高速切削刀具的發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)研究

馮劍

摘 要：本文將通過告訴切削刀具在工業(yè)制造業(yè)的實(shí)際應(yīng)用、刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)等方面對高速切削刀具的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并對高速切削刀具的動平衡技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

關(guān)鍵詞：高速切削刀具;現(xiàn)狀分析;技術(shù)研究

引言：當(dāng)前工業(yè)機(jī)械零件的主要是通過切削、磨削等技術(shù)手段完成的，而高速切削刀具技術(shù)憑借其自身的優(yōu)勢必將成為切削加工的主要發(fā)展方向——在對零件高速切削加工中，能夠有效的降低刀具切削的力度，控制刀具切削溫度上升速度，提高加工零件的表面質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)零件加工成本控制。為更好的實(shí)現(xiàn)零件的高速化切削加工，還需要對高速切削刀具進(jìn)行不斷的研發(fā)，探求更適合高速切削刀具的新型材料，改進(jìn)高速切削刀具結(jié)構(gòu)，提升高速切削刀具工業(yè)應(yīng)用技術(shù)。

1.高速切削刀具發(fā)展現(xiàn)狀

1.1.高速切削技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀

“高速切削”正以無可比擬的優(yōu)勢逐步成為模具制造業(yè)與飛機(jī)制造業(yè)的“得力干將”。高速切削在航空領(lǐng)域成功替代了焊接技術(shù)，有效降低了零件的焊縫率，提高了零件的可靠性、抗震性與零件自身強(qiáng)度。高速切削技術(shù)在汽車工業(yè)的應(yīng)用，在很大程度上成為了汽車產(chǎn)品更新?lián)Q代的關(guān)鍵技術(shù)。在新車型設(shè)計(jì)投產(chǎn)后，高速切削技術(shù)能夠通過縮短模具制造周期，加快汽車新產(chǎn)品的上市速度，幫助汽車企業(yè)在產(chǎn)品更新?lián)Q代中更好地滿足消費(fèi)者需求，提升產(chǎn)品的市場競爭力。由此可見，告訴切削技術(shù)在航空、汽車生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用，可以幫助企業(yè)更好地適應(yīng)市場個性化需求，產(chǎn)品單一、生產(chǎn)數(shù)量巨大的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)模式正在逐步向多品種、多批量轉(zhuǎn)變，又過去傳統(tǒng)的組合機(jī)床剛性生產(chǎn)朝著柔性生產(chǎn)與高速加工轉(zhuǎn)變。

1.2.刀具材料現(xiàn)狀

高速鋼、硬質(zhì)合金是當(dāng)前我國高速切削刀具最普遍的制作材料，尤其是硬質(zhì)合金焊接刀具最常見，在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中幾乎不會選擇粉末冶金高速鋼、鋁高速鋼等。近年來，國產(chǎn)的高速鋼自身品質(zhì)降低，直接造成含鈷高速鋼刀具質(zhì)量下降;高性能硬質(zhì)合金、細(xì)顆粒硬質(zhì)合金的產(chǎn)量較低，無法成為高速切削刀具的主流材料。當(dāng)前國內(nèi)的刀具涂層技術(shù)，還未形成產(chǎn)業(yè)化TiCN涂層產(chǎn)品;納米涂層技術(shù)也有待研發(fā)，

當(dāng)前我國對于陶瓷材料的研究較為深入，初步建立了具有切削可靠性并且巧妙融合和陶瓷學(xué)與切削學(xué)的陶瓷刀具材料的研發(fā)、設(shè)計(jì)理論體系，成功研發(fā)了20多個品種氧化鋁基陶瓷刀具，完成了近10個品類的氮化硅基陶瓷刀具，并且在陶瓷刀具的生產(chǎn)上也初具規(guī)模，形成了較高的陶瓷刀具生產(chǎn)力。當(dāng)前我國的陶瓷刀具研發(fā)生產(chǎn)水平，領(lǐng)先世界，陶瓷刀具的各個性能紛紛優(yōu)于國際同類產(chǎn)品，與此同時，還成功開發(fā)了對眾多國際尚未報道過的新掏陶瓷刀具，例如：具有梯度功能的陶瓷刀片、陶瓷-硬質(zhì)合金復(fù)合刀片。雖然我國對陶瓷刀具的研發(fā)力度強(qiáng)，但是在陶瓷刀具的實(shí)際制造與推廣應(yīng)用中，不及西方國家，存在制造工藝水平低，高精度的陶瓷刀具質(zhì)量差等問題。

1.3.高速切削刀具結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，高速切削刀具未來能更好的滿足加工大型鋁合金零件的需求，刀具結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)創(chuàng)新。對刀具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，通常是使刀具的幾何參數(shù)更夠更加適應(yīng)所加工零件的材料以及材料的加工環(huán)境。五軸聯(lián)動的數(shù)控磨床各項(xiàng)功能的研發(fā)與完善，推動著高速切削刀具在鉆頭、立銑刀等幾何參數(shù)上不斷精細(xì)化、多樣化，有效地打破了改變標(biāo)準(zhǔn)刀具簡單粗制狀況，讓新刀具更夠更好地完成對不同材料的加工，適應(yīng)各種加工環(huán)境。例如普通中心不對稱三齒結(jié)構(gòu)立銑刀，由于其自身平衡性較差，無法滿足高速切削刀具結(jié)構(gòu)需求，而通過改進(jìn)后的中心對稱的二齒結(jié)構(gòu)，就能很好的適應(yīng)高速切削刀具的轉(zhuǎn)速。

高速發(fā)展的制造業(yè)，對切削加工的要求也不斷提高，將為可轉(zhuǎn)位刀具的持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展提供動力，尤其是生產(chǎn)零件具有材料硬度高，加工難度大，型腔形狀復(fù)雜，交貨周期短等特點(diǎn)的工業(yè)，是促進(jìn)可轉(zhuǎn)位刀具進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的強(qiáng)大動力，推動各種結(jié)構(gòu)、類型、型號的高速切削刀具快速改進(jìn)。

2.高速切削刀具技術(shù)研究

以主軸高速旋轉(zhuǎn)作為技術(shù)核心的高速切削，通過對多項(xiàng)先進(jìn)工業(yè)制造技術(shù)的綜合應(yīng)用，形成的一項(xiàng)極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程。由于高速切削技術(shù)在工業(yè)制造上的逐步投入使用，各項(xiàng)新技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中得到檢驗(yàn)，通過不斷的實(shí)踐與改進(jìn)，幫助我國的高速切削技術(shù)水平快速提升。

2.1.高速切削刀具動平衡技術(shù)

刀具系統(tǒng)在高速旋轉(zhuǎn)時受到的切削力較小，離心力才是此刻刀具系統(tǒng)的主要負(fù)荷。當(dāng)?shù)毒呒庸まD(zhuǎn)速的增加，離心力會因?yàn)槭テ胶舛焖僮兇?，此時變大的離心力將直接導(dǎo)致刀具變形，甚至發(fā)生斷裂損毀，不僅對刀具造成了破壞，同時還會對零件加工車床和操作者帶來危險。因此，在進(jìn)行高速切削加工之前，必須關(guān)注測量刀具系統(tǒng)不平衡量值，將不平衡量值控制在安全合理范圍內(nèi)。

刀具動平衡是高速切削加工中的關(guān)鍵。要想是想在高速切削加工中對刀具動平衡的控制，操作者可以通過對刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)、刀體與刀片的夾緊方式等進(jìn)行控制。在實(shí)際加工中，需要操作者首先需要對刀具、夾頭、主軸等各個單獨(dú)的元件完成動平衡控制;然后在對刀具與夾頭的組件實(shí)現(xiàn)動平衡的控制;最后操作者必須實(shí)現(xiàn)刀具與主軸共同完成動平衡控制。刀具是否平衡，不是通過操作者的肉眼觀察所得，而是需要借助通用動平衡機(jī)或者專用刀具動平衡的測量來完成的，操作者通過不斷的測量與調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)刀具系統(tǒng)的動平衡。

將加工機(jī)床、動平衡設(shè)備、切削刀具，三者有機(jī)結(jié)合成“三位一體”時未來高速切削刀具動平衡技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)，更好地實(shí)現(xiàn)刀具主軸與刀柄組件，從靜止到高速旋轉(zhuǎn)工程中自動平衡。該發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，離不開刀具平衡系統(tǒng)的自我平衡檢測與動態(tài)平衡調(diào)節(jié)。而更高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)手段是通過在刀柄上創(chuàng)造性的安裝自動平衡裝置、減震裝置，以此來達(dá)到高轉(zhuǎn)速下刀具平衡系統(tǒng)的在線平衡的嚴(yán)要求。通過在線對刀具系統(tǒng)進(jìn)行平衡性檢測，以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)平衡配重位置的動態(tài)控制，從而有效降低刀具系統(tǒng)自身不平衡慣性力所產(chǎn)生的震動損壞。

現(xiàn)場動平衡檢測技術(shù)的研發(fā)，成功實(shí)現(xiàn)在刀具系統(tǒng)高速旋轉(zhuǎn)下，對動平衡數(shù)據(jù)的檢測、收集與分析處理，該技術(shù)可以應(yīng)用于對高速旋轉(zhuǎn)加工機(jī)床實(shí)況監(jiān)測的震動分析。刀具系統(tǒng)的動平衡現(xiàn)場檢測技術(shù)，作為高速加工機(jī)床配套技術(shù)，未來應(yīng)用前景十分可觀。

結(jié)束語：綜上所述，高速切削刀具作為一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，在我國正處于起步階段，目前發(fā)展尚不成熟，國內(nèi)刀具材料的研發(fā)速度落后于發(fā)達(dá)國家，陶瓷刀具材料在工業(yè)生產(chǎn)上的推廣與應(yīng)力度不足，未能將科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，提升我國工業(yè)制造水平，相應(yīng)的刀具研發(fā)與應(yīng)用技術(shù)改進(jìn)還任重而道遠(yuǎn)，但高速切削刀具技術(shù)的發(fā)展將對我國工業(yè)制造業(yè)發(fā)展產(chǎn)生深刻影響是不容忽視的。因此，需要加強(qiáng)高速切削刀具技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的科技研發(fā)力度，不斷推動我國從工業(yè)大國向工業(yè)強(qiáng)國發(fā)展進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]周志雄，肖航，李偉， 等.微細(xì)切削用微機(jī)床的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].機(jī)械工程學(xué)報，2014，50（9）：153-160.

[2]徐偉偉，袁軍堂，殷增斌， 等.氮化硅陶瓷材料微波燒結(jié)研究現(xiàn)狀[J].硅酸鹽通報，2017，36（1）：71-76.

[3]方浩天，周飛，馬強(qiáng)， 等.切削刀具硬質(zhì)涂層的結(jié)構(gòu)及其切削性能的研究[J].機(jī)械制造與自動化，2017，46（4）：1-4，21.