Walter USA 的可转位螺纹铣刀需要多次旋转以切削完整的螺纹，但较低的啮合力使其比丝锥更快，螺纹质量更好，刀具寿命更长。 （由 Walter USA 提供）

在竞争激烈的可转位刀具领域，最近的许多进展似乎都是渐进式的。其他人的细节都处于保密状态。但由于切削刀具的选择会对生产率产生巨大影响，因此向专家请教新产品总是值得的。

让我们从决定可转位铣刀还是整体硬质合金铣刀的古老问题开始。正如威斯康星州沃克夏市 Walter USA 的产品经理 Luke Pollock 所说，首先要考虑的是“需要去除多少材料以及您有多少工作空间？……当您有足够的空间和大量材料的删除，我绝对认为可转位工具是更好的方法。我们甚至看到在最初的几次操作中在小型部件上使用可转位刀具，只是为了根据刀具的尺寸和齿数提高材料去除率。”

Dan Tucker，产品管理组经理美国西部山特维克可乐满 (Sandvik Coromant) 的铣削专家，新泽西州费尔劳恩 (Fair Lawn, N.J.) 量化了这种权衡，他说，对于直径为 5/8 英寸（15.88 毫米）及以下的刀具，硬质合金优于可转位铣刀，“你甚至可以提出论点就生产率而言，直径 3/4" [19.05 mm] 的整体硬质合金可能超过可转位。通常很难将足够多的可转位刀片放入较小的刀具中以与之竞争，这不仅体现在刀具中的数量，还体现在与整体硬质合金相匹配的刀片长度方面。” Tucker 的同事，美国东部的铣削专家 Joe DeRoss 说，它’ 使用小直径可转位刀具进行粗加工更具成本效益，即使它的齿数少于相同尺寸的整体刀具。这是因为使用双刃可转位铣刀将材料切块然后在刀片磨损时更换刀片更便宜（至少从工具的角度来看）。

从应用的角度来看，Edwin Tonne，培训和位于田纳西州富兰克林的 Horn USA Inc. 的技术专家表示，槽铣或盘铣（面铣）是可转位刀具击败实体刀具的最佳示例。 “另一个例子是在较小的封闭型腔中进行面铣。使用 Horn 304 小型铣刀，可以加工更深型腔的底部，而无需花费更长的整体硬质合金刀具，”他说。

表面光洁度、公差权衡

对于山特维克可乐满的 DeRoss，选择整体硬质合金刀具而不是可转位刀具的驱动因素是需要实现出色的表面光洁度。修光刃刀片可以添加到可转位工具以提高表面光洁度，但 DeRoss 表示，与实体工具的更高凹槽数竞争的唯一方法是减慢过程。 Pollock 解释说，就其性质而言，可转位刀具永远不会像实心刀具那样呈现出完美的连续切削刃。 “即使长刃可转位刀具排列得很好，甚至可能感觉不到证示线，但证示线几乎总是存在的。 … 由于可转位工具是一个组件，总会有一点不匹配。它 [由] 插入钢体中的刀片组成。它永远不会在完美的位置有一个口袋，而且您永远无法将刀片磨成精确的尺寸。总会有一点堆积。使用可靠的工具则不然。”

在其他复杂几何形状中，山特维克可乐满为涡轮风扇盘中的根部形状提供郁金香铣刀。（由山特维克可乐满提供）

这并不是说工具制造商并没有试图收紧这些公差。塔克说，山特维克可乐满是第一家在硬化状态下加工刀体的公司，从而制造出“更精确的刀具”（而不是在切割型腔后对其进行热处理） . 他补充说，山特维克可乐满的目标是使凹槽的径向跳动达到 0.0005 英寸（0.0127 毫米），现在正在寻找新材料和不同的工艺来实现更严格的公差。他说，在车间组装刀具时可实现的效果“取决于”。例如，需要磨削刀片来接近保持这种公差。最重要的是，它们应该都来自同一批次。但如果它是一个真正可转位的工具并使用随机选择的生产插入器ts，“您可能会看到从刀片到磨削刀片的十分之五到千分之一，”Tucker 说。

“如果刀片的周边未磨削，”Walter USA 的 Pollock补充说，“变化量级为 ±0.001-0.0015" [0.0254-0.0381 mm]。在最极端的情况下，这可能导致总跳动高达 0.003 [0.0762]"。”

复杂几何形状，定制解决方案

“可转位”并不一定意味着“简单”或“标准”。例如，“齿轮铣削过去需要专用的滚齿机，”Horn USA 的 Tonne 说道。但 CAM 软件和切削工具技术的进步使得“即使是最复杂的齿轮形状和花键在具有 C 轴同步的标准车床上也能生产。由于这些进步，Horn 还在可转位平台上生产齿轮车削工具。” DeRoss 提到了 Sandvik Coromant 用于涡轮根部成型的可转位铣刀。他们还制造特殊的郁金香刀具，采用可转位硬质合金和整体硬质合金，用于刀片锁定在环中的相应形状。具有圆形边缘的铁轨是特殊可转位刀具的另一大应用。

Pollock 引用了用于曲轴加工的定制刀片形状。 “它是内燃机中最昂贵的部件之一，加工它们会消耗大量刀片，因此这个领域得到了很多关注。” Pollock 解释说，刀片的形状和端面的几何形状都很关键，“以便加工碳钢，从而产生长切屑并能够对其进行控制。”他补充说，能够压制独特的刀片形状并在烧结过程中将它们保持在严格的公差范围内，这“可能是创造这些成型工具的最大创新”。 “从 s 开始，公差就足够好烧结炉。你不必回来打磨它们，这使得复杂的几何形状更有可能。如果它必须被磨削，那么可以生产的形状就会受到更多限制。”

美国瓦尔特 (Walter USA) 还生产带有特殊刀片的可转位螺纹铣刀。 （对于直径为 7/8" [22.23 mm] 及以下的刀具，还制造了整体硬质合金版本的刀具。）根据 Pollock 的说法，该设计切割切屑并将其自身折叠起来，从而使其脱离材料。 Pollock 解释说，刀具采用多排布置，需要多次旋转才能切削出完整的螺纹。通过我们的设计，我们可以更快地进给刀具，而且我们实际上可以将循环时间缩短到比切削丝锥更快的速度。通常，当从攻丝切换到螺纹铣削时，通常期望提高螺纹质量性，提高刀具寿命，并提高每个零件的成本。但这也意味着您将不得不牺牲循环时间，因为螺纹铣削通常需要更长的时间。不使用这个工具。”

您什么时候应该考虑为您的独特情况定制的工具？山特维克可乐满的塔克回答说：“当零件数量和投资回报率有意义时。 ......或者如果零件上有一个标准工具无法完成的功能。” Tonne 表示，Horn 的销售额中有很大一部分是按订单或定制解决方案生产的，并提供了以下标准：“当零件的复杂性或特征具有比机床可以处理的更严格的公差时。例如，如果凹槽间距必须在微米以内，并且机床由于内部零件磨损而出现一些误差，那么定制解决方案将是一个不错的选择。如果功能的编程变得过于复杂，可索引的自定义解决方案将是一个不错的选择，[因为它会]如果操作可以同时完成，例如倒角、仿形铣削和铣槽。”

延长刀具寿命

涂层仍然是提高刀片和刀片耐用性的关键因素工具主体。原始设备制造商用来获得最新涂层的“秘方”仍然是专有的和隐藏的。山特维克可乐满发布了其 Inveio 涂层的新版本，它使用 CVD 工艺，Tucker 说可以在“分子水平”进行控制，这样多层就可以均匀排列。 “我们真正掌握了每层宽度和长度对齐方式的一致性。 ......而且我们的刀具寿命大大增加，甚至刀片的切削刃也出现磨损。”山特维克可乐满的网站没有告诉你涂层的成分是什么，但塔克报告说它是 TiAlN。

有人认为需要高压冷却液泵来确保从多刀片铣刀上的每个孔流出足够的流量。（图片由 Horn USA 提供）

山特维克可乐满还发布了遵循相同原理的 PVD ​​涂层 Zertivo。塔克再次表示，差异化因素是山特维克可乐满能够“在微米级或纳米级增加更大的强度边缘线。我们能够将坚固的粒子带到我们需要它们的边缘线，并将其他材料留在我们需要韧性的地方。他还强调，公司 90% 的涂层都是在内部完成的，采用专门的工艺，包括秘密的边缘准备。

就其本身而言，Walter USA 开发了一种超低压 CVD 涂层工艺， Pollock 说允许它“将更多的铝放入氮化钛铝涂层中。我们经常推荐钛铝镍铣削的tride，因为它很硬而且很薄，所以它很好地处理了铣削的中断。但是通过在氮化钛铝中加入更多的铝，你可以跑得更快，因为铝是耐热的部分。它可以像氧化铝插入物一样吸收更多的热量，但由于钛的存在，它不像涂层那样脆弱。”他将这种方法描述为一种混合方法，可以同时获得 PVD ​​氮化钛铝涂层和 CVD 氧化铝涂层的优点。它需要对熔炉进行改造，但除了名称：Tiger-tec Gold 之外，Walter 自然不会说更多。

Greenleaf 的 C4 和 CP4 刀具具有可转位嵌套，让机械师可以轻松地在完全不同的刀具之间切换插入几何体。 （图片公关由 Greenleaf Corp. 提供）

Pollock 说 Walter USA 还为其工具主体引入了一种独特的涂层，“以帮助保护钢材并避免切屑清洗。”他说，整个行业已经从简单的表面硬化和通过硬化过渡到产生黑色表面以控制生锈的蒸汽氧化工艺，再过渡到镀镍，从而产生平坦的银色外观。 “现在这个行业似乎正在回归黑色。但我们的不仅仅是蒸汽氧化工艺；这是一种真正的涂层，它更硬、更耐磨，叫做 Walter BLAXX。” Tucker 开玩笑说，山特维克可乐满 (Sandvik Coromant) 将于 2022 年 10 月推出一种新的铣刀刀体，其使用寿命是目前使用的材料的八倍。

Greenleaf Corp. 应用工程经理/项目经理 Martin Dillaman，宾夕法尼亚州 Saegertown 观察到，改进的 CAM 软件在提高刀具寿命方面发挥了很大作用。 “越来越注重维持利弊恒定的切屑厚度有助于延长刀具寿命并控制刀具长度上的磨损。无论是可转位刀具还是整体刀具，这都有帮助。”

冷却液争议

Dillaman 表示，Greenleaf 还专注于开发带有冷却液管路的刀片刀具，以延长使用寿命。 “无论是用于液体冷却剂还是空气冷却剂，您都需要控制流量流出到切削刃，以帮助防止切屑堆积，并将切屑从下一个刀片将要切削的区域排出。这可以防止可能的切屑被重新切割或堆积到凹槽中，并有助于提高整体性能和光洁度。”

陶瓷模具是 Greenleaf 业务的重要组成部分。对于这些工具，由于热冲击和由此导致的工具寿命损失，不建议使用液体冷却。有趣的是，在其测试中，Greenleaf 发现无需为空气冷却剂设计刀柄用于液体冷却剂。它的许多刀柄都可以使用陶瓷或硬质合金刀片。

但并非所有人都认为总是、甚至经常需要冷却液，而且高压冷却液 (700-1,000 psi) 似乎存在争议。在 Pollock 看来，高压冷却液对磨削和车削很有用，但在铣削中不需要。高压泵“给切口带来很多振动”，更不用说它们在运行时“像女妖一样尖叫”。事实上，Pollock 说，“有些材料我们不想使用冷却液。碳钢就是其中之一。我们更喜欢把它切干。如果我们需要排屑，我们可能会尝试通气。”如果材料需要液体冷却剂，例如钛、铬镍铁合金、不锈钢或铝，低压冷却剂就足够了。

另一方面，Tonne 说“高压冷却剂有随着越来越多的刀片座被添加到每个刀具中，这种方法变得越来越普遍。如果您有一个带有 20 个槽的刀具，您需要足够高的入口压力和冷却液体积来供应每个槽。像 Horn 的 610、406 和 409 系统这样的切向铣削系统也是高压冷却液有益的一个原因。切向刀具的强芯、高进给率和较小的容屑槽需要体积和压力来排屑。在对难加工合金进行开槽和仿形加工时，需要高压冷却液的冷却和排屑能力。

“典型机器上的标准冷却液系统可能在 80 至200 psi，”他继续说道。 “对于口袋压力的每个冷却剂出口都是分开的。对于 100-psi 系统和 20 槽刀具，这意味着每个冷却液输出的出口压力约为 5 psi。每个应用程序都没有神奇的数字，但肯定是越多越好。”

加速设置

加速设置可以提高效率，并且已经有所改进进入边缘。 DeRoss 表示，山特维克可乐满现在在其某些铣刀上使用更大的螺钉，因为“有时较小的螺钉难以操作。使用后，它们可以开始锁定在刀具中。因此，较大的螺钉更容易拆卸。”

山特维克可乐满“在分子水平上”控制其 Inveio CVD 涂层中各层厚度和排列的一致性，以提高刀具寿命。 （图片由山特维克可乐满提供）

Dillaman 指出，Greenleaf 通常使用圆形槽型，“因为刀片的强度和该形状在铣削中的切屑减薄能力。它还有助于更快、更轻松地对刀片进行分度，因为您可以通过以下方式松开螺钉并分度到下一个良好的边缘只需旋转刀片即可。无论您是旋转 20˚ 还是最多旋转 90˚，这都只是一个简单的旋转，将其锁定回来，您就可以开始了。”如前所述，Greenleaf 提供陶瓷和硬质合金刀片以及可处理其中任何一种的刀柄。 “这样一来，您就可以使用同一把刀具，尤其是在车间或他们在多种材料、多种硬度之间移动的地方。一种刀具可用于多种不同材质，无论是硬质合金还是陶瓷。”

Greenleaf 还提供带有可转位嵌套的刀具系列。称为 C4 和 CP4 刀具，Dillaman 解释说，它们使用户能够轻松地在完全不同的刀片几何形状之间切换。 “无论是圆形刀片、方形刀片还是 80° 金刚石，您都可以根据所加工零件的几何形状更换嵌套。”

Tucker 和 DeRoss 强调了快换吨刀柄，例如 Coromant Capto，它与主轴安全集成并具有高重复精度。 Capto 接口现在已经过专利，各种供应商提供许多扩展和缩减适配器，以及对其他机器接口的适配。 DeRoss 报告说，大约四分之三的所有带有 B 轴头的新型多任务、多功能机器现在都配备了 Capto 主轴。