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，从获取高精度加工的角度来看，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高精度及高性能的优势，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。
铣刀基本知识，铣刀材料的种类
铣刀基本知识，铣刀材料的种类
1铣刀材料的种类及牌号?
1铣刀切削部分材料的基本要求：
1）高硬度和耐磨性：在常温下，切削部分材料必须具备足够的硬度才能切入工件；具有高的耐磨性，刀具才不磨损，延长使用寿命。
2）好的耐热性：刀具在切削过程中会产生大量的热量，尤其是在切削速度较高时，温度会很高，因此，刀具材料应具备好的耐热性，既在高温下仍能保持较高的硬度，有能继续进行切削的性能，这种具有高温硬度的性质，又称为热硬性或红硬性。
3）高的强度和好的韧性：在切削过程中，刀具要承受很大的冲击力，所以刀具材料要具有较高的强度，否则易断裂和损坏。由于铣刀会受到冲击和振动，因此，铣刀材料还应具备好的韧性，才不易崩刃，碎裂。
2铣刀常用材料：
（1）高速工具钢（简称高速钢，锋钢等），分通用和特殊用途高速钢两种。其具有以下特点：
a、合金元素钨、铬、钼、钒的含量较高，淬火硬度可达HRC62—70。在6000C高 温下， 仍能保持较高的硬度。
b、刃口强度和韧性好，抗振性强，能用于制造切削速度一般的刀具，对于钢性较差的机床，采用高速钢铣刀，仍能顺利切削。
c、工艺性能好，锻造、加工和刃磨都比较容易，还可以制造形状较复杂的刀具。
d、与硬质合金材料相比，仍有硬度较低，红硬性和耐磨性较差等缺点。
（2）硬质合金：是金属碳化物、碳化钨、碳化钛和以钴为主的金属粘结剂经粉未冶金工艺制造而成的。其主要特点如下：
能耐高温，在800—10000C左右仍能保持良好的切削性能，切削时可选用比高速钢高4—8倍的切削速度。 常温硬度高，耐磨性好。 抗弯强度低，冲击韧性差，刀刃不易磨的很锋利。
?常用的硬质合金一般可以为三大类:
?① 钨钴类硬质合金（YG）
常用牌号YG3、YG6、YG8，其中数字表示含钴量的百分率，含钴量愈多，韧性愈好，愈耐冲击和振动，但会降低硬度和耐磨性。因此，该合金适用于切削铸铁及有色金属，还可以用来切削冲击性大的毛坯和经淬火的钢件和不锈钢件。
?③ 通用硬质合金
在上述两种硬质合金中加入适量的稀有金属碳化物，如碳化钽和碳化铌等，使其晶粒细化，提高其常温硬度和高温硬度、耐磨性、粘接温度和扛氧华性，能使合金的韧性有所增加，因此，这类硬质合金刀具有较好的综合切削性能和通用性，其牌号有：YW1、YW2和YA6等，由于其价格较贵，主要用于难加工材料，如高强度钢、耐热钢、不锈钢等。
2铣刀的种类及标记
1铣刀的种类：
按铣刀切削部分的材料分：
a、高速钢铣刀：较复杂的刀具用此类
b、硬质合金铣刀：大都是用焊接或机械夹固于刀体
?按铣刀的用途分：
a、加工平面的铣刀：圆柱铣刀、端铣刀等
b、加工沟槽（或阶台）的铣刀：立铣刀、盘形铣刀、锯片铣刀等
c、特形面用的铣刀：成形铣刀等
?按铣刀的构造分：
a. 尖齿铣刀：齿背的截形是直线或折线，制造和刃磨容易，刃口较锋利。
b. 铲齿铣刀：齿背的截形是一条阿基米德螺旋线，这类铣刀刃磨后，只要前角不变，齿形也不变，适宜成形铣刀
2铣刀的标记
（材料一般采用W18Cr4V） 尺寸规格标记：圆柱铣刀、三面刃、锯片铣刀等以外径X宽度X内孔（X角度或圆弧半径），立铣刀和键槽铣刀一般只标注外圆直径。
5铣刀的主要几何参数及作用
1铣刀的各部分名称
① 基面：通过切削刀上任意一点并与该点切削速度垂直的平面
② 切削平面：通过切削刃并与基面垂直的平面
③ 前刀面：切屑流出的平面
④ 后刀面：与加工表面相对的面
2圆柱铣刀的主要几何角度及作用
① 前角γ0：前刀面与基面之间的夹角。 作用是使刀刃锋利，切削时金属变形减小， 切屑容易排出，从而使切削省力；
② 后角α0：后刀面与切削平面之间的夹角。其主要作用是减少后刀面与切削平面之间的磨擦，减小工件的表面粗糙度；
③ 旋角0：螺旋齿刀刃上的切线与铣刀轴线之间的夹角。作用是使刀齿逐步地切入和切离工件，提高切削平稳性。同时，对于圆柱铣刀，还有使切屑从端面顺利流出的作用
3端铣刀的主要几何角度及作用
端铣刀多一个副切削刃，因此除了前角，后角外还有：
① 主偏角Kr：主切削刃与已加工表面的夹角。其变化影响主切削刃参加切削的长度，改变切屑的宽度和厚度
② 副偏角Krˊ：副切削刃与已加工表面的夹角。作用是减少副切削刃和已加工表面的磨擦，并影响副切削刃对已加工表面的修光作用
③ 刃倾角λs：主切削刃与基面之间的夹角。主要起到斜刃切割的作用
不同涂层刀具切削淬硬H13钢加工性能研讨
不同涂层刀具切削淬硬H13钢加工性能研讨
H13钢能够作为热作模具钢，能够用于制作载荷较大的锻模、热挤压模、合金资料的压铸模、有色金属压铸模和要求较精密的塑料模等。从切削角度看，H13钢导热系数较小，工件散热性较差，在切削中会发生热量，引起刀具切削时温度快速升高，较高的作业温度会导致刀具作业时强度显着下降，进而缩段刀具使用寿数。
硬态切削是把淬火钢零件车削进程作为***后工序进行加工处理，且在切削加工中不添加使用任何切削液，涂层资料被涂覆在刀具基体上并与基体紧密结合在一起，有用进步刀具耐磨性和切削性能，并保持刀具基体自身的耐性，改进刀—屑之间的冲突，有用延伸刀具寿数。
PVD(物***相沉积)和CVD(化学气相沉积)两种办法是常用的涂层刀具制作工艺。TiAlN、TiN、Al2O3等涂层刀具常用来切削淬硬模具钢，它们虽然较PCBN和陶瓷硬度较低、热安稳性较差，但硬质合金的强度和断裂耐性很高，适用于淬硬H13钢的切削加工。Sasahara等使用涂层刀具进行了硬切削45钢的外表完整性的研讨，分析了切削参数对加工外表磨损、剩余应力的影响。侯志刚等对TP1000涂层刀片车削淬硬45钢和淬硬T10A钢进行了切削实验，得出TP1000车削淬硬45钢时首要磨损机理为磨料磨损以及氧化磨损，而破损机理首要是涂层的掉落。
为研讨不同涂层刀具切削H13钢的切削性能，进行三种涂层刀具车削加工淬硬H13钢的实验，经过对三种刀具涂层资料切削力、切削温度、刀具磨损以及刀具寿数的对比研讨分析，提醒不同种涂层资料刀具车削淬硬H13钢的特性，为实践生产中涂层刀具切削加工H13钢供给理论基础和实验依据。
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实验方案
切削实验所用涂层刀具分别是多层Ti化合物涂层、TiAlN涂层以及MT-TiCN厚Al2O3TiN涂层。三种刀具的型号均为SNMG120408，其几何参数相同。实验用机床为一般车床CA6140(蕞大转速1400r/min，功率7.5kW)。试件资料为淬硬H13钢(硬度47-52HRC，首要成分见表1)，室温下的力学性能如表2所示。
表1 淬硬H13钢的首要化学成分(%)
表2 室温下H13钢的物理力学性能
图1为切削示意图，选用Kistler9129AA三向动态测力仪丈量切削力，刚度高、采样频率高、受温度影响较小。选用FLIR红外热像仪丈量切削温度，设备感温性能好，能进行非触摸丈量，携带使用方便。用FLIR热像仪丈量并记录每次实验的切削温度，并对实验数据进行分析。实验后选用超景深显微镜进行调查分析磨损的三种涂层刀具。
图1 切削实验示意图
分别选用5种不同的切削速度进行干切削实验。切削参数为：切削速度v=30.8m/min、61.2m/min、96.4m/min、124.1m/min、154.2m/min，切削深度ap=0.2mm，进给量f=0.102mm/r。选用Kistler 9129AA三向动态测力仪和FLIR红外热像仪丈量切削中安稳切削时的切削力以及切削温度。
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实验结果分析
(1)切削力分析
分别用MT-TiCN厚Al2O3TiN涂层、TiAlN涂层以及多层Ti化合物涂层资料刀具对淬硬H13钢进行干切削，三向切削力的改变如图2所示。
(a)主切削力的改变
(b)径向力的改变
(c)轴向力的改变
1.MT-TiCN厚Al2O3TiN涂层 2.TiAlN涂层 3.Ti化合物涂层
图2 涂层资料对切削力的影响
在整个切削进程中，三个方向上的切削力都呈上升趋势，主切削力随切削速度的改变趋势先减小后增大。这是因为低速干切削时，刀具刀尖部分会发生积屑瘤，导致涂层刀具实际作业前角增大，切削变形减小然后切削力减小；当进步切削速度时，积屑瘤逐步消灭消失，切削力开端逐步增大。轴向力的改变趋势是先增大后减小，原因是当切削速度较低时，工件外表粗糙度较高，残留的金属对刀具后刀面发生挤压，抵消了一部分的受力，使轴向力开端的时候较小。切削速度逐步增大后，工件外表质量会慢慢变好，外表逐步光滑，残留的金属减小了刀具后刀面的挤压力，轴向力逐步增大。
三种涂层刀具的径向力随速度增大上升趋势很显着，多层Ti化合物涂层刀具增大***为杰出。不同涂层刀具切削时遭到的切削力不同，多层Ti化合物涂层刀具遭到三个方向的切削力比其它两种涂层的刀具都大，而TiAlN涂层刀具遭到的切削力相对较小。这是因为TiAlN涂层刀具外表的涂层资料的减磨和光滑效果优于其它两种涂层刀具。MT-TiCN厚Al2O3TiN涂层刀具与TiAlN涂层刀具主切削力和径向力这两个方向的力相差不大，但MT-TiCN厚Al2O3TiN涂层刀具大于TiAlN涂层刀具的轴向力。
(2)切削温度分析
切削实验中，选用FLIR红外热像仪丈量切削温度(见图3)，获取安稳切削时的切削温度场，但丈量效果会遭到粉尘、切屑等因素的影响。设置红外热像仪的红外发射率为0.85。
图3 热像仪图画
切削速度v对三种涂层刀具切削温度的影响规则如图4所示。因为切削速度的进步，切削温度逐步上升。切削速度增大了，刀—屑间触摸面的冲突就会添加，很多的冲突热会随之发生，热量在短时间内难以分散出去使切削温度升高。切削速度变大，温度随之升高，但不同涂层刀具的切削温度也有所区别，相同切削速度时多层Ti化合物涂层刀具的切削温度蕞高，MT-TiCN厚Al2O3TiN涂层刀具次之，并且随着切削速度增大切削温度上升的趋势安稳，用TiAlN涂层刀具切削工件时切削温度蕞低。
TiAlN涂层刀具外表的涂层资料的减磨和光滑效果优于其它两种涂层刀具。TiAlN涂层资料显着降低了刀具与切屑触摸面间的冲突，使刀—屑间触摸面和后刀面与工件间的冲突系数较小，冲突热发生相对较少，使刀具切削温度较低。
图4 涂层资料对切削温度的影响