刀具新技術、新結構、新品種的發展及趨勢

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發布時間：

2023-07-31 16:54

刀具新技術、新結構、新品種的發展及趨勢

隨著制造業的高速發展，航空工業及模具行業等重點產業部門對切削加工不斷提出更高的要求，推動了采用新技術、新結構的刀具不斷涌現，不斷豐富刀具品種。國內外刀具制造商，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，與航空制造企業緊密合作，開發新型刀具。由于飛機零件具有結構復雜、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，因此引導著航空刀具研制向以下方向發展。

（1）高精度、高效率、高表面質量。

（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合材料夾層加工。

（5）開發多功能刀具和高效專用刀具。

（6）可轉位刀具廣泛使。以往在航空材料加工中整體刀具占絕大多數，隨著航空材料中鈦合金、高溫合金、高強度鋼在應用中的增加，可轉位刀具的應用也逐步增加，可轉位刀具具有不經焊接、無裂紋等缺陷，充分發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點，使用可轉位刀具比焊接刀具可提高切削效率35%以上。目前西方國家可轉位刀具進入成熟期，其品種不斷增加，結構優化，幾何參數更加合理，在切削刀具中占有率達到8左右，我國使用不到3。所以對于我國航空工業零件加工，更廣泛使用可轉位刀具是未來的發展方向。

（7）刀具設計研制的數字化。現代刀具不僅應能滿足高速切削、干式切削、硬切削、復合切削加工等先進切削技術的需求，而且要滿足產品功能的多樣化、結構的合理化、外形的實用美觀等方面的更高要求，但以往刀具的設計主要依靠經驗，依靠試驗法，這種設計方法效率低、設計周期長、開發新產品難度大，顯然已阻礙了新型刀具的開發和使用，無法滿足先進切削加工技術的需求。

現代切削技術的發展迫切需要先進的刀具設計技術，而刀具設計的特點是空間角度難計算，形狀復雜，尺寸繁多并且切削機理復雜，但隨著計算機技術及CAD/CAM技術的高速發展，采用先進技術和專用的應用軟件及刀具仿真技術進行刀具的研制開發將成為未來刀具設計與開發的方向。

與刀具相關新技術的發展

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、刀具的動平衡、刀具安全監控系統等密切相關，而與刀具相關的技術也與刀具技術一起在科技進步推動下取得了新的進展。

1.高速切削時刀具刀柄系統

加工中心等數控機床以前一直采用傳統的7∶24實心錐柄工具系統，這種刀柄由于只靠錐面結合，刀柄與主軸的聯接剛性較低，主軸轉速超過10000r/min，聯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生變化，存在著重復定位精度低問題。為解決這些問題主要對標準7∶24刀柄進行改進。在HSK刀柄的啟發下，近年來出現了7∶24刀柄的新型聯接技術，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聯接刀柄。與標準的7∶24刀柄比較，它們有更高的聯接剛性和精度，可用于高速、高效切削，并且還能與現有7∶24刀柄或機床兼容，是7∶24刀柄未來的發展方向，除對標準7∶24刀柄結構進行改造外，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制造廠刀具制造發展方向。高速刀具與主軸的連接技術隨著科技進步今后還將得到不斷發展，使一些新概念刀柄——HSK、KM、3LOCK、BIGPLUS等刀柄得到進一步改進和完善。

當前主軸與刀具連接技術發展方向是：

（1）采用雙面定位系統；

（2）裝夾精度高，夾持剛性好，結構緊湊；

（3）刀柄帶平衡和減振裝置；

（4）發展多功能和智能型刀柄。

2.刀具動平衡技術

對高速旋轉的刀具還有平衡與安全問題，在高速主軸系統中，任何旋轉體的不平衡都會產生離心力，不平衡的刀具或刀柄在高速切削時產生的離心力使機床產生振動，旋轉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，刀具不平衡產生的不規則切削力，將導致不規則的磨損，其結果一方面會影響工件的加工精度和表面質量，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真進行刀具的動平衡。

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

3.刀具刃口鈍化的發展

目前國外進口的整體刀具或可轉位刀片刃口大都進行了刃口的鈍化。經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前刀具制造發展的一個方向。