采用多功能機(jī)床高效加工PCD刀具

隨著輕型金屬材料在汽車工業(yè)和航空工業(yè)的使用日益增多，對(duì)切削加工此類材料用的超硬刀具（如PCD刀具）的需求也不斷增長(zhǎng)。但是，PCD刀具的磨削加工成本昂貴，工序復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，制約了此類刀具的推廣應(yīng)用。

　　PCD刀具是將PCD復(fù)合片刀尖焊接到硬質(zhì)合金刀片或刀桿基體上制成。制造此類刀具時(shí)，需要在不同的機(jī)床上分別加工PCD刀尖和硬質(zhì)合金基體。硬質(zhì)合金基體一般采用傳統(tǒng)的磨削工藝加工；PCD復(fù)合片則需采用放電腐蝕工藝（線切割或放電磨削）進(jìn)行加工。

　　為了簡(jiǎn)化PCD刀具的加工工序，提高生產(chǎn)效率，人們開發(fā)了可在同一臺(tái)機(jī)床上對(duì)具有復(fù)雜幾何形狀和超光潔表面的PCD、PCBN刀具實(shí)現(xiàn)磨削加工和放電腐蝕加工的多功能機(jī)床。這種新型機(jī)床可實(shí)現(xiàn)高效率、多功能加工的關(guān)鍵是對(duì)電火花發(fā)生器進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，從而使操作者可對(duì)電火花放電進(jìn)行精確控制，以避免損傷工件表面，并可改善加工表面質(zhì)量。這種新型加工系統(tǒng)的另一特點(diǎn)是配備了高靈敏測(cè)頭、先進(jìn)的控制軟件和仿真軟件，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工。


　　瓦爾特Power+Diamond的多功能機(jī)床

　　德國(guó)的瓦爾特公司（Walter AG）開發(fā)了一種稱為Helitronic Power＋Diamond的多功能機(jī)床。這種五軸機(jī)床既可對(duì)硬質(zhì)合金和高速鋼基體進(jìn)行傳統(tǒng)磨削加工，又可對(duì)PCD復(fù)合片進(jìn)行放電磨削加工，并可在這兩種加工方式之間方便地進(jìn)行轉(zhuǎn)換。由于該機(jī)床具有雙重加工功能，通過(guò)一次安裝即可完成硬質(zhì)合金基體和PCD復(fù)合片的加工，這就為一些規(guī)模較小的刀具制造公司進(jìn)入PCD刀具市場(chǎng)提供了便利。該機(jī)床具有足夠大的剛性，可使機(jī)床振動(dòng)減至最小，保證被加工刀具與電極之間的放電間歇保持恒定。傳統(tǒng)磨削加工和放電磨削加工可共用同一套冷卻液/絕緣液供液系統(tǒng)。

　　瑞士的伊瓦格公司（Ewag AG）推出了一種名為ewamatic的多功能磨床。該機(jī)床可通過(guò)一次安裝完成對(duì)硬質(zhì)合金基體的磨削加工和對(duì)PCD復(fù)合片的放電腐蝕加工。這種加工方法避免了以往加工PCD硬質(zhì)合金刀具過(guò)程中需將工件從一臺(tái)機(jī)床轉(zhuǎn)移到另一臺(tái)機(jī)床的多次裝卸過(guò)程，從而可減小由多次裝夾引起的累積誤差。ewamatic多功能磨床采用模塊化設(shè)計(jì)，操作者可用磨輪的外圓弧和切向端面對(duì)具有相等或不等后角的刀具進(jìn)行開刃。該機(jī)床的一個(gè)重要特點(diǎn)是采用了星形磨頭，磨頭上配置了6根獨(dú)立的軸（最多可安裝12個(gè)磨輪）。通過(guò)調(diào)整工作頭，可完成對(duì)刀具的外圓面、切削角、切削刃的磨削加工。該機(jī)床可加工直徑0.1～35mm、具有直齒或螺旋齒的圓柱形或圓錐形PCD刀具。

　　德國(guó)的Vollmer Werke Maschinenfabrik GmbH公司通過(guò)對(duì)PCD刀具電火花腐蝕加工技術(shù)的研究，開發(fā)出了QWD755/760系列五軸臥式CNC線切割加工機(jī)床。該系列機(jī)床可對(duì)階梯刀具、成型加工刀具以及其它復(fù)雜形狀刀具進(jìn)行連續(xù)走絲成型加工。該機(jī)床第五軸（E軸）上的電極絲采用水平位置安裝，克服了傳統(tǒng)線切割機(jī)床電極絲垂直安裝造成工件輪廓加工困難的缺陷，由于水平安裝的電極絲可實(shí)現(xiàn)徑向和軸向走絲，因此可對(duì)階梯刀具和其它復(fù)雜刀具的外形輪廓進(jìn)行成型加工。在工件一次裝夾中，回轉(zhuǎn)工作頭（E軸和A軸）可在較大角度范圍內(nèi)進(jìn)行切割加工。經(jīng)優(yōu)化改進(jìn)的電火花發(fā)生器使操作者可對(duì)電腐蝕加工的輸出功率進(jìn)行精確控制，從而可獲得≤Ra0.2μm 的加工表面粗糙度。該系列機(jī)床還配置了仿真軟件、過(guò)程控制軟件和優(yōu)化軟件。QWD760型機(jī)床的刀具加工范圍介于頂尖中心線與QWD755型機(jī)床加工范圍之間，該機(jī)床未設(shè)置尾座，適合加工刀桿較長(zhǎng)的PCD刀具。

　　德國(guó)Jakob Lach GmbH公司的Lach-Diamant分公司2003年5月在漢諾威舉行的Ligna展覽會(huì)上推出了經(jīng)重新設(shè)計(jì)的Dia-Profile放電磨削加工機(jī)床。這種八軸機(jī)床配置了新型的電火花發(fā)生器和驅(qū)動(dòng)軸電機(jī)，加工PCD刀具時(shí)可獲得優(yōu)于線切割加工的表面質(zhì)量。用線切割工藝加工PCD刀具時(shí)，PCD在釬焊后將喪失部分導(dǎo)電性，而用Dia-Profile機(jī)床磨削加工PCD則可保持其導(dǎo)電性，這對(duì)于優(yōu)化PCD刀具的加工表面質(zhì)量十分重要。Dia-Profile機(jī)床采用一個(gè)小半徑的石墨輪（或銅輪）對(duì)給定的刀具輪廓進(jìn)行放電腐蝕加工，磨輪的工作原理與CNC車床加工十分相似，它首先腐蝕加工出PCD刀具的粗略廓形，然后對(duì)磨輪進(jìn)行修整，再進(jìn)行精加工，如此反復(fù)，直至PCD刀具達(dá)到要求的表面光潔度。