刀具与切削加工技术的新发展

一、与高速铣削和多功能车削中心相适应的刀具及切削技术

在切削加工方面,寄希望于建立快捷生产体制的刀具产品,首推高速铣削刀具。目前,加工中心等机床主轴与刀具的连接方式,在欧洲已普遍采用HSK刀柄,并已制定出ISO标准。日本国内正在推广采用这种工具系统。迄今为止,日本厂商已开发出多种工具系统,连接方式更是五花八门,用户在选购时感到十分困惑。因此,日本机床生产厂和终端用户都希望开发一种适用于车削中心的HSK工具系统。目前,日本共有16家工具企业和夹头生产厂在联合开发此种产品,不久即可进行批量生产。这对于提高加工效率、降低生产成本和提高加工质量均可得到极为良好的效果。

Sodick公司开发出一种三轴直线电机驱动小型加工中心(工作台尺寸400mm×600mm),这是一种适用于高速铣削加工的机型,主轴最高转速达到40000r/min,与其他同类机床相比,成本降低至50%以下。为了在高速铣削条件下保证加工精度和刀具寿命,该机床采用了热装式工具夹持系统。这种趋势今后还将继续发展下去。如MMC神钢工具公司开发的适用于热装式工具夹持系统的立铣刀系列产品,这些立铣刀尽可能保持最小程度的伸出量,可进行稳定的高速铣削加工。许多生产热装式夹紧系统的企业推出的产品大都采用欧洲生产的电磁感应加热方式。日本YES电子工业公司自行开发的新型电磁感应加热装置,商品名MEGAHEATER。这是一种袖珍热装设备,它采用新型电磁感应方式,克服了以往电磁感应易受干扰的不良影响,电源(称作mega加热器)为盒式结构,可节省设备占用空间,而且设计新颖,便于操作。

为了简化生产程序,实现超短交货期限,车削中心和五轴控制的加工中心需用大量多功能刀具。MAZAK公司就为车削中心开发出一系列多功能刀具,这些刀具按照NC程序的指令进行切削,一把刀具可完成内外圆切削、内外螺纹切削、镗削、立铣等多种加工,从坯料到复杂形状的工件,可由一道工序完成。牧野铣床制作所在立式加工中心上安装分度装置,利用机床自身的多轴控制功能,可在一道工序内完成多个部位的切削加工。

二、一般切削刀具的最新动向

涂层处理是大幅度提高刀具性能的重要手段。目前,在硬质合金(超细晶粒硬质合金)基体表面涂覆碳化物、氧化铝、氮化物的刀具使用已相当广泛。日立工具公司纳米涂层技术的最新成果,是开发出TiSiN和CrSiN涂层立铣刀,两种涂层材料的粒径均为5nm,前者可高速加工50～70HRC的高硬度钢,后者可高速高精度加工43HRC的软钢及预淬硬钢。两种涂层的硬度和抗氧化性能均优于其他涂层,在延长刀具寿命、缩短加工周期等方面,有着突出的效果。

住友电工公司开发出了DLC(DiamondLikeCarbon,类金刚石)涂层铣刀刀片,这种刀片最宜用于铝合金等有色金属的干式切削加工。采用DLC涂层的硬质合金立铣刀、钻头等产品,有着优异的表面润滑性能,是干式切削的理想刀具品种。以往深孔加工是很难采用干式切削的。不二越公司推出了一种长钻头,可进行半干式(MQL)深孔加工,加工孔深度为钻头直径的20倍,此种钻头也是经过DLC涂层处理的。DUET公司开发出一种金刚石与硬质合全烧结成一体的Beam钻头,特点是不存在焊接缺陷,使用寿命长,切削锋利度优异,可重磨,并可制作φ0.4mm的小直径钻头。Beam钻头主要用于铝合金、纤维增强塑料(CFRP)、金属基复合材料、工程陶瓷等材料的高速孔加工。

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