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数控刀具

用小直径可转位刀具替换整体硬质合金刀具

长期以来，整体硬质合金旋转刀具主控着直径小于20mm的刀具市场。人们对整体硬质合金刀具产生这一由来已久的认知，往往出于为刀具的可靠性做出***的选择。可转位刀具的制造商们甚至没有能成功地渗入占领这一整体硬质合金刀具的堡垒。

下面列举人们在做出选择时考虑的两个重要因素：其一，从获取加工的角度来看，整体硬质合金刀具比可转位刀具更有优势，直径越小，整体硬质合金刀具的优势就越明显。然而，随着整体硬质合金刀具直径的减小，刀具精度降低（如跳动精度），这将对刀具寿命带来显著的影响。其二，可转位刀具由可转位刀体、可转位刀片以及装配用机械夹紧部件组成，夹紧螺钉或楔块之类的夹紧部件用以确保刀片安置于刀体***槽内。意欲缩减刀具直径，减小装配组件尺寸很有必要。然而，紧固零部件尺寸的缩小会导致其强度减弱，使得刀具不能承受常规切削参数下的切削载荷。这会严重限制刀具的应用范围；进而使得刀具整体装配结构变弱甚至失效。

事实上，相比于可转位刀具的概念，小直径整体硬质合金刀具的价格往往更高，这使大家进一步意识到小直径范围内可转位刀具的重要性。

提供可转位刀具作为选择

在上述直径范围内使用可转位刀具有几个显著的优势，这在用户眼里非常具有吸引力。在许多案例中，特别是粗加工切削刃失效时，采用可转位刀具时仅需对刀片进行简单的转位操作，非常经济合算；而采用整体硬质合金刀具时则需用全新的刀具替换已报废的刀具。采用可转位刀具还带来额外的好处，那就是免除了对失效的整体硬质合金刀具进行既浪费时间也浪费资源的重磨及重涂层操作。

刀具制造商们迎接来自整体硬质合金刀具概念的挑战并取得了显著的进展，开发出基于可靠设计且具有商业化可行性的小直径可转位刀具。在这一方向的努力已经有了成果，夹持可转位刀头或可转位刀片的铣刀及钻头已能用于替代整体硬质合金刀具。

颇具竞争力的性能

可换硬质合金刀头式刀具的推出昭示着关注焦点的转变。例如，伊斯卡就推出了两种基于这一理念的刀具，那就是变形金刚立铣刀（MULTI-MASTER）系列及变色龙钻（CHAMDRILL）系列。

新式刀具凭借其性能及精度特性在功能上能与整体硬质合金刀具设计相匹敌。这类系列的共性是，一个刀头能装夹于不同的刀体；反之一个刀体能装夹不同的刀头，有助于生成丰富多样的装配组合，促成刀具库存件数的减少。

另一重要的设计—“快换刀头，无停机时间”，也是可换头式刀具的特征之一，因无需浪费时间在重新装夹调试刀具上，能实现刀体夹持于机床主轴上就能在机更换失效的刀头。这能消减加工周期，并进而降低生产成本。与此相反，当整体硬质合金铣刀或钻头失效，新一轮的刀具装卸周期则不可避免。

另外，这一概念确保继承了整体硬质合金刀具的所有相关优点。在所探讨的直径范围内，“可换刀头式”硬质合金刀具凭借其原理在刀具设计方面具有更明显的优势和特点。变形金刚立铣刀系列（MULTI-MASTER）小直径为5mm；束魔变色龙钻（SUMOCHAM）小直径为6mm；变形金刚立铣刀还能用于加工沉头螺钉孔，中心钻小直径为1mm。

LOGIQ系列带来全新的视角

伊斯卡全新逻辑·智胜LOGIQ系列推出了小规格的可转位旋转刀具。公司推出好几个系列的名义直径不大于20mm的刀具。接下来扼要地回顾这些系列以更清晰地理解这些新式刀具是否能打破整体硬质合金刀具的壁垒。

让人感兴趣的是新系列可转位铣刀，直径范围为8-16mm。这些系列推荐用于方肩铣或大进给铣削。具有几个共性的特点：夹持带3个切削刃的三角形刀片，紧固刀片的机械部件为夹紧螺钉。然而，看上去相似的结果却来自于不同的设计思路。HELI3MILL 及 MICRO3FEED系列铣刀直径范围为10-16mm，采用了经典的刀片锁紧设计，即夹紧螺钉通过刀片中心孔对刀片进行夹紧；而NANMILL 及NANFEED系列铣刀直径范围为8-10mm，采用了以下概念的夹紧方式。在如此小的直径范围内，如前所提的过刀片中心孔夹紧螺钉，无法提供可被接受可实操的解决方案。在新的概念中，螺钉置放于刀片前刀面上方，夹紧螺钉头充当了楔块的角色。这提供了可靠的刚性夹紧，刀片因无中心孔的结构而均质耐用，使得刀片转位简捷。

按预计，这些系列将用于紧凑部件的制造，不同工业领域如模具工业的小尺寸型腔铣、挖槽加工以及小型零部件的铣削加工，也用于小型零部件的生产制造。

小改变带来大冲击

1mm的改变是多还是微不足道？对于小直径范围内的可转位刀具而言，这将带来大大的不同。伊斯卡新推出直径为5mm的束魔变色龙钻（SUMOCHAM）刀头，标志着为可换头式钻头应用范围带来了重大的进步。

在小直径范围内，可换头式刀具能提供及的优势，使得其成为传统的整体硬质合金刀具的有力的竞争对手。可转位刀具正在切入金属切削实践领域，这值得引起大家的关注。

超实用的刀具涂层的深度解析，看完选刀无忧！

超实用的刀具涂层的深度解析，看完选刀无忧！

金属切削加工有必要满意对出产率和加工速度不断进步的要求。加工时产生的冲突、工件和刀具的磨损是构成出产率丢失的主要要素。根据德国冲突学会的陈述，在工业化***，每年仅由冲突和磨损构成的丢失就占到社会出产总值的大约5%。

刀具涂层能够改善刀具的冲突和磨损功能，因而在切削加工中必不可少。多年来，外表处理技能提供商一直在开发定制化的涂层解决计划，以进步刀具的耐磨性、加工功率和使用寿数。独特的挑战来自于对以下四个要素的重视与优化：①刀具外表的涂前和涂后处理；②涂层资料；③涂层结构；④涂层刀具综合加工技能。

图1 切削加工的成功取决于刀具、涂层、资料等各种要素之间相互效果的优化

刀具磨损来源

在切削过程中，一些磨损机理发作在刀具与工件资料的接触区。例如，切屑与切削外表之间的粘结磨损、工件资猜中的硬质点对刀具的磨料磨损，以及冲突化学反应（由机械效果和高温引起的资料化学反应）引起的磨损。因为这些冲突应力会减小刀具的切削力和缩段刀具的使用寿数，因而它们主要影响刀具的加工功率。

外表涂层能够减小冲突力的影响，一同，刀具基体资料可对涂层起到支撑效果，并吸收机械应力。冲突系统功能的改善除了能够进步出产率以外，还能节约资料和下降能源消耗。

图2 涂层刀具

涂层对下降加工本钱的效果

在出产周期中，刀具的使用寿数是一个重要的本钱要素。除了其他含义以外，可将刀具寿数理解为机床在需求维护之前能够不间断加工的时常。刀具寿数越长，因出产中断而产生的本钱就越低，机床的维护工作也越少。

即便在切削温度很高的情况下，使用涂层也能够延伸刀具的使用寿数，然后大大下降加工本钱。此外，刀具涂层还能够削减对润滑液的需求。这不但能够下降物料本钱，并且还有助于保护环境。

图3 即便在高速切削淬硬钢时，涂层铣刀的使用寿数也能大幅进步

涂层前和涂层后处理对出产率的影响

在现代切削加工中，刀具要承受高压（＞2GPa）、高温和不断循环的热应力。在刀具涂层之前和涂层以后，有必要对其进行相应的工艺处理。

在刀具涂层之前，可选用各种预处理方法使刀具为随后的涂层工艺做好准备，一同明显进步涂层的附着力。经过与涂层的一同效果，对刀具切削刃的制备也能进步切削速度和进给率，并延伸刀具的使用寿数。

涂层后处理（刃口制备、外表处理和结构化处理）对刀具的优化也起着决定性效果，特别能够避免经过构成积屑瘤（工件资料粘结到刀具切削刃上）而可能构成的前期磨损。

图4 PVD涂层炉内部一瞥

涂层考虑要素与挑选

对涂层功能的要求可能迥然不同。在切削时刃口温度很高的加工条件下，涂层的耐热磨损功能就变得极其重要。人们希望，现代涂层还应具有以下特性：优异的高温功能、抗痒化功能、高硬度（即便在高温条件下），以及经过纳米结构层规划而具有的微观韧性（塑性）。

对刀具而言，优化的涂层粘附性和合理散布的剩余应力是两个决定性要素。首要，需求考虑基体资料与涂层资料的相互效果。其次，涂层资料与被加工资料之间应具有尽可能小的亲和性。经过选用适当的刀具几何形状和对涂层进行抛光的方法，能够明显下降涂层与工件发作粘结的可能性。

铝基涂层（如AlTiN）是切削加工行业常用的刀具涂层。在切削高温效果下，这些铝基涂层能够构成薄而细密的氧化铝层，而氧化铝层在加工中能够不断自我更新，并保护涂层和其下的基体资料不被氧化侵蚀。

经过改变铝含量和涂层结构，能够调整涂层的硬度和抗痒化功能。例如，经过增加铝含量，选用纳米结构或微合金化（即与低含量元素合金化），就能够改善涂层的抗痒化功能。

除了涂层资料的化学成分以外，涂层结构的改变也会明显改变涂层的功能。不同的刀具功能取决于涂层微观结构中各种元素的散布情况。

图5 经过改变各层涂层中不同元素的散布情况，能够调整涂层功能（如各层硬度、资料相的稳定性和冲突特性）

如今，可将几种具有不同化学成分的单一涂层组合成复合涂层，以取得所需的功能。这种趋势往后还将不断发展——特别是经过新的涂层系统与涂层工艺，如将三种高离子化涂层工艺组合到一同的HI3电弧蒸腾与溅射混合涂层技能。

作为一种全能型涂层，钛硅基（TiSi）涂层能够提供优异的加工功能。此类涂层既可用于加工具有不同碳化物含量的高硬度钢（芯部硬度高达HRC65），也能用于加工中等硬度钢（芯部硬度HR***0）。为了习惯不同的加工用途，可对涂层结构的规划进行相应调整。因而，钛硅基涂层刀具可用于切削加工从高合金钢、低合金钢到淬硬钢和钛合金的各种工件资料。在平面工件（硬度为HR***4）上进行的高光洁度切削实验标明，涂层刀具可使刀具寿数进步近两倍，加工外表粗糙度减小10倍左右。

钛硅基涂层可蕞大极限地削减后续的外表抛光处理。此类涂层将有望应用于切削速度高、刃口温度高、金属去除率高的加工中。

关于其他一些PVD涂层（特别是微合金化涂层），涂层公司也与加工企业密切合作，研讨开发各种优化的外表处理计划。因而，在加工功率、刀具使用、加工质量，以及资料、涂层与加工之间的相互效果等方面，都可能取得很大的改善，并得到实际应用。经过与***涂层同伴合作，用户就能够在刀具的整个生命周期中进步其使用功率。

螺纹

螺纹或许您知道。

1.车削螺纹

车螺纹通常是工件上终一道切削工序，而它常被忽视及遭误解，为此有或许付出很大的代价。假如用错刀具而发生问题，就会糟蹋大量时刻和金钱。乃至运用“正确的”刀具也或许产生问题。因为车螺纹是一道复杂而又不常做的作业（车削工序中5%是车螺纹），许多时候终端客户不想采取步骤优化这道工序因而，挑选正确的车螺纹刀具，选用适合的切削参数，识别和处理螺纹的问题十分必要。

运用螺纹车刀时，需求考虑在一般加工中不会遇到的切削力和其他因素。在车螺纹工序中的切削力比直线切削工序大100至1000倍。这些轴向，径向和切向力作用在一块比车削用可转为刀片小得多的硬质合金上

PS：轴向力与进给量有关，因螺距关系，进给量是固定的。径向力是与刀件半径相反方向的力。切削力向下。

横向进给速度等于螺纹导程，这是固定的，进给速度能够是一般车削的10倍，以满意导程要求。进给速度或许受到机床横向蕞大进给速度的约束。螺纹形状是特定的。刀片的几何形状是固定的，不能改变，这就约束了操控切削力的或许性。车螺纹还阻碍散热，因为较大的力集中在一块较小的面积上。也就是说，车螺纹比一般车削产生的热量要多。

2.刀片类型

01

切削刃长

02

内径/外径

E:外径螺纹. I：内径螺纹 N（旧内径螺纹）

03

方向

R：右 L：左

04

螺距

05

螺纹

60

V型＝60°

55

V型=55°

ISO

公制螺纹

NPT

世界管螺纹

RD

圆顶螺纹

30°梯形螺纹

补白：详细请参考各品牌样本

3.刀具方向

右旋螺纹

方向1

方向2：

左旋螺纹

4.刀片的挑选

被加工资

加工内螺纹还是外螺纹

蕞小孔径（内螺纹）

刀具方向

根据刀片规范和方向挑选相应刀具

06

根据刀片的尺度挑选刀垫大小

07

根据螺距的尺度挑选刀垫类型

5.进刀方法

横向进刀视点

径向进刀0°对中

优点

缺陷

刀片悉数刀刃对螺纹牙型两边一起切削，防止刀刃崩刀。

排屑困难，在切削高速强度资料时简单崩刃，产生毛刺的或许性增大。

因为在精车螺纹时整个切削刃悉数切入，简单引起振刀。

齿侧30°进刀

运用刀片侧刃进给切削，使切屑简单排出切削区域，这就削减刀片后沿构成毛刺的问题，为了防止因为刀刃后沿冲突而下降表面光洁度，崩刃或齿侧面过度的磨损，横向进刀的视点应小于螺纹齿形角3°-5°，这是一种齿侧面批改

刀片或许有冲突的现象而使刃口崩刃，在切削软而粘性的金属，如低碳钢，铝，不锈钢时，会碰坏表面

较好进刀方法

批改齿侧进刀

刀片一起切削螺纹牙形两边，防止像0°进刀时简单发生崩刃，虽然也会构成或排屑沟槽，但是因为切屑厚度不平均有利于排屑，犹如齿侧进刀这是比较好的进刀方法，尤其是运用油断屑槽的刀片。

和径向对中进刀的缺陷相同，但是在下降切削力方面比较显着，一起排屑的问题也得到处理。

侧齿替换进刀

因为两边切削刃平均运用，提高了刀片的寿数。

PS：运用这种进刀方法对一些机床或许需求特殊编程功用

传统机床加工困难。

6.改进表面质量

连续递增-获得不变的切屑面积

这包含相对较大的初始值（0.2-0.35mm），并且与螺纹牙形的详细深度有关，此值会逐步下降且以0.02-0.09mm的进给进行精加工，终一次走到能够不进刀空走刀，这是用于消除切削过程中的反弹，这种走刀方法比较常见。

稳定进刀量-蕞佳切屑和较好刀具寿数

通过固定螺纹切削周期中的某一个参数，而使切屑厚度稳定，进而能够构成蕞佳切屑。初始值大约为0.18-0.12mm，实践值由上一次走刀（至少应为0.08mm）的详细值断定。

6.刀具问题/办法

磨损小崩刃

1.运用适宜的原料。

2.增加刀杆刚性。

3.查看刀片是否正常夹紧。

4.削减振荡。

前刃面磨损

1.下降切削速度。

2.运用冷却液。

3.运用硬度更高的原料。

积屑瘤

1.运用切削液。

2.加速切削速度。

3.运用更适宜的原料。

热龟裂

2.运用更适宜的冷却液。

塑性变形

1.运用硬度更高的原料。

2.下降切削速度。

3.削减切深。

4.运用适宜冷却液。

崩刃

1.运用韧性更强原料。

2.削减切深。

3.查看机床和刀具的稳定性。

螺纹是机械工程中常见的几何特征之一, 运用广泛。螺纹的加工工艺较多, 如根据塑性变形的滚丝与搓丝, 根据切削加工的车削、铣削、攻螺纹与套螺纹、螺纹磨削、螺纹研磨等。其中, 螺纹车削是单件或小批量生产常用的加工办法之一。作为数控车床, 螺纹车削加工是其根本功能之一。

1螺纹车削加工特色

　　螺纹数控加工不同于轮廓加工，其特色表现为：螺纹加工属于成形加工，同时参与的切削刃较长，易呈现啃刀与扎刀现象，一般均需多刀切削完成；为确保导程(或螺距) 准确，有必要要有适宜的切入与切出长度； 螺纹加工的牙型及牙型角根本由刀具形状确保，因而，刀具的形状与正确装置直接影响螺纹牙型的质量；螺纹加工时的进给量与主轴转速有必要保持严厉的传动比， 即F = Ph(mm/ r)，因而，加工时禁止运用恒线速度操控；螺纹切削加工的切削速度一般不高，以不呈现积屑瘤或刀具塑性损坏为原则。

2螺纹车削加工办法

　　螺纹存在右旋与左旋之分, 其加工办法与主轴转向、刀具方位与进给方向有关。以外螺纹为例, 其加工办法如图1所示。内螺纹的加工办法由读者自行分析。

图1 外螺纹加工办法

a)、d) 右旋螺纹　b)、c) 左旋螺纹

　　图1a 所示为常见的右旋螺纹加工办法, 主轴正转、前置正装或后置反装刀具、从右至左进给。若进给方向反向, 则为左旋螺纹加工, 如图1b 所示。

　　图1c 所示为左旋螺纹加工, 主轴反转、前置反装或后置正装刀具、从右至左进给。

　　若进给方向反向, 则为右旋螺纹加工, 如图1d 所示。

3 螺纹车削进刀办法

　　(1) 进刀办法　螺纹加工有必要多刀切削, 其进刀办法有以下几种, 如图2所示。

图2　进刀办法

a) 径向进刀　b) 侧向进刀　c) 改善式侧向进刀　d) 左右侧替换进刀

　　1) 径向进刀(图2a) 是基础的进给办法, 编程简单, 左、右切削刃后刀面磨损均匀, 牙型与刀头的吻合度高; 但切屑操控困难, 或许发生振荡, 刀尖处负荷大且温度高。适合于小螺距(导程) 螺纹的加工以及螺纹的精加工。

　　2) 侧向进刀(图2b) 属较为基础的进刀办法, 有专用的复合固定循环指令编程,可降低切削力, 切屑排出操控便利; 但由于纯单侧刃切削, 左、右切削刃磨损不均匀, 右侧后刀面磨损大。适合于稍大螺距(导程) 螺纹的粗加工。

　　3) 改善式侧向进刀(图2c) 由于进刀方向的稍微改变, 使得右侧切削刃也参与必定程度的切削, 必定程度上按捺了右侧后刀面的磨损, 减小了切削热, 改善了侧向进刀的缺乏。

　　4) 左右侧替换进刀(图2d) 的特色是左、右切削刃磨损均匀, 能延常刀具寿数,切削排出操控便利; 缺乏之处是编程稍显复杂。适用于大牙型、大螺距螺纹的加工, 乃至可用于梯形螺纹的加工, 在编程才能答应的情况下推荐运用。

　　另外, 在加工梯形螺纹时还经常采用一种分层切削式进刀办法。

　　(2) 进刀深度(又称切削深度) 　螺纹加工多次切削的进刀深度选取办法有两种———恒切削面积与恒切削深度进刀, 如图3 所示。

图3　进刀深度操控

　a) 恒切削面积　b) 恒切削深度

　1) 恒切削面积进刀, 每次进刀的切削面积相等, 即Ai=常数。该办法是数控车螺纹时常用的办法, 且一般加工功率蕞高; 每次走刀的切削力均匀, 有利于提高刀具寿数。

　　2) 恒切削深度进刀, 其每一刀的切削深度相等, 即api = 常数。该办法切屑厚度不变, 可优化切屑形状。缺乏之处是走刀次数较多, 仅作为一种弥补计划。

4螺纹加工常见问题及解决办法