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

隨著制造業(yè)的高速發(fā)展，航空工業(yè)及模具行業(yè)等重點產(chǎn)業(yè)部門對切削加工不斷提出更高的要求，推動了采用新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的刀具不斷涌現(xiàn)，不斷豐富刀具品種。國內(nèi)外刀具制造商，如廈門金鷺特種合金有限公司等為了滿足航空制造對刀具的要求，與航空制造企業(yè)緊密合作，開發(fā)新型刀具。由于飛機零件具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高、零件壁薄和飛機零件采用鈦合金、鎳基合金、碳纖維及其他難加工材料多的特點，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、超長壽命。

（3）高強度、高剛性等難加工材料。

（4）各類金屬材料與各類復(fù)合材料夾層加工。

（5）開發(fā)多功能刀具和高效專用刀具。

（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、無裂紋等缺陷，充分發(fā)揮原有刀片的切削性能，并減少機床停機磨刀，裝卸刀具的輔助時間等優(yōu)點，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，我國使用不到3。所以對于我國航空工業(yè)零件加工，更廣泛使用可轉(zhuǎn)位刀具是未來的發(fā)展方向。

（7）刀具設(shè)計研制的數(shù)字化。現(xiàn)代刀具不僅應(yīng)能滿足高速切削、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，而且要滿足產(chǎn)品功能的多樣化、結(jié)構(gòu)的合理化、外形的實用美觀等方面的更高要求，但以往刀具的設(shè)計主要依靠經(jīng)驗，依靠試驗法，這種設(shè)計方法效率低、設(shè)計周期長、開發(fā)新產(chǎn)品難度大，顯然已阻礙了新型刀具的開發(fā)和使用，無法滿足先進(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)計技術(shù)，而刀具設(shè)計的特點是空間角度難計算，形狀復(fù)雜，尺寸繁多并且切削機理復(fù)雜，但隨著計算機技術(shù)及CAD/CAM技術(shù)的高速發(fā)展，采用先進(jìn)技術(shù)和專用的應(yīng)用軟件及刀具仿真技術(shù)進(jìn)行刀具的研制開發(fā)將成為未來刀具設(shè)計與開發(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，還與使用機床、刀具與機床的連接、刀具的刀柄系統(tǒng)、刀具的動平衡、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)步推動下取得了新的進(jìn)展。

1.高速切削時刀具刀柄系統(tǒng)

加工中心等數(shù)控機床以前一直采用傳統(tǒng)的7∶24實心錐柄工具系統(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10000r/min，聯(lián)接剛性的不足更為明顯。對采用ATC刀柄換刀來說，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)定位精度低問題。為解決這些問題主要對標(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刀柄或機床兼容，是7∶24刀柄未來的發(fā)展方向，除對標(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面同時定位的方式，刀柄為中定，錐體長度較短，有利于實現(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.刀具動平衡技術(shù)

對高速旋轉(zhuǎn)的刀具還有平衡與安全問題，在高速主軸系統(tǒng)中，任何旋轉(zhuǎn)體的不平衡都會產(chǎn)生離心力，不平衡的刀具或刀柄在高速切削時產(chǎn)生的離心力使機床產(chǎn)生振動，旋轉(zhuǎn)刀具微小的不平衡量，在高速切削時都會造成很大的離心力，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)果一方面會影響工件的加工精度和表面質(zhì)量，另一方面會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)行刀具的動平衡。

目前國外公司根據(jù)刀具動平衡的要求開發(fā)了專用刀具動平衡儀和立式刀具動平衡儀，都可以實現(xiàn)全自動的刀具動平衡測量。新型動平衡測量儀發(fā)展的方向是測量精確高效、操作方便、功能強大。

3.刀具刃口鈍化的發(fā)展

目前國外進(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度，其刀具耐用度一般可提高2至一倍，我國目前大部分刀具都未進(jìn)行鈍化處理，耐用度低，刀具消耗費用大，所以刀具刃口的鈍化是我國當(dāng)前刀具制造發(fā)展的一個方向。