刀具新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新品種的發(fā)展及趨勢(shì)

隨著制造業(yè)的高速發(fā)展，航空工業(yè)及模具行業(yè)等重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)部門(mén)對(duì)切削加工不斷提出更高的要求，推動(dòng)了采用新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的刀具不斷涌現(xiàn)，不斷豐富刀具品種。國(guó)內(nèi)外刀具制造商，如廈門(mén)金鷺特種合金有限公司等為了滿(mǎn)足航空制造對(duì)刀具的要求，與航空制造企業(yè)緊密合作，開(kāi)發(fā)新型刀具。由于飛機(jī)零件具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高、零件壁薄和飛機(jī)零件采用鈦合金、鎳基合金、碳纖維及其他難加工材料多的特點(diǎn)，因此引導(dǎo)著航空刀具研制向以下方向發(fā)展。

（1）高精度、高效率、高表面質(zhì)量。

（2）超高精度、超長(zhǎng)壽命。

（3）高強(qiáng)度、高剛性等難加工材料。

（4）各類(lèi)金屬材料與各類(lèi)復(fù)合材料夾層加工。

（5）開(kāi)發(fā)多功能刀具和高效專(zhuān)用刀具。

（6）可轉(zhuǎn)位刀具廣泛使。以往在航空材料加工中整體刀具占絕大多數(shù)，隨著航空材料中鈦合金、高溫合金、高強(qiáng)度鋼在應(yīng)用中的增加，可轉(zhuǎn)位刀具的應(yīng)用也逐步增加，可轉(zhuǎn)位刀具具有不經(jīng)焊接、無(wú)裂紋等缺陷，充分發(fā)揮原有刀片的切削性能，并減少機(jī)床停機(jī)磨刀，裝卸刀具的輔助時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，使用可轉(zhuǎn)位刀具比焊接刀具可提高切削效率35%以上。目前西方國(guó)家可轉(zhuǎn)位刀具進(jìn)入成熟期，其品種不斷增加，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，幾何參數(shù)更加合理，在切削刀具中占有率達(dá)到8左右，我國(guó)使用不到3。所以對(duì)于我國(guó)航空工業(yè)零件加工，更廣泛使用可轉(zhuǎn)位刀具是未來(lái)的發(fā)展方向。

（7）刀具設(shè)計(jì)研制的數(shù)字化?，F(xiàn)代刀具不僅應(yīng)能滿(mǎn)足高速切削、干式切削、硬切削、復(fù)合切削加工等先進(jìn)切削技術(shù)的需求，而且要滿(mǎn)足產(chǎn)品功能的多樣化、結(jié)構(gòu)的合理化、外形的實(shí)用美觀等方面的更高要求，但以往刀具的設(shè)計(jì)主要依靠經(jīng)驗(yàn)，依靠試驗(yàn)法，這種設(shè)計(jì)方法效率低、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品難度大，顯然已阻礙了新型刀具的開(kāi)發(fā)和使用，無(wú)法滿(mǎn)足先進(jìn)切削加工技術(shù)的需求。

現(xiàn)代切削技術(shù)的發(fā)展迫切需要先進(jìn)的刀具設(shè)計(jì)技術(shù)，而刀具設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是空間角度難計(jì)算，形狀復(fù)雜，尺寸繁多并且切削機(jī)理復(fù)雜，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及CAD/CAM技術(shù)的高速發(fā)展，采用先進(jìn)技術(shù)和專(zhuān)用的應(yīng)用軟件及刀具仿真技術(shù)進(jìn)行刀具的研制開(kāi)發(fā)將成為未來(lái)刀具設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的方向。

與刀具相關(guān)新技術(shù)的發(fā)展

刀具的切削不僅取決于刀具本身，還與使用機(jī)床、刀具與機(jī)床的連接、刀具的刀柄系統(tǒng)、刀具的動(dòng)平衡、刀具安全監(jiān)控系統(tǒng)等密切相關(guān)，而與刀具相關(guān)的技術(shù)也與刀具技術(shù)一起在科技進(jìn)步推動(dòng)下取得了新的進(jìn)展。

1.高速切削時(shí)刀具刀柄系統(tǒng)

加工中心等數(shù)控機(jī)床以前一直采用傳統(tǒng)的7∶24實(shí)心錐柄工具系統(tǒng)，這種刀柄由于只靠錐面結(jié)合，刀柄與主軸的聯(lián)接剛性較低，主軸轉(zhuǎn)速超過(guò)10000r/min，聯(lián)接剛性的不足更為明顯。對(duì)采用ATC刀柄換刀來(lái)說(shuō)，每次換刀后，刀具的徑向尺寸都可能發(fā)生變化，存在著重復(fù)定位精度低問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題主要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)7∶24刀柄進(jìn)行改進(jìn)。在HSK刀柄的啟發(fā)下，近年來(lái)出現(xiàn)了7∶24刀柄的新型聯(lián)接技術(shù)，如日本日研公司和大昭和公司分別研制出三處接觸（3LOCKSYSTEM）和雙面（BIGPLUS）2種7∶24聯(lián)接刀柄。與標(biāo)準(zhǔn)的7∶24刀柄比較，它們有更高的聯(lián)接剛性和精度，可用于高速、高效切削，并且還能與現(xiàn)有7∶24刀柄或機(jī)床兼容，是7∶24刀柄未來(lái)的發(fā)展方向，除對(duì)標(biāo)準(zhǔn)7∶24刀柄結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造外，目前主要采用新型的HSK刀柄和KM刀柄。

HSK刀柄是一種新型的高速錐形刀柄，其接口采用錐面和端面2面同時(shí)定位的方式，刀柄為中定，錐體長(zhǎng)度較短，有利于實(shí)現(xiàn)換刀的輕型化及高速化，由于采用端面定位，完全消除了軸向定位誤差，使高速、高精加工成為可能也是我們國(guó)內(nèi)制造廠刀具制造發(fā)展方向。高速刀具與主軸的連接技術(shù)隨著科技進(jìn)步今后還將得到不斷發(fā)展，使一些新概念刀柄——HSK、KM、3LOCK、BIGPLUS等刀柄得到進(jìn)一步改進(jìn)和完善。

當(dāng)前主軸與刀具連接技術(shù)發(fā)展方向是：

（1）采用雙面定位系統(tǒng)；

（2）裝夾精度高，夾持剛性好，結(jié)構(gòu)緊湊；

（3）刀柄帶平衡和減振裝置；

（4）發(fā)展多功能和智能型刀柄。

2.刀具動(dòng)平衡技術(shù)

對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的刀具還有平衡與安全問(wèn)題，在高速主軸系統(tǒng)中，任何旋轉(zhuǎn)體的不平衡都會(huì)產(chǎn)生離心力，不平衡的刀具或刀柄在高速切削時(shí)產(chǎn)生的離心力使機(jī)床產(chǎn)生振動(dòng)，旋轉(zhuǎn)刀具微小的不平衡量，在高速切削時(shí)都會(huì)造成很大的離心力，刀具不平衡產(chǎn)生的不規(guī)則切削力，將導(dǎo)致不規(guī)則的磨損，其結(jié)果一方面會(huì)影響工件的加工精度和表面質(zhì)量，另一方面會(huì)影響主軸軸承和刀具的使用壽命，更主要的是影響高速切削的安全性，所以高速切削需要認(rèn)真進(jìn)行刀具的動(dòng)平衡。

目前國(guó)外公司根據(jù)刀具動(dòng)平衡的要求開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用刀具動(dòng)平衡儀和立式刀具動(dòng)平衡儀，都可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的刀具動(dòng)平衡測(cè)量。新型動(dòng)平衡測(cè)量?jī)x發(fā)展的方向是測(cè)量精確高效、操作方便、功能強(qiáng)大。

3.刀具刃口鈍化的發(fā)展

目前國(guó)外進(jìn)口的整體刀具或可轉(zhuǎn)位刀片刃口大都進(jìn)行了刃口的鈍化。經(jīng)鈍化后的刀具或刀片刃口微觀缺陷徹底清除，有效地增加了刃口強(qiáng)度，其刀具耐用度一般可提高2至一倍，我國(guó)目前大部分刀具都未進(jìn)行鈍化處理，耐用度低，刀具消耗費(fèi)用大，所以刀具刃口的鈍化是我國(guó)當(dāng)前刀具制造發(fā)展的一個(gè)方向。