數控機床（chuáng）

上海（hǎi）, 2013 年 11 月 - 切斷和割槽工藝與普通車削操作具有相同的基本目標：將工件加工成所需的形（xíng）狀，滿足精（jīng）度要求，並最大限度地提高生產率。然而，除此之（zhī）外，切斷（duàn）和割（gē）槽應用在刀具強度和剛度以及（jí）切屑控（kòng）製方麵還有自身（shēn）的特（tè）點。刀（dāo）具製造商采用創（chuàng）新的刀具設計和高級冷（lěng）卻液輸送策略，來（lái）滿（mǎn）足切斷和割槽工藝（yì）的（de）特殊需（xū）求。

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切（qiē）斷和割槽刀具

      如同普通車削操作一樣，切斷和割槽工（gōng）藝（yì）也是使用靜止的刀具（jù）來切削（xuē）旋轉的工件。首先要考慮（lǜ）的事項（xiàng）是（shì）配置刀具係統，以便（biàn）產生所需的（de）工件形（xíng）狀。因此，切斷和割（gē）槽刀（dāo）具係統的設計（jì）因（yīn）工件（jiàn）的尺寸和深度而有所不同。

      例如，對於在大型工件上進行深割槽和切斷加工，以及在小型工件上進行淺割槽和切斷加工，刀具製造商將提供直接（jiē）夾在刀柄中的、采用平裝或立裝配置的切斷和割槽刀（dāo）片。

      其中一個例子是山高全新係列的星形立裝（zhuāng）設（shè）計刀片，該（gāi）刀片具（jù）有四（sì）個切削刃，因而稱為 X4 係列。這款刀片的切削寬度（dù）介於（yú） 0.5 mm 至 3 mm (0.02" - 0.12") 之（zhī）間，旨在最大（dà）限度地減少切斷期間的材料消耗，並能夠精確地對小型和中型複（fù）雜工件進行割槽（cáo）和仿形加工。根據切削刃寬度的不同，刀具的最大（dà）切深介於 2.6mm 至6.5mm（0.10" 至 0.26") 之間，而可切斷棒料的最大直徑介（jiè）於 5.2 至 13 mm（0.20" 至 0.52"）之（zhī）間。刀片（piàn）的立裝設計（jì）可將切削力導向刀柄（bǐng），從而最大限（xiàn）度地提升剛度、穩定性和生產率。

      在確定刀片的基本形（xíng）狀後，對切削刃前角的選擇成為了切斷和割槽成效的關鍵因素。零度前角刀具可以實現與工件的垂直對齊，並將切削力直接轉移到刀柄，從而提高精度、刀具壽命和表麵粗糙度。然而，在切斷完成後，零度刀具會在（zài）所切斷的棒料中心留下細（xì）小的突起或尖頭（tóu）。如果不想留下突起，則應使用具有較小前角的刀具，以在其通過工件中心時切斷突（tū）起。此外，在某些工件材料中（zhōng），前角刀具不容易（yì）產生（shēng）毛刺。

      在設置基本刀具配置後，工件的材（cái）料屬性通常決定了最適合加工該（gāi）工件的刀片型號。難以加工的工件材（cái）料或斷續切削（xuē）通常表示應使用（yòng）具有較高（gāo）強度和（hé）抗衝擊性的刀片型號，而高磨蝕性工件則表示需要使用專（zhuān）為耐磨性設計的刀片（piàn）型號。山高Duratomic® 金剛甲CVD 氧化鋁鍍層等刀具鍍層用於對刀（dāo）具的特性進行（háng）微調，使其適用（yòng）於特定的工件材料和刀具路徑。

應用推薦

      對（duì）於切斷和割槽刀具，有一些特定的設置建議。在安裝刀（dāo）具時，應注意使刀片與工件的軸線真正垂直。這（zhè）可最大限度地（dì）降低刀具上的軸向力，並（bìng）防止摩擦刀片的側麵。對於刀具位置，切削（xuē）刃的中心高度應盡可能接近工件中心，偏差應在 +/- 0.1 mm/0.004" 以內，這也是為了防止對刀（dāo）具施加過大的壓力（lì），以（yǐ）免刀（dāo）具壽（shòu）命縮短。

      切（qiē）斷和割槽刀具的切削參數與普通車（chē）削有所不同。如（rú）果主軸轉（zhuǎn）速恒定，則當切斷刀具到達棒料的中心時（shí），其切削速度會降低至零。放慢的速度會對刀具形成沉重壓力，並可能導致工件材料黏附在切（qiē）削刃上。因此，應在刀具（jù）接近零件中心時（shí）降低（dī）進給率（最多 75%）。此外（wài），可調（diào）整切削速度以最大限度地減少（shǎo）振動。切斷和割槽工藝中使用的刀片通常為窄刀片，這往往會導致切削不穩定。因此，盡可能將刀片固定到最短的刀杆（gǎn）中，並且在不妨礙（ài）工件（jiàn）的前提下將（jiāng）其（qí）安裝在最粗的刀杆中夾緊，這些措施也（yě）有助於控製振動。確保機床本身的剛度（這在任何加工操作中都是必須的）同樣有助於減少不需要的振動（dòng）。

切（qiē）屑（xiè）控製難題

      切斷和割槽工（gōng）藝（yì）的特點是切削區非常狹窄（zhǎi），這給加工期間產生的切屑控製帶來了難題。特別是在切斷（duàn）工藝中，刀具在切削時兩側被工件材料（liào）包圍，限製（zhì）了切屑的排出路徑。最後，根據工件材料的不同，切斷和割槽工（gōng）藝中產生的薄切屑往往不會（huì）折斷。失控的帶狀切屑可導（dǎo）致切屑堵塞（sāi）、損傷工件並危及操作（zuò）員的安全。不僅如此（cǐ），切屑控製問題（tí）也會妨礙無人值守（shǒu）或"全自動化"加工的實施。

      許（xǔ）多用於切斷和割槽的刀具采用了專門設（shè）計的切削刃槽型，以便彎曲並折斷切屑。山高的（de）此類產品是 MC斷屑槽型。如（rú）果表麵（miàn）粗糙度（dù）和其（qí）他條件允許，可在切削（xuē）期間暫停刀具進給（也（yě）稱"暫留"），從而有助（zhù）於折斷切屑。另一種切屑控製方法是使用冷卻液來衝掉可能堵塞切削（xuē）區的（de）切屑。然而，傳（chuán）統的（de）澆注冷卻液通常無法在切斷和（hé）割槽應用中產生（shēng）足以到（dào）達切削區的壓力。不僅（jǐn）如此，澆注冷卻液噴（pēn）嘴的位置也難以確定，無法使冷卻液流向最需要的部位。最後，相對（duì）較弱的澆（jiāo）注冷卻液（yè）流可能在切（qiē）削（xuē）區轉化為蒸汽，這實際上形成了一個隔離層（céng），致（zhì）使切削過程中產生（shēng）的熱量無法散發出去（qù）。

      澆注冷卻液的一（yī）種替代（dài）方案是在盡可能貼近切削刃的情況下高壓噴射冷卻液。如（rú）今的機床冷卻液（yè）泵通常可提供 20 bar (290psi) 至 70 bar (1015 psi) 的壓力。舉例來說，山高的冷卻液輸（shū）送係（xì）統具有廣泛的適用性，其操作壓力範圍既可低至（zhì） 5 bar(72 psi)（可能會影響生產率），也可高達 70 bar (1015 psi)，甚至達到 275 bar (4351 psi) 的（de）高壓。

      為了獲得最佳效（xiào）果，高壓冷卻液必須（xū）定點（diǎn）輸送，並盡可能靠近切削（xuē）區。刀具製造（zào）商已開發出眾多高（gāo）壓冷卻液輸送係統。一種流行的做法是通過刀（dāo）片來輸送冷卻液。然而，山高已（yǐ）確定的是，最有效（xiào）的冷卻液（yè）流可在刀片前刀麵切削區和切屑之間產生一個"楔塊（kuài）"，從而提升並折斷切屑。顯而易見（jiàn），當通過刀片輸送冷卻液時，難以將液（yè）流導向最佳位（wèi）置，無法產生楔塊。而這不足（zú）以使冷卻液進入切削區的附近區域，為了形（xíng）成楔塊，液流必須盡量靠（kào）近並導向切削刃。

      因此，山高（gāo）開發了一套稱（chēng）為 Jetstream Tooling® 飛流刀具的冷卻液輸送係統，可通過位於刀柄（bǐng）中的導流器來導向高壓冷卻液。導流器的小孔可產生猛烈的高速冷卻液流，穿透並潤滑工件和刀具切削刃之（zhī）間的高摩擦區。最近，在一項旨在困難工況下控製切屑的創（chuàng）新中，公司將名為 Jetstream Tooling®Duo 的技術應用（yòng）於 X4切斷和割槽刀杆。這種方（fāng）法（fǎ）可從兩個出口輸送冷卻液。除了（le）噴向（xiàng）前（qián）刀麵最佳加工點的上（shàng）部噴嘴（zuǐ）外，全新的 Duo技術采用一個額外的冷卻液噴嘴來衝洗間隙麵。切削刃從（cóng）兩個相反方向（上方和下方（fāng））接受（shòu）高壓冷卻液，從而（ér）最（zuì）大限度地（dì）控製切屑（xiè）流並冷卻切削（xuē）區。

專業化應用

      對（duì）難加工的工件材料（如鈦合金和不鏽鋼）進行加（jiā）工時，切屑控製尤為關（guān）鍵。這些材料具有高強度以及高耐熱和耐磨性，通常用於生產航空航天、發電和醫藥行業中的高價值零件。但正是這些特點，讓這些材料成為關鍵應用中絕佳選擇的同時，也降低了材（cái）料的可加工（gōng）性。要實現斷（duàn）屑，切（qiē）屑應吸收切削期間產生（shēng）的熱量並被軟化，但（dàn）鈦合金是一種導熱（rè）性極（jí）差的材料，會產（chǎn）生難以折斷的堅韌切屑。

      具有較大正前角的鋒利刀具可以高效切（qiē）削鈦合金等材料。然而，為了控製切屑和（hé）最大限度地提高生產率，通常會需要使用高壓冷卻液輸送工具。通過定點輸送冷卻液流並在刀片（piàn）前刀麵和切屑（xiè）之間形（xíng）成楔塊效應，切（qiē）屑可折斷成更小、更易於管理的片段。

結論

      切斷（duàn）和割槽工（gōng）藝是車削操作的重要組成部分，同時也帶來了許多獨特的挑戰。由於這（zhè）些工（gōng）藝的切削區較為（wéi）狹窄，因此必須仔細考慮基本刀具形狀、槽型、刀（dāo）片材料，以及設置細節和切削參數。在任何機加工操作中，切屑（xiè）控（kòng）製都是（shì）一個需要考慮的問題，但在狹窄的空（kōng）間中，如果切削作業產生的切屑較薄且難以（yǐ）折斷，則切屑控（kòng）製就變得更加關鍵。刀具製造（zào）商已開發出了切屑（xiè）控製槽型，可幫（bāng）助解決這一問題。另外，暫停進給等切削策略也可對此有所幫助。控製切屑的一種絕佳方法是定點輸送高壓冷卻液。無法（fǎ）控製的切屑需要操（cāo）作人（rén）員一直在旁監控，因此，持續切屑控製（zhì）的（de）主要優勢便是可（kě）以實現全自動化/無人值守（shǒu）的加工操作。與其他加工工藝一樣，冷卻（què）液也能在切（qiē）斷和割槽工藝中提供相同的（de）優勢，包括刀具壽（shòu）命延長（zhǎng）和/或切（qiē）削參（cān）數增加。總之（zhī），借助當今切斷和割槽加（jiā）工的刀具、技術和創新，用戶能夠在這一專（zhuān）業（yè）但（dàn）重要的加工工藝中最大限度地提高生產率。

作者：

山高切斷（duàn）和割槽（cáo）全球（qiú）產品經（jīng）理 Carlos Bueno-Martinez

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