五、刀具新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

    1、可轉(zhuǎn)位刀具技術(shù)是刀具發(fā)展史上的一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新，它具有不經(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(jī)床停機(jī)磨刀、裝卸刀具的輔助時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。國外分析資料表明；使用可轉(zhuǎn)位刀具比焊接刀具提高切削效率37.5%，并可降低單件生產(chǎn)成本30－49％。他們的結(jié)論是：應(yīng)用可轉(zhuǎn)位刀具是生產(chǎn)發(fā)展的必由之路。因此西方工業(yè)化國家用了5－10年就全面普及應(yīng)用，又用了10年使可轉(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)更趨合理，不僅在車削、銑削、鉆削有新的突破，而且擴(kuò)大到拉削、齒輪加工等涉及高速鋼刀具領(lǐng)域的加工，目前美國、德國、日本可轉(zhuǎn)位刀具使用面達(dá)到90％左右，使可轉(zhuǎn)位刀具這顆機(jī)床的“牙齒”更加鋒利和堅(jiān)硬，真正成為現(xiàn)代切削加工這個(gè)舞臺上的主角。

    2、高速加工要求現(xiàn)代刀具具有高效率、高精度、高可靠性和專業(yè)化的所謂“三高一�！碧攸c(diǎn)。特別是對其安全性的要求，切削對刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了新的要求，近年來，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織正在制定和提出標(biāo)準(zhǔn)草案作為ISO的建議，征求各成員國意見。例如：高速旋轉(zhuǎn)銑刀、鏜刀的安全性、動(dòng)平衡和刀具的裝夾都要有可靠的安全措施。刀具在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)受到離心力的作用，其大小可遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過切削力，甚至導(dǎo)致刀體的破碎，造成重大事故。試驗(yàn)顯示：一把直徑80mm的機(jī)夾面銑刀在37600轉(zhuǎn)／分時(shí)破碎，一把直徑12mm的機(jī)夾立銑刀在轉(zhuǎn)速達(dá)到36000轉(zhuǎn)／分時(shí)彎曲、斷裂，刀片的夾緊螺釘斷裂并造成刀片及其夾緊零件甩飛。因此用于高速切削的旋轉(zhuǎn)類刀具的結(jié)構(gòu)必須經(jīng)過科學(xué)的強(qiáng)度計(jì)算和試驗(yàn)，改進(jìn)現(xiàn)有刀片的夾緊方法，有的廠家在刀片底面與刀體形成園鍵連接設(shè)計(jì)，減少螺釘?shù)氖芰Α⒎乐沟镀�的甩飛，其結(jié)構(gòu)要求對稱，并留有可作動(dòng)平衡的位置和裝置。又如：日本大昭和公司的高速鏜刀就是帶有配重塊通過小齒輪齒條自動(dòng)補(bǔ)償?shù)钠胶庋b置、解決了10000轉(zhuǎn)／分以上高速鏜高精度孔的問題。

    3、刀具技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)趨勢是開發(fā)多功能刀具和高效專用刀具，如以色列依斯卡公司的“霸王刀”，在一個(gè)刀頭的幾個(gè)方向上都有切削刃，可在一次裝卡工序中完成左右車外園、車端面、切溝槽、倒角、仿形等多道工序，節(jié)省刀具數(shù)量、減少換刀時(shí)間，提高工效1－3倍。一種多功能銑刀，利用數(shù)控機(jī)床的編程功能，完成幾種不同工序的加工，對于復(fù)雜形狀模具（腔）的加工可實(shí)現(xiàn)軸向進(jìn)刀。另一種孔加工專用刀具，可以在一次走刀中完成鉆孔、倒內(nèi)外角，車端面工序。這些多功能刀具或?qū)Ｓ玫毒�，充分體現(xiàn)了刀具在提高加工效率、降低制造成本、節(jié)約投資中的重要作用，因而越來越受到刀具制造商和用戶的重視，也代表了刀具結(jié)構(gòu)發(fā)展的一個(gè)方向。

    4、孔加工刀具――鉆、擴(kuò)、鏜、鉸、滾（擠）壓等工藝，品種繁多豐富多彩，僅舉鉆、鉸兩類刀具。一般孔采用可轉(zhuǎn)位淺孔鉆居多，深孔采用噴吸鉆效率高，而精密孔加工則采用德國瑪帕公司的單刃鉸刀和最新開發(fā)的可轉(zhuǎn)位雙刃鉸刀具有優(yōu)勢。單刃鉸刀主要特點(diǎn)：①切削刃與支撐塊組成“前切后擠”原理，使孔的不圓度達(dá)1-3μm，孔的精度達(dá)H6級。②刀片采用上壓和微調(diào)式結(jié)構(gòu)，夾緊可靠，尺寸精度調(diào)整精確。③內(nèi)冷卻排屑流暢、刀具壽命高。德國瓦爾特公司孔加工鉸刀在選用刀片材料與所用加工時(shí)間的切削效率做了對比；如加工灰鑄鐵，孔徑30mm，孔長50mm，其切削效率對比見圖；高速鋼118秒，硬質(zhì)合金40分，涂層金屬陶瓷（單刃）9秒（多刃）1.5秒，而采用立方氮化硼僅0.3秒，說明材料的改變其切削效率成倍增長。

    5、近幾年可轉(zhuǎn)位銑刀結(jié)構(gòu)最突出的進(jìn)展是帶前角、螺旋形刀刃及分屑槽刀片的開發(fā)，甚至加工鑄鐵的面銑刀其刀片也是帶前角的曲線刀刃，不再是千篇一律的平前傾面，而有了更合理的幾何參數(shù)、徑向前角或軸向前角由負(fù)變正、由小變大，因此切削非常輕快平穩(wěn)（降低切削力30％）。近年來國外幾個(gè)廠家同時(shí)推出一種正八方帶前角的刀片、這種正八方的刀片兩面用，變成了16個(gè)切削刃，大大提高了刀片材料利用率，同時(shí)也大大降低了刀片費(fèi)用。銑刀結(jié)構(gòu)發(fā)展另一個(gè)方向就是密齒及特密齒，尤其是雙負(fù)角的陶瓷銑刀，為了增加齒含量，使切削加工更趨于平穩(wěn)，加快走刀量提高生產(chǎn)效率和表面質(zhì)量，是一個(gè)值得重視的發(fā)展趨勢。

    6、重型刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為新穎，如德國瓦德利希科堡（英格索爾公司），生產(chǎn)世界上最大曲軸銑機(jī)床和配套銑刀的廠家。可加工大型船用柴油機(jī)曲軸，曲軸的一個(gè)拐25噸重。銑刀直徑為5.5米，厚140mm，刀齒的粗齒44×5＝220齒、精齒4個(gè)共224齒。刀盤重30噸，機(jī)床功率200千瓦，每小時(shí)切屑重5.7噸。加工工藝：銑曲軸兩側(cè)面及軸頸，然后在刀盤上換裝一個(gè)數(shù)控車削裝置，車削曲軸軸頸和兩園根。該銑刀一個(gè)非常重要的關(guān)鍵技術(shù)：刀盤上均布有8個(gè)大孔，孔內(nèi)安裝了減振裝置（專利），解決銑削過程切削振動(dòng)的問題。刀具結(jié)構(gòu)新穎、奇特、技術(shù)含量很高。   

    六、與刀具相關(guān)新技術(shù)的應(yīng)用 

    1、高速切削時(shí)旋轉(zhuǎn)刀具的刀柄系統(tǒng)：加工中心等NC機(jī)床多年來一直采用7：24實(shí)心錐柄工具系統(tǒng)，這種實(shí)心錐柄具有以下缺點(diǎn)：（1）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10000轉(zhuǎn)/分時(shí)，聯(lián)接剛性的不足更為明顯；（2）當(dāng)采用ATC方式安裝刀具時(shí)，重復(fù)定位精度較低，難以實(shí)現(xiàn)高精密加工；（3）當(dāng)主軸高速回轉(zhuǎn)時(shí)，主軸前端在離心力作用下會發(fā)生膨脹，易導(dǎo)致主軸與刀柄錐面脫離，使徑向跳動(dòng)急劇增大（可達(dá)15μm），易發(fā)生安全事故。為解決這一問題，開發(fā)了采用錐部和主軸端面同時(shí)定位的雙定位式刀柄如、德國的HSK空心刀柄錐部定位，并使機(jī)床主軸端面貼緊，其重復(fù)定位精度較高，軸向可達(dá)0.001mm，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心作用時(shí)刀柄會牢固鎖緊，其徑向跳動(dòng)不超過5μm，可保持較高的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)剛性。HSK結(jié)構(gòu)已列入國際標(biāo)準(zhǔn)，被不少國家應(yīng)用到工具系統(tǒng)之間的連接上。  

    2、模塊或工具系統(tǒng)是數(shù)控刀具連接結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。通過不同模塊的組合，用盡可能少的模塊組成一個(gè)功能全、柔性好的工具系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高精度、高剛性并能快換的連接結(jié)構(gòu)，可以顯著提高機(jī)床的利用率，使機(jī)床的機(jī)動(dòng)時(shí)間在生產(chǎn)節(jié)拍中的比例提高10-30%。目前，世界各國大工具廠家開發(fā)了許多工具系統(tǒng)，各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)有選擇的應(yīng)用。

    3、刀具監(jiān)控系統(tǒng)：刀具的監(jiān)測技術(shù)對于高速切削加工的安全性十分重要。刀具監(jiān)測技術(shù)主要包括通過監(jiān)測切削力以控制刀具磨損；通過監(jiān)測機(jī)床功率以間接獲得刀具磨損信息；監(jiān)測刀具斷裂（破損）等。對于切削過程進(jìn)行監(jiān)控是先進(jìn)制造技術(shù)走向更高程度的自動(dòng)化甚至無人化，提高數(shù)控機(jī)床利用率，保證加工質(zhì)量，防止意外事故的重要手段。引入現(xiàn)代的微電子傳感器、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)對切削過程進(jìn)行可靠的監(jiān)控是現(xiàn)代金屬切削技術(shù)發(fā)展的又一特征。  

    4、刀具管理系統(tǒng)：刀具的管理系統(tǒng)是柔性制造系統(tǒng)（FMS）中必不可少的重要組成部分，已在各國特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國家中得到了廣泛的應(yīng)用。刀具管理處于一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過程，其主要包括以下幾方面的內(nèi)容：（1）刀具的貯存，運(yùn)輸和交換；（2）刀具的分配與調(diào)度；（3）刀具的監(jiān)控；（4）刀具的信息管理。刀具是加工中心進(jìn)行金屬切削的主要工具，它的使用是否最佳，調(diào)度是否合理，管理是否完善，控制是否有效，對整個(gè)柔性制造系統(tǒng)（FMS）的利用率，生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量都將產(chǎn)生很大影響。   

    5、刀具刃口鈍化問題應(yīng)引起重視：目前我國絕大部分可轉(zhuǎn)位刀片刃口未經(jīng)鈍化處理，刀具耐用度低，刀具消耗費(fèi)用大。而從國外引進(jìn)的刀片生產(chǎn)線都帶有刀片刃口鈍化機(jī)，經(jīng)鈍化后的刀片刃口微觀缺口徹底消除，有效的增加了刃口強(qiáng)度，其刀具耐用度一般提高20%以上至1倍。目前已研制成功一種能普及應(yīng)用的小型可轉(zhuǎn)位刀片刃口鈍化機(jī)，機(jī)型輪廓尺寸：400×400×600（毫米），其特點(diǎn)是：采用齒輪減速電子調(diào)速電機(jī)傳動(dòng)的行星機(jī)構(gòu)，使刀片自轉(zhuǎn)并公轉(zhuǎn)，由高速旋轉(zhuǎn)的含磨料尼龍盤刷鈍化刀片刃口，采用時(shí)間繼電器控制鈍化時(shí)間和袖珍顯微鏡檢測刀片刃口鈍化參數(shù)，該小型可轉(zhuǎn)位刀片刃口純化機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊合理、靈巧可靠、操作方便，適于刀片制造部門和機(jī)械加工車間應(yīng)用推廣。    

    七、幾點(diǎn)啟示和建議    

    我國正處于制造技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)期，數(shù)控機(jī)床的普及、先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展、制造業(yè)現(xiàn)代化步伐的加快對刀具行業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)。面對機(jī)械產(chǎn)業(yè)的升級和結(jié)構(gòu)的重大調(diào)整，對工具市場的需求迅速增長，對刀具行業(yè)提供了巨大的機(jī)遇和發(fā)展空間。  

    建國以來，刀具行業(yè)為機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展做了大量工作，取得了很大成績，但隨著切削加工速度的提高，難切削加工材料的大量使用，數(shù)控設(shè)備的普及，對切削加工刀具的要求越來越高，國內(nèi)的刀具已經(jīng)滿足不了制造業(yè)發(fā)展的需求。改革開放，加入WTO，國外刀具企業(yè)大量涌入，刀具市場的競爭更加激烈。面對越來越嚴(yán)峻的市場，國內(nèi)刀具企業(yè)應(yīng)轉(zhuǎn)變觀念，提高市場意識、品牌意識，抓住機(jī)遇，加快自身的技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)改造力度，加大研發(fā)力度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、優(yōu)良的服務(wù)贏得客戶的信任。只有這樣，國內(nèi)刀具廠商才能在激烈的市場競爭中確定自己的優(yōu)勢，贏得更多的市場份額。

    國外刀具企業(yè)進(jìn)入國內(nèi)市場，帶來了先進(jìn)刀具和經(jīng)營理念，促進(jìn)了刀具技術(shù)的發(fā)展，提高了機(jī)械制造業(yè)的切削加工水平，得到了廣大客戶的認(rèn)可。特別是在國內(nèi)設(shè)廠的外國刀具企業(yè)，如山特維克可樂滿、肯納飛碩、瓦爾特、鈷領(lǐng)都取得了很好的業(yè)績，從這次調(diào)查的數(shù)據(jù)中可以看出，這些企業(yè)都有突出的表現(xiàn)。   

    刀具技術(shù)發(fā)展很快，先進(jìn)的切削刀具、新型的切削刀具材料、涂層技術(shù)不斷涌現(xiàn)，滿足了機(jī)械制造業(yè)的需求。先進(jìn)的刀具如何被客戶所接受，有一個(gè)推廣和培訓(xùn)的問題，調(diào)查中用戶對刀具的培訓(xùn)有強(qiáng)烈的要求。服務(wù)已成為產(chǎn)品的一部分，刀具企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)服務(wù)意識，深入用戶，了解用戶的生產(chǎn)和工藝，為用戶推薦、選用刀具，幫助用戶培訓(xùn)、用好刀具。這樣一定會收到雙贏的效果。    

    采用先進(jìn)刀具，適當(dāng)?shù)脑黾拥毒哔M(fèi)用的投入，是制造業(yè)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和企業(yè)競爭力的有效手段，這已逐漸成為業(yè)內(nèi)人士的共識。市場競爭要求制造業(yè)不斷提高質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。制造業(yè)企業(yè)只有轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念，正確理解成本降低的概念，克服片面控制工具費(fèi)用消耗的做法。應(yīng)該看到，合理的刀具投入，可以成倍地提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，不僅增加企業(yè)的競爭力，而且促進(jìn)刀具行業(yè)的發(fā)展。   

    為了使我國切削技術(shù)盡快趕上世界先進(jìn)水平，2003年9月在南京舉行的中國刀協(xié)二次會員代表大會暨第一屆先進(jìn)切削技術(shù)高層論壇上確立了“發(fā)展切削技術(shù)、建設(shè)制造強(qiáng)國”的宏偉目標(biāo)。2004年9月于太原舉行的中國刀協(xié)二屆二次理事擴(kuò)大會議從目前國內(nèi)機(jī)械制造企業(yè)的實(shí)際出發(fā)，決定從2005年起在團(tuán)體會員單位開展“中國刀協(xié)會20工程”活動(dòng)。要求各企事業(yè)團(tuán)體會員單位通過切削應(yīng)用技術(shù)的培訓(xùn)和先進(jìn)刀具的推廣，用2年左右的時(shí)間率先實(shí)現(xiàn)提高切削效率20%的目標(biāo)，已得到廣大會員單位和職工的積極響應(yīng)，并取得了豐碩成果。  

    展望未來，在以胡錦濤同志為首的黨中央領(lǐng)導(dǎo)下，以科學(xué)發(fā)展觀和全面建設(shè)小康社會精神鼓舞下，我們的祖國更加繁榮富強(qiáng)，我們的制造業(yè)與時(shí)俱進(jìn)開拓創(chuàng)新、徹底甩掉“切削水平落后”的帽子，將成為現(xiàn)代制造業(yè)強(qiáng)國而奮斗。

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