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人們公認(rèn)，鉆削是切削加工中應(yīng)用的工藝，無論是在加工中心、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需要考慮的關(guān)鍵因素。常?？梢园岩恍┫嚓P(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，用戶無需為鉆削每一直徑的孔而購買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：
(1)節(jié)省大量加工操作和刀具管理費用;
(2)減少刀體使用的硬質(zhì)合金材料;
(3)更長的刀具壽命和孔加工的可預(yù)測性;
(4)減少鉆頭庫存;
(5)了對鉆頭進(jìn)行重磨、返回和所需備份刀具的流動性;
(6)裝刀時間大幅縮短，因為是在機(jī)床和刀柄上更換鉆尖，無需預(yù)調(diào)、補(bǔ)償和對刀。
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)性等問題。對于孔徑小于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，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的選擇，因為這種鉆頭可提供兼具精密制孔能力和成本效益的、可衡量的綜合競爭優(yōu)勢。硬質(zhì)合金鉆尖具有針對工件材料和加工要求優(yōu)化鉆尖形狀設(shè)計的特點，并且通常不進(jìn)行重磨，因此更換的每個鉆尖都是新的，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。
肯納旗下Widia公司新開發(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，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的物流和刀具壽命方面的難題。
Merlin說，“由于不存在刀片重磨問題，模塊化鉆頭提供了加工性能的可預(yù)見性。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。而可重磨刀片因為存在背錐，會造成孔徑縮小。當(dāng)然，可重磨刀片還會造成鉆頭長度發(fā)生變化。使用TDM1鉆頭時，不再需要在工具室預(yù)調(diào)刀具長度，也無需在工具室與機(jī)床之間來回搬運刀具，減少了編程時間和機(jī)床出錯的可能性。
TDM1可更換刀片采用了K20F氮鋁鈦涂層牌號和UPM幾何形狀設(shè)計，其特點是面向鋼和鑄鐵工件的加工設(shè)計鉆尖形狀。該鉆頭瞄準(zhǔn)分銷商市場，鉆尖的設(shè)計具有柔性，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種分別針對鋼、不銹鋼和耐熱合金、鑄鐵加工而優(yōu)化設(shè)計的幾何形狀。對于不同材料的加工，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內(nèi)部緊固來保證，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，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)計孔深達(dá)10D的Crownloc鉆頭。
伊斯卡公司(Iscar Metals Inc.)副總裁Bradley Teets說，“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可換鉆尖鉆頭后開發(fā)的第三代產(chǎn)品，經(jīng)過改進(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，“SumoChamdrill的特點是有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，精磨的齒槽具有的鉆進(jìn)性能。”該鉆頭的特點是帶有螺旋狀冷卻液噴嘴的可轉(zhuǎn)位鉆尖，對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)計基于標(biāo)準(zhǔn)DIN 9766，適用的鉆削深度為：長徑比從1.5D、3D、5D到8D。鉆體內(nèi)設(shè)有螺旋狀冷卻液孔。Teets說，“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)平面了對鉆尖定位和支承的控制。為了防止鉆削過程中刀片被甩出，在刀座上還設(shè)有軸向限動件，它甚至在失去夾持力的情況下也能限制刀片移動。
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，用戶購買一個刀體，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)過倒棱的切削刃在加工鑄鐵時可避免崩刃。SMDT-MEL則是為加工耐熱合金、不銹鋼和鑄鐵而設(shè)計的。
SMD鉆頭刀體系列的規(guī)格由原有的3D和5D(長徑比)擴(kuò)展到了8D。Rich Maton說，“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鉆頭具有針對不同材料優(yōu)化設(shè)計的可換式鉆尖，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徑比達(dá)10D的深孔(B4010)。
可換式鉆尖的設(shè)計與其加工對象相互匹配。例如，P6003采用優(yōu)化設(shè)計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，可對切削刃進(jìn)行冷卻并輔助排屑，可加工長徑比達(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)計開發(fā)的GEN3SYS可換鉆尖式鉆頭可使機(jī)床的加工時間zui大化，并減少價值不菲的裝刀時間。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;鉆頭長徑比為3D、5D和7D;可選擇C1和C2基體牌號。
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)合金鉆頭時鉆頭數(shù)量通常變化不定的問題。英格索爾公司的Bob Jennings解釋說，“在生產(chǎn)加工中，我們發(fā)現(xiàn)，用戶通過在機(jī)床上快速更換刀具，可以地管理加工過程：不卸下刀具夾頭和刀具，無需重調(diào)刀具、Z 軸和與工件接觸，只需更換鉆尖即可。在無人值守加工中，一旦確定了刀具壽命，機(jī)床就可以按照刀具的預(yù)期壽命來設(shè)定和運行。因此，用于無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，“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。我們希望采用內(nèi)冷卻方式，因為在高速鉸削時，需要非常的冷卻方式，以有利于排屑、潤滑和冷卻。”
Butler說，“我們還建議，在加工中心上進(jìn)行鉸削加工時，zui好使用可調(diào)式心軸，使用戶能通過拼合式快調(diào)刀柄上的徑向、軸向螺釘和指示表來調(diào)整工件與主軸的偏差。如果采用一臺精密現(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，由于無需從機(jī)床上卸下刀柄，因此其安裝時間為零。”
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，“采用同時配合連接方式使該產(chǎn)品與眾不同。采用對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計、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。刀頭與刀柄通過一個錐體實現(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，刀頭高度的重復(fù)性小于5/10。”
通過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，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.)開發(fā)的模塊式Reamax TS刀具系統(tǒng)旨在降低刀具成本，同時提高其加工柔性，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)采用單個刀柄與多個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)，無需將刀柄從主軸接口卸下，即可進(jìn)行鉸刀的更換。為了對刀具磨損進(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。
山特維克可樂滿銑刀開發(fā)專家David Öhlund解釋說，“CoroMill 316銑刀具有多種刀頭，可與多種刀體聯(lián)接，開發(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)距離加工時特別。在懸伸量過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，“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發(fā)的。”
Durow表示，“我們開發(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，你會發(fā)現(xiàn)，對一把整體硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行裝卸、調(diào)整并從頭啟動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，懸伸長度從短到長。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)行長懸伸加工的航空發(fā)動機(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，“CoroMill 316采用擁有專利的螺紋機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)精密而穩(wěn)定的連接?；旧蠌膬蓚€方面來確保刀具的徑向和軸向精度：為了保證刀頭與刀體對中，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，是在軸向接口的端面實現(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銑刀可成功地實現(xiàn)平滑、無噪聲的立銑加工。