，拋光工序用時縮短50%以上

在德國刀具制作商Horn公司每兩年舉辦一次的“技術(shù)開放日”上，媒體記者獲邀參觀了該公司坐落德國圖賓根市的硬質(zhì)合金刀片毛坯生產(chǎn)線，親眼見證了用包含多種不同成分的混合粉料生產(chǎn)可轉(zhuǎn)位刀片的全進程。

Horn公司生產(chǎn)的各種刀具產(chǎn)品（如銑刀、車刀、拉刀、鉸刀等）廣泛采用了可轉(zhuǎn)位刀片。圖1中的旋轉(zhuǎn)展臺展示了該公司蕞新開發(fā)的一些立異產(chǎn)品，包含圓柄和削柄25A端面切槽體系、用于S100內(nèi)冷卻車削刀片的新式刀夾等。

圖1

Horn公司在世界各地的刀具生產(chǎn)廠都能夠?qū)Y(jié)而成的刀片進行刃磨成形加工，但一切的刀片毛坯都來自坐落圖賓根的Horn

Hartstoffe硬質(zhì)合金生產(chǎn)廠。制坯工藝的地一步是將不同配比的碳化物、結(jié)合劑資料（如鈷和鉭）以及后續(xù)加工所需的添加劑經(jīng)精密稱量后制成混合粉料（圖2）。在冶金實驗室對質(zhì)料進行的檢驗檢測后，對其進行攪拌混合，直至達到所要求的濃度，然后送至下一道工序，用三種成型辦法（軸向壓制成型、擠出成型或打針成型）之一進行毛坯成型加工。

圖2

如果刀片的形狀比較簡單，一般可采用如圖3所示的電動軸向壓坯機壓制成型。這種常用的刀片壓制辦法是將粉料放入模具之中，經(jīng)過單向或雙向加壓，壓制出終究形狀。雖然該辦法比其他成型辦法更簡潔（如在燒結(jié)前無需參加添加劑），但卻不適合壓制較雜亂的刀片形狀，因為刀片脫?；蛟S比較困難（或許完全無法脫模）。Horn公司這臺壓坯機采用了機器人自動裝料/卸件設(shè)備（見壓坯機左側(cè)）。

圖3

形狀較雜亂的刀片一般是在如圖4所示的活塞式擠出成型機上成型。該機推擠原資料經(jīng)過一個模具而取得所需的形狀。值得注意的是，利用浮動芯軸銷，能夠在刀片毛坯內(nèi)部構(gòu)成內(nèi)冷卻通道。在擠出成型機下部能夠看到，構(gòu)成的生坯呈長條狀，還需要將其切成所需長度，經(jīng)過清潔后再送去進行預(yù)燒結(jié)和燒結(jié)。

圖4

用于擠出成型的粉料中含有各種蠟和其他添加劑，這些添加劑可使加工出的刀片生坯具有延展性并呈橡膠狀（見圖5），這些長條形生坯還要切成所需尺度，并在后續(xù)工序中成型。隨后，這些添加劑將在預(yù)燒結(jié)工序中予以去除。

圖5

Horn公司還開發(fā)了一種用于大批量生產(chǎn)雜亂形狀刀片毛坯的金屬打針成型工藝（圖6所示為兩個裝在流道上的刀片的3D設(shè)計圖）。該工藝所用的打針成型機能夠設(shè)置超過5000種不同的工藝參數(shù)和變量。注入資料的體積范圍為0.2－20 cm3，打針?biāo)俣葹?m/sec，打針壓力蕞大可達2,200bar，模具重量范圍為150－200kg。

圖6

與打針成型機、壓坯機和擠出成型機相鄰的工區(qū)（見圖7）專門擔(dān)任為硬質(zhì)合金刀片生產(chǎn)線制作東西和夾具。為此，Horn公司裝備了電火花加工機床、車床、三軸和五軸銑床、平面磨床和坐標(biāo)磨床等機床，以及微噴砂體系、激光測量儀和三坐標(biāo)測量機等設(shè)備。

圖7

用擠出成型機或打針成型機成型的刀片生坯經(jīng)過清潔后，還必須進行預(yù)燒結(jié)。這道工序耗時2－4天，生坯要在氫氣氛爐中逐步加熱到850℃左右，使其中的各種添加劑受熱揮發(fā)，并使生坯預(yù)固化。刀片毛坯經(jīng)過預(yù)燒結(jié)后，即可進入燒結(jié)階段（用軸向壓坯機成型的毛坯無需預(yù)燒結(jié)，可直接進行燒結(jié)）。經(jīng)過在1,350℃－1,550℃的高溫文可達100bar的氣體壓力下進行燒結(jié)，刀片資料即可取得其終究的物理性能。在燒結(jié)進程中，資料部分呈液相狀況，碳化物以相同的方法重新排列，構(gòu)成無孔隙的同質(zhì)結(jié)構(gòu)。此外，燒結(jié)后刀片的體積大約會比燒結(jié)前縮小20％－22％（見圖8）。整個燒結(jié)進程大約需要持續(xù)20小時才干完結(jié)。

圖8

經(jīng)過一系列計量室測試和質(zhì)量控制程序（包含掃描電鏡檢測、維氏硬度檢測、密度檢測、磁飽和度檢測等）之后，各批制品刀片毛坯將從硬質(zhì)合金工廠運送到同樣坐落Horn工業(yè)園區(qū)的刀具生產(chǎn)廠，并在那里的專用磨床（見圖9）上刃磨出刀片的終究形狀。DMG/森精機公司專門為Horn公司提供的銑床渠道也能夠滿意其刀具刃磨的特定需求。Horn刀具生產(chǎn)廠的加工機床總數(shù)超過200臺，這些機床均按所加工的刀片類型分組。

圖9

圖10所示為Horn公司員工將刃磨好的刀片置于夾具上，準備對其進行清潔和噴砂處理。處理完畢后，再將這些夾具移至涂層爐中（Horn公司共有8臺涂層爐）進行PVD或CVD涂層。完結(jié)涂層工序后，制品刀片就能夠包裝發(fā)貨了。

圖10

圖11所示為Horn公司生產(chǎn)夾持刀片的刀體和刀夾的加工車間。

圖11

Horn公司從事各種刀片生產(chǎn)任務(wù)的許多員工都曾參加過企業(yè)自己的學(xué)徒訓(xùn)練計劃。圖12中正在操作五軸加工中心的學(xué)徒已處于訓(xùn)練的高及階段。在參與手動和數(shù)控加工之前，學(xué)徒們先要學(xué)習(xí)一些基本技能（如整理文檔）。

刀具的挑選是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容之一，不只影響機床的加工功率，并且直接影響零件的加工質(zhì)量。因為數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速及規(guī)模遠遠高于一般機床，并且主軸輸出功率較大，因而與傳統(tǒng)加工辦法相比，對數(shù)控加工刀具的提出了更高的要求，包含精度高、強度大、剛性好、耐用度高，并且要求尺度安穩(wěn)，裝置調(diào)整便利。這就要求刀具的結(jié)構(gòu)合理、幾許參數(shù)規(guī)范化、系列化。

1 數(shù)控刀具是進步加工功率的先決條件之一，它的選用取決于被加工零件的幾許形狀、資料狀況、夾具和機床選用刀具的剛性。應(yīng)考慮以下方面：

（1）依據(jù)零件資料的切削功能挑選刀具。如車或銑高強度鋼、鈦合金、不銹鋼零件，建議挑選耐磨性較好的可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀具。

（2）依據(jù)零件的加工階段挑選刀具。即粗加工階段以去除余量為主，應(yīng)挑選剛性較好、精度較低的刀具，半精加工、精加工階段以確保零件的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量為主，應(yīng)挑選耐用度高、精度較高的刀具，粗加工階段所用刀具的精度蕞低、而精加工階段所用刀具的精度蕞高。如果粗、精加工挑選相同的刀具，建議粗加工時選用精加工篩選下來的刀具，因為精加工篩選的刀具磨損狀況大多為刃部細微磨損，涂層磨損修光，持續(xù)運用會影響精加工的加工質(zhì)量，但對粗加工的影響較小。

（3）依據(jù)加工區(qū)域的特色挑選刀具和幾許參數(shù)。在零件結(jié)構(gòu)允許的狀況下應(yīng)選用大直徑、長徑比值小的刀具；切削薄壁、超薄壁零件的過中心銑刀端刃應(yīng)有滿意的向心角，以削減刀具和切削部位的切削力。加工鋁、銅等較軟資料零件時應(yīng)挑選前角稍大一些的立銑刀，齒數(shù)也不要超越4齒。

選取刀具時，要使刀具的尺度與被加工工件的外表尺度相適應(yīng)。出產(chǎn)中，平面零件周邊概括的加工，常選用立銑刀；銑削平面時，應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀；加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀；加工毛坯外表或粗加工孔時，可選取鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀；對一些立體型面和變斜角概括外形的加工，常選用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。

在進行自在曲面加工時，因為球頭刀具的端部切削速度為零，因而，為確保加工精度，切削行距一般很小，故球頭銑刀適用于曲面的精加工。而端銑刀無論是在外表加工質(zhì)量上還是在加工功率上都遠遠優(yōu)于球頭銑刀，因而，在確保零件加工不過切的前提下，粗加工和半精加工曲面時，盡量挑選端銑刀。別的，刀具的耐用度和精度與刀具價格聯(lián)系極大，有必要引起注意的是，在大多數(shù)狀況下，挑選好的刀具盡管增加了刀具本錢，但由此帶來的加工質(zhì)量和加工功率的進步，則能夠使整個加工本錢大大下降。

在加工中心上，一切刀具全都預(yù)先裝在刀庫里，經(jīng)過數(shù)控程序的選刀和換刀指令進行相應(yīng)的換刀動作。有必要選用適合機床刀詳細系標(biāo)準的相應(yīng)規(guī)范刀柄，以便數(shù)控加工用刀具能夠敏捷、準確地裝置到機床主軸上或返回刀庫。編程人員應(yīng)能夠了解機床所用刀柄的結(jié)構(gòu)尺度、調(diào)整辦法以及調(diào)整規(guī)模等方面的內(nèi)容，以確保在編程時斷定刀具的徑向和軸向尺度，合理安排刀具的擺放次序。

特征造型不只能表達機械零件的底層幾許信息，并且可從具有工程意義的較高層次上對產(chǎn)品進行表達和建模，有用支持產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的各個環(huán)節(jié)。因而，特征造型是將規(guī)劃與質(zhì)量計算、工程分析、數(shù)控加工編程等環(huán)節(jié)聯(lián)結(jié)起來的樞紐。

大多數(shù)特征造型體系均選用鴻溝表明法(B-rep)和結(jié)構(gòu)幾許法(CSG)相結(jié)合的辦法來描繪零件的形狀特征。鴻溝表明法首要用于描繪構(gòu)成幾許體的幾許元素(頂點、線、面等)之間的拓撲聯(lián)系，并可輔佐用戶選取特定的幾許元素；結(jié)構(gòu)幾許規(guī)律經(jīng)過樹形操作完結(jié)實體體素的拼合，構(gòu)成終究規(guī)劃特征。本文首要討論結(jié)構(gòu)幾許法的擴展及其在數(shù)控鏜刀特征造型體系中的使用。該辦法對于其它數(shù)控刀具相同適用。

2 輔佐面切開法的引進

因為數(shù)控刀具的形體為不規(guī)矩的棱柱體，而結(jié)構(gòu)幾許法選用的拼合體素為規(guī)矩形體，因而，單純選用結(jié)構(gòu)幾許法對數(shù)控刀具進行造型，既不靈敏功率又低。如引進輔佐面切開法，則可簡化造型進程，進步造型功率，在某些狀況下還可下降造型難度。

若選用輔佐面切開法解決上述問題，則只需結(jié)構(gòu)原始長方體和輔佐面P，然后用

P面切開原始長方體，即可達到目的。

為取得形體Ⅰ，選用結(jié)構(gòu)幾許法需結(jié)構(gòu)三個別素，即原始長方體、直棱柱Ⅱ和Ⅲ，且直棱柱Ⅱ和Ⅲ中總有一個直棱柱需被結(jié)構(gòu)為比實踐需要的體素大，這也增加了不必要的存儲空間。并且，如要確保圖2中Pt點的空間方位，則需進步原始長方體和直棱柱Ⅲ的造型要求，經(jīng)確規(guī)劃原始體素的尺度，才能得到符合要求的Pt點。

若選用輔佐面切開法，為取得形體Ⅰ，則只須結(jié)構(gòu)一個基本體素——原始長方體，然后結(jié)構(gòu)切開輔佐面P1和P2，如需確保Pt點的方位，只要確保P1和P2平面均過Pt點即可，而這一點不難做到。

為敘說便利和清楚，以上所舉二例都是經(jīng)化簡的模型，實踐造型中所遇到的問題要雜亂得多，并且用結(jié)構(gòu)幾許法結(jié)構(gòu)一個空間形體能夠經(jīng)由不同的拼合路徑。與一切拼合辦法相比，選用輔佐面切開法都具有明顯的優(yōu)越性。

3 輔佐面切開法的完結(jié)

盡管選用輔佐面切開法可大大簡化結(jié)構(gòu)幾許法，但并非在一切狀況下都能完結(jié)。如圖3所示狀況，為取得形體Ⅰ，有必要在原始長方體上減掉長方體Ⅱ，在此狀況下輔佐面切開法就無法運用。因而，輔佐面切開法只能作為結(jié)構(gòu)幾許法的彌補和擴展，而無法徹底取代結(jié)構(gòu)幾許法。

輔佐面切開法的使用條件為：

1) 結(jié)構(gòu)幾許法中兩體素有必要作差拼合運算；

2) 拼合構(gòu)成的終究形體有必要坐落輔佐面一側(cè)。

因而，為了蕞大限度地使用輔佐面切開法，在構(gòu)成終究形體時，應(yīng)盡量選用差拼合辦法。但凡能經(jīng)機械加工得到的零件，均可經(jīng)過精心規(guī)劃基本體素而以差拼合辦法完結(jié)其特征造型。

完結(jié)輔佐面切開法的關(guān)鍵是輔佐面的結(jié)構(gòu)及體素被切開后兩部分的取舍。

平面的幾許界說為：經(jīng)過空間一固定點且垂直于一空間向量的曲面。即由一空間固定點和一空間向量可僅有地斷定一個平面，其中固定點坐落平面上，空間向量為平面的法向量。因而，平面可由其點法度方程斷定，即

A(X-X0) B(Y-Y0) C( Z-Z0)=0 (1)

其中 P0(X0，Y0，Z0)為一固定點，而V={A，B，C}為平面的法向量。

依據(jù)界說，可用平面上一點和平面的法向量來結(jié)構(gòu)平面。在某些狀況下，如平面的法向量不易斷定，但能較容易地找到平面上的三個點P0、P1、P2，則可經(jīng)過結(jié)構(gòu)向量V1=P0P1和V2=P0P2，然后求V1和V2的叉積而得到平面的法向量V0=V1×V2。

輔佐面結(jié)構(gòu)完結(jié)后，切開后的形體如何取舍？在此作如下規(guī)則：凡切開后得到的兩個形體，坐落法向量正方向的形體為所需形體，坐落法向量負方向的形體為舍棄形體。在結(jié)構(gòu)平面時，一定要細心處理法向量的方向，使其指向所需形體。

4 數(shù)控刀具造型規(guī)劃實例

結(jié)構(gòu)幾許法是實體造型中廣泛使用的辦法，但單純選用結(jié)構(gòu)幾許法進行造型規(guī)劃有時難度相當(dāng)大。本文提出使用輔佐面切開法對結(jié)構(gòu)幾許法進行擴展并使用于數(shù)控刀具的特征造型進程，大大下降了造型規(guī)劃的雜亂程度和難度，具有較好的使用價值。

1．?dāng)?shù)牲加工常用刀具的種類及特色

數(shù)控加工刀具有必要適應(yīng)數(shù)控機床高速、和自動化程度高的特色，一般應(yīng)包含通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄。刀柄要聯(lián)接刀具并裝在機床動力頭上，因而已逐漸規(guī)范化和系列化。