高速切削刀具的發展現狀與技術研究

馮劍

摘 要：本文將通過告訴切削刀具在工業制造業的實際應用、刀具材料、刀具結構等方面對高速切削刀具的現狀進行分析，并對高速切削刀具的動平衡技術進行重點介紹。

關鍵詞：高速切削刀具;現狀分析;技術研究

引言：當前工業機械零件的主要是通過切削、磨削等技術手段完成的，而高速切削刀具技術憑借其自身的優勢必將成為切削加工的主要發展方向——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量，實現零件加工成本控制。為更好的實現零件的高速化切削加工，還需要對高速切削刀具進行不斷的研發，探求更適合高速切削刀具的新型材料，改進高速切削刀具結構，提升高速切削刀具工業應用技術。

1.高速切削刀具發展現狀

1.1.高速切削技術的實際應用現狀

“高速切削”正以無可比擬的優勢逐步成為模具制造業與飛機制造業的“得力干將”。高速切削在航空領域成功替代了焊接技術，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度。高速切削技術在汽車工業的應用，在很大程度上成為了汽車產品更新換代的關鍵技術。在新車型設計投產后，高速切削技術能夠通過縮短模具制造周期，加快汽車新產品的上市速度，幫助汽車企業在產品更新換代中更好地滿足消費者需求，提升產品的市場競爭力。由此可見，告訴切削技術在航空、汽車生產領域的應用，可以幫助企業更好地適應市場個性化需求，產品單一、生產數量巨大的傳統產業模式正在逐步向多品種、多批量轉變，又過去傳統的組合機床剛性生產朝著柔性生產與高速加工轉變。

1.2.刀具材料現狀

高速鋼、硬質合金是當前我國高速切削刀具最普遍的制作材料，尤其是硬質合金焊接刀具最常見，在工業生產當中幾乎不會選擇粉末冶金高速鋼、鋁高速鋼等。近年來，國產的高速鋼自身品質降低，直接造成含鈷高速鋼刀具質量下降;高性能硬質合金、細顆粒硬質合金的產量較低，無法成為高速切削刀具的主流材料。當前國內的刀具涂層技術，還未形成產業化TiCN涂層產品;納米涂層技術也有待研發，

當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與切削學的陶瓷刀具材料的研發、設計理論體系，成功研發了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上也初具規模，形成了較高的陶瓷刀具生產力。當前我國的陶瓷刀具研發生產水平，領先世界，陶瓷刀具的各個性能紛紛優于國際同類產品，與此同時，還成功開發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-硬質合金復合刀片。雖然我國對陶瓷刀具的研發力度強，但是在陶瓷刀具的實際制造與推廣應用中，不及西方國家，存在制造工藝水平低，高精度的陶瓷刀具質量差等問題。

1.3.高速切削刀具結構現狀

現階段，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，刀具結構不斷改進創新。對刀具結構的改進，通常是使刀具的幾何參數更夠更加適應所加工零件的材料以及材料的加工環境。五軸聯動的數控磨床各項功能的研發與完善，推動著高速切削刀具在鉆頭、立銑刀等幾何參數上不斷精細化、多樣化，有效地打破了改變標準刀具簡單粗制狀況，讓新刀具更夠更好地完成對不同材料的加工，適應各種加工環境。例如普通中心不對稱三齒結構立銑刀，由于其自身平衡性較差，無法滿足高速切削刀具結構需求，而通過改進后的中心對稱的二齒結構，就能很好的適應高速切削刀具的轉速。

高速發展的制造業，對切削加工的要求也不斷提高，將為可轉位刀具的持續創新發展提供動力，尤其是生產零件具有材料硬度高，加工難度大，型腔形狀復雜，交貨周期短等特點的工業，是促進可轉位刀具進行結構創新的強大動力，推動各種結構、類型、型號的高速切削刀具快速改進。

2.高速切削刀具技術研究

以主軸高速旋轉作為技術核心的高速切削，通過對多項先進工業制造技術的綜合應用，形成的一項極其復雜的系統工程。由于高速切削技術在工業制造上的逐步投入使用，各項新技術在生產實踐中得到檢驗，通過不斷的實踐與改進，幫助我國的高速切削技術水平快速提升。

2.1.高速切削刀具動平衡技術

刀具系統在高速旋轉時受到的切削力較小，離心力才是此刻刀具系統的主要負荷。當刀具加工轉速的增加，離心力會因為失去平衡而快速變大，此時變大的離心力將直接導致刀具變形，甚至發生斷裂損毀，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，在進行高速切削加工之前，必須關注測量刀具系統不平衡量值，將不平衡量值控制在安全合理范圍內。

刀具動平衡是高速切削加工中的關鍵。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、刀具結構、刀體與刀片的夾緊方式等進行控制。在實際加工中，需要操作者首先需要對刀具、夾頭、主軸等各個單獨的元件完成動平衡控制;然后在對刀具與夾頭的組件實現動平衡的控制;最后操作者必須實現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節，最終實現刀具系統的動平衡。

將加工機床、動平衡設備、切削刀具，三者有機結合成“三位一體”時未來高速切削刀具動平衡技術的發展目標，更好地實現刀具主軸與刀柄組件，從靜止到高速旋轉工程中自動平衡。該發展目標的實現，離不開刀具平衡系統的自我平衡檢測與動態平衡調節。而更高標準的技術手段是通過在刀柄上創造性的安裝自動平衡裝置、減震裝置，以此來達到高轉速下刀具平衡系統的在線平衡的嚴要求。通過在線對刀具系統進行平衡性檢測，以實現對系統內平衡配重位置的動態控制，從而有效降低刀具系統自身不平衡慣性力所產生的震動損壞。

現場動平衡檢測技術的研發，成功實現在刀具系統高速旋轉下，對動平衡數據的檢測、收集與分析處理，該技術可以應用于對高速旋轉加工機床實況監測的震動分析。刀具系統的動平衡現場檢測技術，作為高速加工機床配套技術，未來應用前景十分可觀。

結束語：綜上所述，高速切削刀具作為一項先進技術，在我國正處于起步階段，目前發展尚不成熟，國內刀具材料的研發速度落后于發達國家，陶瓷刀具材料在工業生產上的推廣與應力度不足，未能將科技轉化為生產力，提升我國工業制造水平，相應的刀具研發與應用技術改進還任重而道遠，但高速切削刀具技術的發展將對我國工業制造業發展產生深刻影響是不容忽視的。因此，需要加強高速切削刀具技術相關領域的科技研發力度，不斷推動我國從工業大國向工業強國發展進步。

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