刀具新技术、新结构、新品种的发展及趋势

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发布时间：

2023-07-31 16:54

刀具新技术、新结构、新品种的发展及趋势

随着制造业的高速发展，航空工业及模具行业等重点产业部门对切削加工不断提出更高的要求，推动了采用新技术、新结构的刀具不断涌现，不断丰富刀具品种。国内外刀具制造商，如厦门金鹭特种合金有限公司等为了满足航空制造对刀具的要求，与航空制造企业紧密合作，开发新型刀具。由于飞机零件具有结构复杂、精度高、零件壁薄和飞机零件采用钛合金、镍基合金、碳纤维及其他难加工材料多的特点，因此引导着航空刀具研制向以下方向发展。

（1）高精度、高效率、高表面质量。

（2）超高精度、超长寿命。

（3）高强度、高刚性等难加工材料。

（4）各类金属材料与各类复合材料夹层加工。

（5）开发多功能刀具和高效专用刀具。

（6）可转位刀具广泛使。以往在航空材料加工中整体刀具占绝大多数，随着航空材料中钛合金、高温合金、高强度钢在应用中的增加，可转位刀具的应用也逐步增加，可转位刀具具有不经焊接、无裂纹等缺陷，充分发挥原有刀片的切削性能，并减少机床停机磨刀，装卸刀具的辅助时间等优点，使用可转位刀具比焊接刀具可提高切削效率35%以上。目前西方国家可转位刀具进入成熟期，其品种不断增加，结构优化，几何参数更加合理，在切削刀具中占有率达到8左右，我国使用不到3。所以对于我国航空工业零件加工，更广泛使用可转位刀具是未来的发展方向。

（7）刀具设计研制的数字化。现代刀具不仅应能满足高速切削、干式切削、硬切削、复合切削加工等先进切削技术的需求，而且要满足产品功能的多样化、结构的合理化、外形的实用美观等方面的更高要求，但以往刀具的设计主要依靠经验，依靠试验法，这种设计方法效率低、设计周期长、开发新产品难度大，显然已阻碍了新型刀具的开发和使用，无法满足先进切削加工技术的需求。

现代切削技术的发展迫切需要先进的刀具设计技术，而刀具设计的特点是空间角度难计算，形状复杂，尺寸繁多并且切削机理复杂，但随着计算机技术及CAD/CAM技术的高速发展，采用先进技术和专用的应用软件及刀具仿真技术进行刀具的研制开发将成为未来刀具设计与开发的方向。

与刀具相关新技术的发展

刀具的切削不仅取决于刀具本身，还与使用机床、刀具与机床的连接、刀具的刀柄系统、刀具的动平衡、刀具安全监控系统等密切相关，而与刀具相关的技术也与刀具技术一起在科技进步推动下取得了新的进展。

1.高速切削时刀具刀柄系统

加工中心等数控机床以前一直采用传统的7∶24实心锥柄工具系统，这种刀柄由于只靠锥面结合，刀柄与主轴的联接刚性较低，主轴转速超过10000r/min，联接刚性的不足更为明显。对采用ATC刀柄换刀来说，每次换刀后，刀具的径向尺寸都可能发生变化，存在着重复定位精度低问题。为解决这些问题主要对标准7∶24刀柄进行改进。在HSK刀柄的启发下，近年来出现了7∶24刀柄的新型联接技术，如日本日研公司和大昭和公司分别研制出三处接触（3LOCKSYSTEM）和双面（BIGPLUS）2种7∶24联接刀柄。与标准的7∶24刀柄比较，它们有更高的联接刚性和精度，可用于高速、高效切削，并且还能与现有7∶24刀柄或机床兼容，是7∶24刀柄未来的发展方向，除对标准7∶24刀柄结构进行改造外，目前主要采用新型的HSK刀柄和KM刀柄。

HSK刀柄是一种新型的高速锥形刀柄，其接口采用锥面和端面2面同时定位的方式，刀柄为中定，锥体长度较短，有利于实现换刀的轻型化及高速化，由于采用端面定位，完全消除了轴向定位误差，使高速、高精加工成为可能也是我们国内制造厂刀具制造发展方向。高速刀具与主轴的连接技术随着科技进步今后还将得到不断发展，使一些新概念刀柄——HSK、KM、3LOCK、BIGPLUS等刀柄得到进一步改进和完善。

当前主轴与刀具连接技术发展方向是：

（1）采用双面定位系统；

（2）装夹精度高，夹持刚性好，结构紧凑；

（3）刀柄带平衡和减振装置；

（4）发展多功能和智能型刀柄。

2.刀具动平衡技术

对高速旋转的刀具还有平衡与安全问题，在高速主轴系统中，任何旋转体的不平衡都会产生离心力，不平衡的刀具或刀柄在高速切削时产生的离心力使机床产生振动，旋转刀具微小的不平衡量，在高速切削时都会造成很大的离心力，刀具不平衡产生的不规则切削力，将导致不规则的磨损，其结果一方面会影响工件的加工精度和表面质量，另一方面会影响主轴轴承和刀具的使用寿命，更主要的是影响高速切削的安全性，所以高速切削需要认真进行刀具的动平衡。

目前国外公司根据刀具动平衡的要求开发了专用刀具动平衡仪和立式刀具动平衡仪，都可以实现全自动的刀具动平衡测量。新型动平衡测量仪发展的方向是测量精确高效、操作方便、功能强大。

3.刀具刃口钝化的发展

目前国外进口的整体刀具或可转位刀片刃口大都进行了刃口的钝化。经钝化后的刀具或刀片刃口微观缺陷彻底清除，有效地增加了刃口强度，其刀具耐用度一般可提高2至一倍，我国目前大部分刀具都未进行钝化处理，耐用度低，刀具消耗费用大，所以刀具刃口的钝化是我国当前刀具制造发展的一个方向。