未来切削刀具设想

中航工业常州兰翔机械有限责任公司 （江苏常州 213022） 牟宗平

随着金属加工制造业的高速发展，大量的精密零部件在各行各业得到广泛的应用，因此带来了国民经济的快速增长，社会的进步。未来金属加工制造业的发展涌现很多新的技术，例如3D打印技术、3D喷铸成形技术等，除了加法制造，减法制造也要进一步发展，或加、减法混合发展，下面本人结合本企业的生产实际以及遇到的难题，畅谈一下对未来机床和刀具发展的要求：

（1）增加机床切削轴 某设备托座，如图1所示，在加工托座下板螺纹孔时，由于球形面遮挡，机床刀具无法加工，需要二次装夹，以往采用分体焊接加工，在单件上完成螺纹孔加工，但焊接件存在安全隐患，不如整体零件好，如有一种机床除主轴上有刀具加工外，平台内部也有相应的刀具旋转加工，可一次装夹加工，做到事半功倍的效果。

图1

（2）叶片、叶轮等零件的加工 叶片、叶轮是我公司常加工的零件，也是众多零部件加工中的难点，一是零件结构复杂，二是材料多以钛合金、高温合金为主，加工手段为电解+多轴铣，费时费力，不仅要求机床精度高，而且刀具材料要好，编程水平也要高，如果能研发一种“柔性”刀具及相应的机床设备，它不依赖传统程序刀位轨迹控制，而是依靠工件的型面控制走刀，只要给出工件的三维模型，刀具就可“紧密”贴合工件曲线型面，随时改变刀具形状，做到以面接触，而非球头铣刀的点、线接触，从而达到“以柔克刚”快速加工的效果。目前，国内已开发出类似的宽行加工技术以及相应的环形刀、鼓形刀、牛鼻刀等工具。

（3）分体铣刀 我公司生产的各种阀体、法兰及安装边等零件，端面都有安装孔，用于穿螺钉固定装配，端面孔反面需要锪平，用于放置垫片及螺母，有的零件由于结构的特殊性，正面加工不到平台，这时就需要设计一些分体反铣刀刀具，如图2所示，刀杆穿通安装孔后，安装刀头，顺时针旋转时锪铣平台，逆时针时刀头自动脱落，刀杆退出安装孔。目前，已有类似刀具生产使用，希望未来分体铣刀能延伸出多种型号及样式。

图2

（4）可掰断钻头 我厂有很多的安装板及燃烧室薄壁零件需要群钻孔，而且这两种零件钻孔所需的刀具不同，一种是普通结构的钻头，一种是薄壁钻头，以往在加工这些孔时，经常准备大量的钻头或磨钻头，费时费力，如果能开发出可掰断钻头，可大大提高工作效率（减少换刀、磨刀时间）以及工人们的劳动强度，此刀具结构如同美工刀一样，如图3所示，随着刀具的磨损，可随时掰断一节，此操作必须机床自动完成，也可G代码程序控制掰刀，掰断后的新刀刃同前一致，同时机床会自动深度补偿。

图3

（5）直径可调刀具 加工中心在加工形状复杂的零件或粗、精加工时，经常会换不同直径的刀具加工，如果未来能开发出一种直径可调刀具，一把或两把刀具就可完成零件的全部加工，将大大节省刀具费用及时间，此刀具结构如图4所示，刀具是由多层结构组成，每层结构同心，每相邻层标准厚度为0.1mm，刀具材料要求非常高，在加工不同直径的孔或槽时，刀具轴芯伸出，根据实际加工尺寸，牵引出所需的层数；机床有辅助装置，与刀具后部相连，可自动调整直径大小，并进行扫描补正控制。

图4

（6）伞状钻头 有一种零件台阶孔，内大外小，或大头不便加工，如图5所示，如果未来能发明一种伞状结构的钻头，可方便、快速完成此类零件的加工，此伞状钻头工作原理如雨伞，在钻台阶小孔时，不用打开，在加工大孔时，钻头前端撑开，像雨伞一样增大直径，待大孔钻完后，钻头前端可自动收起，此操作必须靠设备程序控制，并模块化，不可操作人员随意更改，以免破坏机床、刀具及工件。

图5

（7）带齿状刀具 我公司有一种零件，上面需要加工方形孔，以往小方形孔我们采用钻小孔，再手工修锉完成；大方形孔则采用线切割，但有的零件方形孔不是通孔，甚至还需要直角清根，在加工过程中很是费劲，不仅要借助加工中心小刀清根，必要时还要电解清根；如果能开发出一种带齿状刀具，可解决线切割加工不了的盲孔问题，其带齿状刀具结构如图6所示，刀具上、下两轮带动链齿运动，可切割想要的方形孔；对于特小的方形孔，也可以采用主轴刀具不转，换成更小刀具，如同锉刀一样只上下往复运动来完成零件加工。

图6

（8）内排屑刀具 大家都听过内冷刀具，但从来没看见过内排屑钻头或铣刀刀具，如果能研发出一种内排屑刀具，在精密零部件加工上可略胜一筹，刀具没有了外排屑，碎屑不会对工件表面产生挤压影响，可有效提高工件表面粗糙度，至于碎屑是否能顺利排出，要看刀具内部牵引结构的设计。

对于以上想法，可能与实际脱轨，但人类智慧是无穷的，只有人想不到的事情，没有人做不到是事情。