未來(lái)切削刀具設(shè)想

中航工業(yè)常州蘭翔機(jī)械有限責(zé)任公司 （江蘇常州 213022） 牟宗平

隨著金屬加工制造業(yè)的高速發(fā)展，大量的精密零部件在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，因此帶來(lái)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，社會(huì)的進(jìn)步。未來(lái)金屬加工制造業(yè)的發(fā)展涌現(xiàn)很多新的技術(shù)，例如3D打印技術(shù)、3D噴鑄成形技術(shù)等，除了加法制造，減法制造也要進(jìn)一步發(fā)展，或加、減法混合發(fā)展，下面本人結(jié)合本企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際以及遇到的難題，暢談一下對(duì)未來(lái)機(jī)床和刀具發(fā)展的要求：

（1）增加機(jī)床切削軸 某設(shè)備托座，如圖1所示，在加工托座下板螺紋孔時(shí)，由于球形面遮擋，機(jī)床刀具無(wú)法加工，需要二次裝夾，以往采用分體焊接加工，在單件上完成螺紋孔加工，但焊接件存在安全隱患，不如整體零件好，如有一種機(jī)床除主軸上有刀具加工外，平臺(tái)內(nèi)部也有相應(yīng)的刀具旋轉(zhuǎn)加工，可一次裝夾加工，做到事半功倍的效果。

圖1

（2）葉片、葉輪等零件的加工 葉片、葉輪是我公司常加工的零件，也是眾多零部件加工中的難點(diǎn)，一是零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，二是材料多以鈦合金、高溫合金為主，加工手段為電解+多軸銑，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不僅要求機(jī)床精度高，而且刀具材料要好，編程水平也要高，如果能研發(fā)一種“柔性”刀具及相應(yīng)的機(jī)床設(shè)備，它不依賴傳統(tǒng)程序刀位軌跡控制，而是依靠工件的型面控制走刀，只要給出工件的三維模型，刀具就可“緊密”貼合工件曲線型面，隨時(shí)改變刀具形狀，做到以面接觸，而非球頭銑刀的點(diǎn)、線接觸，從而達(dá)到“以柔克剛”快速加工的效果。目前，國(guó)內(nèi)已開發(fā)出類似的寬行加工技術(shù)以及相應(yīng)的環(huán)形刀、鼓形刀、牛鼻刀等工具。

（3）分體銑刀 我公司生產(chǎn)的各種閥體、法蘭及安裝邊等零件，端面都有安裝孔，用于穿螺釘固定裝配，端面孔反面需要锪平，用于放置墊片及螺母，有的零件由于結(jié)構(gòu)的特殊性，正面加工不到平臺(tái)，這時(shí)就需要設(shè)計(jì)一些分體反銑刀刀具，如圖2所示，刀桿穿通安裝孔后，安裝刀頭，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)锪銑平臺(tái)，逆時(shí)針時(shí)刀頭自動(dòng)脫落，刀桿退出安裝孔。目前，已有類似刀具生產(chǎn)使用，希望未來(lái)分體銑刀能延伸出多種型號(hào)及樣式。

圖2

（4）可掰斷鉆頭 我廠有很多的安裝板及燃燒室薄壁零件需要群鉆孔，而且這兩種零件鉆孔所需的刀具不同，一種是普通結(jié)構(gòu)的鉆頭，一種是薄壁鉆頭，以往在加工這些孔時(shí)，經(jīng)常準(zhǔn)備大量的鉆頭或磨鉆頭，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，如果能開發(fā)出可掰斷鉆頭，可大大提高工作效率（減少換刀、磨刀時(shí)間）以及工人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，此刀具結(jié)構(gòu)如同美工刀一樣，如圖3所示，隨著刀具的磨損，可隨時(shí)掰斷一節(jié)，此操作必須機(jī)床自動(dòng)完成，也可G代碼程序控制掰刀，掰斷后的新刀刃同前一致，同時(shí)機(jī)床會(huì)自動(dòng)深度補(bǔ)償。

圖3

（5）直徑可調(diào)刀具 加工中心在加工形狀復(fù)雜的零件或粗、精加工時(shí)，經(jīng)常會(huì)換不同直徑的刀具加工，如果未來(lái)能開發(fā)出一種直徑可調(diào)刀具，一把或兩把刀具就可完成零件的全部加工，將大大節(jié)省刀具費(fèi)用及時(shí)間，此刀具結(jié)構(gòu)如圖4所示，刀具是由多層結(jié)構(gòu)組成，每層結(jié)構(gòu)同心，每相鄰層標(biāo)準(zhǔn)厚度為0.1mm，刀具材料要求非常高，在加工不同直徑的孔或槽時(shí)，刀具軸芯伸出，根據(jù)實(shí)際加工尺寸，牽引出所需的層數(shù)；機(jī)床有輔助裝置，與刀具后部相連，可自動(dòng)調(diào)整直徑大小，并進(jìn)行掃描補(bǔ)正控制。

圖4

（6）傘狀鉆頭 有一種零件臺(tái)階孔，內(nèi)大外小，或大頭不便加工，如圖5所示，如果未來(lái)能發(fā)明一種傘狀結(jié)構(gòu)的鉆頭，可方便、快速完成此類零件的加工，此傘狀鉆頭工作原理如雨傘，在鉆臺(tái)階小孔時(shí)，不用打開，在加工大孔時(shí)，鉆頭前端撐開，像雨傘一樣增大直徑，待大孔鉆完后，鉆頭前端可自動(dòng)收起，此操作必須靠設(shè)備程序控制，并模塊化，不可操作人員隨意更改，以免破壞機(jī)床、刀具及工件。

圖5

（7）帶齒狀刀具 我公司有一種零件，上面需要加工方形孔，以往小方形孔我們采用鉆小孔，再手工修銼完成；大方形孔則采用線切割，但有的零件方形孔不是通孔，甚至還需要直角清根，在加工過(guò)程中很是費(fèi)勁，不僅要借助加工中心小刀清根，必要時(shí)還要電解清根；如果能開發(fā)出一種帶齒狀刀具，可解決線切割加工不了的盲孔問(wèn)題，其帶齒狀刀具結(jié)構(gòu)如圖6所示，刀具上、下兩輪帶動(dòng)鏈齒運(yùn)動(dòng)，可切割想要的方形孔；對(duì)于特小的方形孔，也可以采用主軸刀具不轉(zhuǎn)，換成更小刀具，如同銼刀一樣只上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)完成零件加工。

圖6

（8）內(nèi)排屑刀具 大家都聽過(guò)內(nèi)冷刀具，但從來(lái)沒(méi)看見過(guò)內(nèi)排屑鉆頭或銑刀刀具，如果能研發(fā)出一種內(nèi)排屑刀具，在精密零部件加工上可略勝一籌，刀具沒(méi)有了外排屑，碎屑不會(huì)對(duì)工件表面產(chǎn)生擠壓影響，可有效提高工件表面粗糙度，至于碎屑是否能順利排出，要看刀具內(nèi)部牽引結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

對(duì)于以上想法，可能與實(shí)際脫軌，但人類智慧是無(wú)窮的，只有人想不到的事情，沒(méi)有人做不到是事情。