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人們公認(rèn)，鉆削是切削加工中應(yīng)用的工藝，無(wú)論是在加工中心、數(shù)控車床，還是在鉆床上，都可以進(jìn)行鉆削加工。每孔加工成本、鉆孔質(zhì)量和孔的完整性都是選擇鉆頭和工藝時(shí)需要考慮的關(guān)鍵因素。常常可以把一些相關(guān)的加工工序如鉸孔、倒角、擴(kuò)鉆、鏜孔等集成在一把刀具上，在鉆孔時(shí)很方便地一起完成。
可更換鉆尖的鉆頭于20世紀(jì)90年代后期問(wèn)世，當(dāng)鉆頭上的硬質(zhì)合金鉆尖磨損后，可以方便地進(jìn)行更換，而無(wú)需將鉆頭的刀體從刀柄和/或機(jī)床主軸上取下。每一把鋼制刀體可適用于給定尺寸范圍內(nèi)不同直徑的齒冠，用戶無(wú)需為鉆削每一直徑的孔而購(gòu)買(mǎi)一支特定尺寸的鉆頭，從而可以節(jié)約成本。通常，鉆頭刀體可覆蓋的孔徑范圍約為1mm，許多刀具供應(yīng)商提供的鉆尖直徑增量為0.10mm。
在鉆頭鋼制刀體上更換硬質(zhì)合金鉆尖的概念引導(dǎo)了可換刀頭銑刀和模塊化鉸削系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，并同樣取得了成功，使用戶獲益非淺。
可換鉆尖式鉆頭在以下方面具有優(yōu)勢(shì)：
(1)節(jié)省大量加工操作和刀具管理費(fèi)用;
(2)減少刀體使用的硬質(zhì)合金材料;
(3)更長(zhǎng)的刀具壽命和孔加工的可預(yù)測(cè)性;
(4)減少鉆頭庫(kù)存;
(5)了對(duì)鉆頭進(jìn)行重磨、返回和所需備份刀具的流動(dòng)性;
(6)裝刀時(shí)間大幅縮短，因?yàn)槭窃跈C(jī)床和刀柄上更換鉆尖，無(wú)需預(yù)調(diào)、補(bǔ)償和對(duì)刀。
為了正確選擇鉆頭類型，就需要正確回答關(guān)于鉆孔尺寸、公差和表面光潔度要求，以及加工任務(wù)或車間的經(jīng)濟(jì)性等問(wèn)題。對(duì)于孔徑小于12.7mm的加工，考慮到加工精度和加工性能，整體硬質(zhì)合金鉆頭仍然是推薦的解決方案;對(duì)于孔徑大于25mm的加工(特別是粗加工)，推薦使用可轉(zhuǎn)位刀片式鉆頭。在大功率機(jī)床上加工孔徑大于25mm乃至51mm的孔時(shí)，采用可轉(zhuǎn)位刀片式鉆頭尤其。
在孔徑范圍為12.7-25.4mm之間的鉆削加工中，可換鉆尖式鉆頭已成為一種常見(jiàn)的選擇，因?yàn)檫@種鉆頭可提供兼具精密制孔能力和成本效益的、可衡量的綜合競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。硬質(zhì)合金鉆尖具有針對(duì)工件材料和加工要求優(yōu)化鉆尖形狀設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，并且通常不進(jìn)行重磨，因此更換的每個(gè)鉆尖都是新的，其加工性能與所有其它新鉆尖相同，而重磨的整體硬質(zhì)合金鉆頭則做不到這一點(diǎn)。
肯納旗下Widia公司新開(kāi)發(fā)的Top Drill M1模塊化鉆頭在8-25.99mm的標(biāo)準(zhǔn)孔徑范圍內(nèi)，兼具模塊化鉆削系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和整體硬質(zhì)合金刀具的加工性能及孔加工質(zhì)量，適用于長(zhǎng)徑比(L∶D)為 3D和5D的孔加工，鉆頭刀體既可以配法蘭刀柄(公制)，也可以配圓刀柄(英制)。
肯納公司的Chris Merlin解釋說(shuō)，TDM1模塊化鉆頭是Widia公司新上市的Victory產(chǎn)品線的組成部分，它是一種采用精磨鉆尖和精磨刀體的免夾緊可換刀片式鉆削系統(tǒng)。這種非重磨刀片避免了使用可重磨刀片所帶來(lái)的物流和刀具壽命方面的難題。
Merlin說(shuō)，“由于不存在刀片重磨問(wèn)題，模塊化鉆頭提供了加工性能的可預(yù)見(jiàn)性。TDM1鉆頭使用戶可以避免這樣的難題：為了保證重磨性能，有時(shí)要在可重磨鉆頭尚未達(dá)到使用率之前就更換刀具。”
像 TDM1這樣的模塊化刀具通過(guò)可更換刀片之間的一致性，保證了加工孔徑的一致性。而可重磨刀片因?yàn)榇嬖诒冲F，會(huì)造成孔徑縮小。當(dāng)然，可重磨刀片還會(huì)造成鉆頭長(zhǎng)度發(fā)生變化。使用TDM1鉆頭時(shí)，不再需要在工具室預(yù)調(diào)刀具長(zhǎng)度，也無(wú)需在工具室與機(jī)床之間來(lái)回搬運(yùn)刀具，減少了編程時(shí)間和機(jī)床出錯(cuò)的可能性。
TDM1可更換刀片采用了K20F氮鋁鈦涂層牌號(hào)和UPM幾何形狀設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)是面向鋼和鑄鐵工件的加工設(shè)計(jì)鉆尖形狀。該鉆頭瞄準(zhǔn)分銷商市場(chǎng)，鉆尖的設(shè)計(jì)具有柔性，只需準(zhǔn)備一種類型的鉆頭就足以適應(yīng)80%-90%的加工需要。
山高刀具公司(Seco Tools Inc.)的Thomas Sandrud指出，該公司的Crownloc可換鉆尖鉆頭的應(yīng)用已相當(dāng)普遍，應(yīng)用領(lǐng)域包括航空航天、發(fā)電、汽車和等行業(yè)。該鉆頭有3種分別針對(duì)鋼、不銹鋼和耐熱合金、鑄鐵加工而優(yōu)化設(shè)計(jì)的幾何形狀。對(duì)于不同材料的加工，可以采用相同的刀體，只需更換鉆尖即可。
Crownloc鉆尖在刀體上的性通過(guò)內(nèi)部緊固來(lái)保證，即將鉆尖拉緊或旋緊在一根拉桿上，由拉桿將鉆尖鎖緊在刀體的互鎖V形槽齒面上。Crownloc鉆頭可用于加工直徑10-25.99mm的孔。
Sandrud說(shuō)，Crownloc可換鉆尖鉆頭的加工性能接近整體硬質(zhì)合金鉆頭，并可以作為精加工刀具多次使用。標(biāo)準(zhǔn)Crownloc鉆頭可加工的孔深為7D，為滿足如今加工更深孔的要求，山高公司還能定制設(shè)計(jì)孔深達(dá)10D的Crownloc鉆頭。
伊斯卡公司(Iscar Metals Inc.)副總裁Bradley Teets說(shuō)，“鉆頭失效的后果總是非常嚴(yán)重。我們的SumoChamdrill(束魔變色龍鉆頭)是繼Chamdrill和Chamdrilljet可換鉆尖鉆頭后開(kāi)發(fā)的第三代產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)改進(jìn)的鉆尖和刀座使該鉆頭能進(jìn)行50次轉(zhuǎn)位，其刀具壽命比第壹代產(chǎn)品提高了一倍。
Teets介紹說(shuō)，“SumoChamdrill的特點(diǎn)是有4種不同的標(biāo)準(zhǔn)鉆尖幾何形狀、鋒利的切削刃和光滑的排屑槽。鉆尖上磨光的排屑槽使切屑可以順暢而不間斷地流動(dòng)，精磨的齒槽具有的鉆進(jìn)性能。”該鉆頭的特點(diǎn)是帶有螺旋狀冷卻液噴嘴的可轉(zhuǎn)位鉆尖，對(duì)于各類不同材料的加工，可采用不同的鉆尖幾何形狀。 SumoChamdrill可用于銑削中心或車床上。
SumoChamdrill的刀柄設(shè)計(jì)基于標(biāo)準(zhǔn)DIN 9766，適用的鉆削深度為：長(zhǎng)徑比從1.5D、3D、5D到8D。鉆體內(nèi)設(shè)有螺旋狀冷卻液孔。Teets說(shuō)，“鎖緊部分增加的精密圓柱體了刀具的剛性，并減小了內(nèi)應(yīng)力。刀具上精密磨制的止轉(zhuǎn)平面了對(duì)鉆尖定位和支承的控制。為了防止鉆削過(guò)程中刀片被甩出，在刀座上還設(shè)有軸向限動(dòng)件，它甚至在失去夾持力的情況下也能限制刀片移動(dòng)。
住友電工硬質(zhì)合金公司(Sumitomo Electric Carbide Inc.)推出了SMD系列可換鉆尖式鉆頭，用戶購(gòu)買(mǎi)一個(gè)刀體，可以適配5種直徑尺寸的刀頭，而每種尺寸的刀頭又有3種用于加工不同材料的鉆尖類型：SMDT-MTL刀頭用于加工鋼件，而SMDT-C刀頭經(jīng)過(guò)倒棱的切削刃在加工鑄鐵時(shí)可避免崩刃。SMDT-MEL則是為加工耐熱合金、不銹鋼和鑄鐵而設(shè)計(jì)的。
SMD鉆頭刀體系列的規(guī)格由原有的3D和5D(長(zhǎng)徑比)擴(kuò)展到了8D。Rich Maton說(shuō)，“據(jù)稱，SMD的鍍鎳刀體比傳統(tǒng)的可換鉆尖鉆頭刀體提供了更長(zhǎng)的刀具壽命。剛性良好的齒槽聯(lián)接系統(tǒng)確保了鉆尖的穩(wěn)定性，而鉆尖的硬質(zhì)合金基體與住友ZX涂層相結(jié)合，提供了很好的性。”SMD鉆頭的加工直徑范圍為12-30.5mm，適用于加工各種不同工件材料的生產(chǎn)車間，以及汽車、航空航天和石油行業(yè)的零部件加工車間。
瓦爾特公司(Walter USA Inc.)生產(chǎn)的Xtra-tec Point Drills鉆頭具有針對(duì)不同材料優(yōu)化設(shè)計(jì)的可換式鉆尖，分別用于加工鋼件(P6001)，鑄鐵(P6002)，不銹鋼、球墨鑄鐵和難加工材料(P6003)，鋁和鋁合金(P6004)，以及在鋼、鑄鐵、不銹鋼和難加工材料上加工長(zhǎng)徑比達(dá)10D的深孔(B4010)。
可換式鉆尖的設(shè)計(jì)與其加工對(duì)象相互匹配。例如，P6003采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的幾何形狀和新型涂層，用于加工通用機(jī)械、能源和航空工業(yè)的各種不銹鋼和長(zhǎng)切屑鋼件。 P6004采用了鋒利的切削刃和新型涂層，用于加工通用機(jī)械、汽車和航空工業(yè)的鋁件和含硅(或不含硅)鋁合金的加工。B4010采用了內(nèi)冷卻設(shè)計(jì)，可對(duì)切削刃進(jìn)行冷卻并輔助排屑，可加工長(zhǎng)徑比達(dá)10D的深孔。硬鎳鍍層了鉆頭的排屑性能并能防止腐蝕，適用于通用機(jī)械、能源和航空工業(yè)的加工。
聯(lián)合機(jī)械工程公司(Allied Machine and Engineering Corp.)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的GEN3SYS可換鉆尖式鉆頭可使機(jī)床的加工時(shí)間zui大化，并減少價(jià)值不菲的裝刀時(shí)間。該公司稱，與同類產(chǎn)品相比，該鉆頭可以提高鉆孔質(zhì)量、表面光潔度和定位準(zhǔn)確性。GEN3SYS鉆頭涂覆了該公司的AM200涂層;初期產(chǎn)品的直徑范圍為12-32mm，可選擇螺旋槽或直槽鉆頭;鉆頭長(zhǎng)徑比為3D、5D和7D;可選擇C1和C2基體牌號(hào)。
在英格索爾刀具公司(Ingersoll Cutting Tools)，可換鉆尖或刀頭的概念已被應(yīng)用于三類切削刀具，包括Qwik-Twist可換鉆尖式鉆頭系列、Qwik-Ream可換式鉸刀和Chip-Surfer銑刀系列。
Qwik- Twist系列鉆頭解決了使用整體硬質(zhì)合金鉆頭時(shí)鉆頭數(shù)量通常變化不定的問(wèn)題。英格索爾公司的Bob Jennings解釋說(shuō)，“在生產(chǎn)加工中，我們發(fā)現(xiàn)，用戶通過(guò)在機(jī)床上快速更換刀具，可以地管理加工過(guò)程：不卸下刀具夾頭和刀具，無(wú)需重調(diào)刀具、Z 軸和與工件接觸，只需更換鉆尖即可。在無(wú)人值守加工中，一旦確定了刀具壽命，機(jī)床就可以按照刀具的預(yù)期壽命來(lái)設(shè)定和運(yùn)行。因此，用于無(wú)人值守加工的刀具應(yīng)該具有相同的刀尖、相同的幾何形狀、相同的切削刃制備以及采用相同的涂層。”
在高速鉸削加工中，英格索爾的Qwik-Ream可換鉸削頭式鉸刀適合常用的小尺寸范圍加工，以及用于難加工材料鉸削的、涂層、釬焊PCD或CBN鉸刀。加工尺寸范圍為12.7-32mm。英格索爾公司的 Michael Butler解釋說(shuō)，“該鉸刀可用于加工中心或數(shù)控車床，以發(fā)揮高性能涂層和基體的優(yōu)勢(shì)。我們希望采用內(nèi)冷卻方式，因?yàn)樵诟咚巽q削時(shí)，需要非常的冷卻方式，以有利于排屑、潤(rùn)滑和冷卻。”
Butler說(shuō)，“我們還建議，在加工中心上進(jìn)行鉸削加工時(shí)，zui好使用可調(diào)式心軸，使用戶能通過(guò)拼合式快調(diào)刀柄上的徑向、軸向螺釘和指示表來(lái)調(diào)整工件與主軸的偏差。如果采用一臺(tái)精密現(xiàn)代機(jī)床和良好的冷卻方式，用戶可以期望將進(jìn)給率和切削速度提高 25-30倍。而且，由于無(wú)需從機(jī)床上卸下刀柄，因此其安裝時(shí)間為零。”
英格索爾的Chip-Surfer銑刀系列采用可與直柄和錐柄適配的各種可換式硬質(zhì)合金刀頭，刀柄可選用鋼、重金屬和硬質(zhì)合金三種材料。Michael Dieken介紹說(shuō)，“采用同時(shí)配合連接方式使該產(chǎn)品與眾不同。采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)速可高達(dá)30000rpm的各種類型刀頭包括立銑、球頭銑、倒角和沉孔銑、鉆銑、圓角銑、(大進(jìn)給)銑、環(huán)面精銑等硬質(zhì)合金刀頭。刀頭與刀柄通過(guò)一個(gè)錐體實(shí)現(xiàn)配合，旋緊后直徑公差可保持在5/10;用扳手在90°方肩處擰緊時(shí)，刀頭高度的重復(fù)性小于5/10。”
通過(guò)可選用的刀頭和刀柄類型的快速增加，可以看出可換頭銑削概念已被廣泛接受。Chip- Surfer系列在2000年剛推出時(shí)，只有10種刀柄和20種刀頭，而現(xiàn)在該系列已包括100種不同類型的刀柄(算上公制刀柄則多達(dá)250種)和 1500種不同的刀頭。“典型的應(yīng)用領(lǐng)域包括航空航天、和通用機(jī)械加工業(yè)。由于Chip-Surfer刀具的高精度，模具制造業(yè)成為其較早的用戶行業(yè)。采用整體ER配合的刀柄開(kāi)拓了該刀具在式機(jī)床、銑/車加工中心上的應(yīng)用(尤其是加工器件)。”
KOMET公司(KOMET of America, Inc.)開(kāi)發(fā)的模塊式Reamax TS刀具系統(tǒng)旨在降低刀具成本，同時(shí)提高其加工柔性，以滿足被加工材料和直徑的各種不同需求。Reamax TS刀具系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是鉸削頭與刀柄之間的聯(lián)接。這種高精度聯(lián)接保證了鉸削時(shí)傳遞扭矩，并可獲得精密鉸孔所要求的同心度，還能保證在更換刀頭后孔與孔之間保持相同質(zhì)量的光潔度。該系統(tǒng)可用于加工通孔、盲孔、高精度孔、長(zhǎng)徑比達(dá)5D的深孔，以及用于高速切削加工。
Reamax TS刀具系統(tǒng)采用單個(gè)刀柄與多個(gè)Dihart鉸削頭的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接，適用直徑范圍為18-64.999 mm。利用其徑向夾緊系統(tǒng)，無(wú)需將刀柄從主軸接口卸下，即可進(jìn)行鉸刀的更換。為了對(duì)刀具磨損進(jìn)行補(bǔ)償，以滿足小至IT4的公差要求，Reamax TS多槽鉸刀具有微調(diào)功能。
山特維克可樂(lè)滿銑刀開(kāi)發(fā)專家David Öhlund解釋說(shuō)，“CoroMill 316銑刀具有多種刀頭，可與多種刀體聯(lián)接，開(kāi)發(fā)該刀具是為了填補(bǔ)整體硬質(zhì)合金銑刀與可轉(zhuǎn)位銑刀之間的空白。我們既有鋼制刀柄，也有硬質(zhì)合金刀柄。硬質(zhì)合金刀柄的剛性是鋼刀柄的3倍，用于精加工和遠(yuǎn)距離加工時(shí)特別。在懸伸量過(guò)4D的遠(yuǎn)距離加工中，可獲得的表面光潔度，并可減少各次走刀之間的工步。”
銑削專家William Durow解釋說(shuō)，“我們發(fā)現(xiàn)，整體硬質(zhì)合金刀具采用的切削深度通常小于1D，因此不需要在刀槽全長(zhǎng)上都采用昂貴的硬質(zhì)合金，需要做的只是給刀具裝上一個(gè)整體硬質(zhì)合金刀頭。CoroMill 316銑刀正是作為整體硬質(zhì)合金銑刀的一種具有成本效益的替代品而開(kāi)發(fā)的。”
Durow表示，“我們開(kāi)發(fā)CoroMill 316的目標(biāo)之一是用于那些更換刀具困難的加工場(chǎng)合，但這一概念很快得到拓展。例如，在加工行業(yè)，特別是在式機(jī)床上，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，對(duì)一把整體硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行裝卸、調(diào)整并從頭啟動(dòng)加工程序是多么困難。而采用CoroMill 316銑刀，你只需換上新的刀頭擰緊即可。由于換刀重復(fù)性很高，你只需按下按鈕，就能繼續(xù)加工。”
CoroMill 316銑刀具有各種刀頭類型，可用于立銑、球頭銑、(大進(jìn)給)銑、倒角銑、粗銑和精銑，以及徑向球頭銑等，直徑尺寸范圍10-25.7mm。刀柄材料有鋼和硬質(zhì)合金，分為直柄和錐柄，懸伸長(zhǎng)度從短到長(zhǎng)。典型的加工包括大進(jìn)給面銑、槽銑、螺旋插補(bǔ)銑削、方肩銑、輪廓銑削和斜面銑削。需要采用昂貴的整體硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行長(zhǎng)懸伸加工的航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣、框架加工，以及器件加工也是該刀具典型的應(yīng)用領(lǐng)域。
Öhlund說(shuō)，“CoroMill 316采用擁有專利的螺紋機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)精密而穩(wěn)定的連接。基本上從兩個(gè)方面來(lái)確保刀具的徑向和軸向精度：為了保證刀頭與刀體對(duì)中，可換刀頭與刀體之間采用了錐形接口，以確保在中心線上定位。還采用了表面接觸定位。當(dāng)你將刀頭連接緊固到刀體上時(shí)，是在軸向接口的端面實(shí)現(xiàn)接觸定位。”
BIG Kaiser精密工具有限公司將可換刀頭概念提升到了一個(gè)新水平。該公司很快將推出由其母公司大昭和(BIG Daishowa)工具公司開(kāi)發(fā)的一種可換頭式銑刀，以拓展其Fullcut Mill高性能整體式銑刀系列，其適用直徑范圍為16-32mm。
據(jù)稱，這種可換式刀頭新穎的模塊化連接機(jī)構(gòu)使該刀具像整體式刀具一樣牢固，可避免因撞擊造成的災(zāi)難性失效。這種稱為Fullcut Mill Contact Grip的連接機(jī)構(gòu)能在刀頭受損后快速進(jìn)行更換。更重要的是，它能夠在FCM(方肩銑和槽銑)與FCR(斜坡銑、螺旋銑、插銑)所用的刀片(或刀座)之間實(shí)現(xiàn)互換。Contact Grip的奧秘在于帶有錐面和端面接觸定位的精密螺紋連接。通過(guò)在徑向和軸向采用大正前角切削刃，F(xiàn)ullcut Mill銑刀可成功地實(shí)現(xiàn)平滑、無(wú)噪聲的立銑加工。