國產硬質合金螺旋立銑刀在加工中心上的應用

■江蘇蘇鈴精工機械有限公司 （吳江 215213）

談文鈺

CNC加工中心用的立銑刀，品種規格繁多，從結構來分有整體式合金立銑刀、可轉位硬質合金立銑刀(包括模塊式)及焊接式硬質合金螺旋立銑刀3類。第1類和第2類使用面很廣，而第3類螺旋立銑刀使用面窄，使用不多。下面對螺旋立銑刀進行分析。

國產螺旋立銑刀，自20世紀80年代已問世，當時由于刀片需擠壓呈螺旋狀，工藝復雜難度大，遲遲未擴大生產，后逐漸發展，在2008年國家已制定部標，目前國內已有數十家刀具專業廠生產螺旋立銑刀，品種規格齊全。以往螺旋立銑刀，用在普通銑床上較多，應用在CNC加工中心上較少。常規螺旋立銑刀若在硬質合金材質、刀片截面尺寸、刀具幾何參數及刀體的強度等方面設計不妥會造成不少缺點。可這種結構立銑刀有它獨特的長處，不僅制作工藝較簡單、成本低，最主要的是切削性能好，切削刃銳利，刃口用鈍后還能多次修磨，刀具使用成本低，可彌補可轉位刀具在使用中的不足，若能提高刀具的強度，增加刀具的耐磨性，這類刀具是很理想的刀具。

1. 螺旋立銑刀的改進

1998年株洲鉆石對螺旋立銑刀嘗試了改進，硬質合金刀片材質從原來的單一YG8牌號改為亞微細顆粒YL10.2及YS25合金牌號。YL10.2合金硬度≥91.8HRC，抗彎強度達到4 000N/m2，主要適于切削各種鑄鐵、有色金屬及非金屬材料。YS25牌號是在WC-CO-TiC基礎上加入8%Tac元素，對應ISO的P25～P30使用范圍，主要用于銑削各種鋼材，尤其是合金鋼之類材料效果突出。與常用硬質合金刀片材料相比，這兩種合金材料無論是物理機械性能還是使用性能都有很大改善和提高，具有很強的耐磨性、抗沖擊韌性、抗氧化性、抗粘結和抗擴散能力；同時增加了螺旋硬質合金刀片的截面尺寸，刀體進行了淬火處理，刀具刀尖處由原來倒角形改為小圓弧形。改進后立銑刀經蘇州沙迪克三光，在五面體龍門加工中心上多年使用，受到了好評。φ50mm新型螺旋立銑刀完全可替代從日本進口的“住友”同規格銑刀，其價格是進口刀的1/4，它的可切削耐用度、加工零件精度及表面粗糙度不遜色于日本著名品牌刀具。

2.導軌螺旋立銑刀

在提高螺旋立銑刀強度與耐用度的基礎上，只需改變刀具幾何參數就能解決技術難度較高的精加工，下面介紹新研發的精銑導軌用“導軌螺旋立銑刀”（見圖1）。此刀具是筆者與田潤科高工共同研發的，刀具是由株洲華新硬質合金工具廠制造。

圖 1

眾所周知，精密機床如電火花慢走絲、電火花成型機及CNC加工中心等，機床主要大件床身、立柱及拖板上均裝有精度非常高的直線導軌定位，固定直線導軌是兩個相互垂直的兩組精加工基準面，俗稱側導軌與平導軌面（見圖2），通常兩組導軌面長1.1～1.5m，直線度為0.005mm，相互平行度0.005mm，平面度為0.008mm，表面粗糙度值Ra=0.8～1.6μm。加工難度與精度非常高，為保證其精度很多相關公司除選用高精度的工作母機（如大隈、馬扎克等高精度龍門銑）外，還在刀具配置上選用進口硬質合金立銑刀或進口可轉位立銑刀來切削，這樣不僅刀具價格昂貴，加工導軌質量有時波動大，往往還要人工鏟刮來修正或上龍門導軌磨床返修；也有企業嘗試用國產硬質合金標準螺旋立銑刀加工導軌面，但精度做不到，還常需程序插補來處理，提高工作面精度，有些大中型機床公司直接用C N C龍門導軌磨床進行精磨，這樣加工成本更高。因此，精銑高精度的導軌面就成了不少企業的瓶頸。

硬質合金導軌精銑刀是在標準螺旋立銑刀的基礎上作了較大改進，雖外形相同，但切削的效果明顯不一樣，主要改進有如下幾方面：

（1）常規標準螺旋立銑刀，不論國內外產品，刀具均采用密齒結構，如φ 50mm常規標準銑刀z=6，精銑導軌銑刀z=8～10，這樣同時加工的齒數增加，切削穩定。

（2）刀具幾何參數改變，螺旋角不相同，1刃為25°，相鄰1刃為30°；減小端面付偏面（俗稱刀隙角）并改進端面修刀刃。側切削刃留白刃為0.07mm，表面粗糙度需達鏡面要求。

圖 2

（3）切削頭部切削刃長度縮短，取刀具直徑的1/2，刀體淬火硬度58～60HRC。導軌螺旋立銑刀多年來一直在蘇州三光科技有限公司、蘇州萬立精機、江蘇蘇鈴精機、蘇州大器機械公司及常州新瑞等公司使用，均取得了很好效果，詳見蘇州三光集團提供的切削對比表（見附表）。導軌螺旋立銑刀已申請專利，2014年已被國家知識產業局授權。

附 表

切削試驗結論：8刃新硬質合金立銑刀與以前同規格硬質合金銑刀相比，不僅刀具耐用度提高了2倍，而且生產效率分別提高11%和38%。

導軌螺旋立銑刀，由于切削刃鋒利，切削穩定，耐用度又高，所以也適宜加工一些剛性差、精度高的加工工藝困難的零件。如江蘇蘇鈴精工機械承接德國某著名公司一加工任務，其中三坐標測量儀器中的Y軸、Z軸及立柱都是薄壁框架鑄件（見圖3），德方駐滬辦事處曾在江浙一帶找過很多有實力機械廠加工，但均因薄壁易振，導致銑削精度達不到圖樣要求。江蘇蘇鈴精工選用了導軌螺旋立銑刀，很輕松加工了該公司上述難加工件，檢測精度合格，工件直接發往德國裝配。

螺旋立銑刀還能銑削復合材料，如有些儀器儀表廠的印刷線路板，此線路板的底板是玻璃層壓板，上面覆蓋著很薄的有色金屬線路，銑印刷線路板的斜插口時，若用一般銑刀，會因切削力大造成金屬線路與底板撕裂，而且刀具鈍化很快，用導軌螺旋立銑刀可以很順利解決這個難題，工作質量穩定，刀具壽命長。

圖 3

3. 結語

改進后的螺旋立銑刀在CNC加工中心上，在精銑、半精銑上都發揮了獨特長處，既可改變刀具結構與參數，也能進行粗銑。

國產硬質螺旋立銑刀是一種性價比較高的刀具，在CNC加工中心上具有很好的切削性能與使用價值。