节省加工时间和成本的孔加工复合刀具你了解吗？

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如何才能使加工任务“毕其功于一役”？多功能组合机床并不是唯一的选择。孔加工复合刀具使最终用户能用一把刀具加工出多种零件特征，而不是使用多种单一功能刀具（如钻削不同直径、去毛刺、倒棱、反锪端面、锪孔和镗孔刀具）分别进行加工。无论面对何种加工任务，刀具制造商既可采用标准刀具分序加工，也可以设计一种专用刀具，通过一次进刀完成加工。

时间就是金钱

位于德国的肯纳金属共享服务公司模块化和可转位钻头与刀片开发经理Horst Jaeger指出，促使零件制造商采用复合刀具的动机各不相同，但最重要的原因是节省加工时间。

特别是在装刀时间很长的老式机床上，更换多种单一功能刀具要耗费大量时间，采用一次进刀加工出所有孔的特征可以大幅缩短加工周期。复合刀具还可以提高生产能力，而无需对机床、人力、车间建筑或生产基础设施进行额外投资，使用户能增加产量，并因此缩短产品上市时间。

节省加工时间和成本的孔加工复合刀具你了解吗？

图1  各种用于孔加工的多功能复合刀具

在大批量加工中，定制的一体化阶梯钻头可为用户带来上述好处。而其它类型的孔加工复合刀具除了具有这些优势以外，还能提供更好的加工柔性，如在一定范围内调节步长乃至直径。对于生产率和灵活性要求较高、工件尺寸较小的孔加工任务，使用复合刀具是一种理想的选择。

在加工汽车零件时，往往需要专门定制孔加工刀具，因为零件孔的内部形状可能相当复杂。肯纳金属公司为用户提供了BF和SEFAS系列孔加工复合刀具。SEFAS系列主要由标准功能部件（如带倒棱环的钻头）构成。BF系列则主要用于钻削和锪孔加工，所用标准钻头可由标准刀片或专用刀片组合而成。

肯纳公司可转位钻削刀具全球产品经理Doris Kraus指出，优先选用标准刀具的原因除了成本较低以外，还因为其“立等可取”。此外，当机床刀库存放刀具的容量有限时，最终用户也可能需要选用复合刀具。例如，用于大批量加工的机床其刀位数量可能会受到限制。

为了实现孔的复合加工，刀具制造商设计了各种专用刀具（如阶梯钻头）。Mikron公司刀具希望阶梯钻头的阶梯数不超过3，因为3阶以上钻头的最小直径与最大直径相差太大，可能会在切削速度和进给率上造成麻烦。

联合机械工程公司（AMEC）认为，在整个多任务复合切削过程中，最好采用相同的切削速度和进给率（当然也有例外）。与采用不同速度和进给率来加工不同的孔径和特征相比，这样做可以大大简化编程工作。

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图2  AMEC的多阶梯复合钻头可在同一个孔中加工出不同的孔径

AMEC生产的系列复合钻头经常是用标准钻头（如GEN3SYS系列）根据特定加工要求改制的。该公司还分销由森拉天时（Ceratizit）公司生产的EcoCut系列多功能复合刀具。EcoCut可进行钻孔、镗孔、车削和端面加工。其经典版为可转位刀具，加工直径范围8—32mm。小型版为整体硬质合金刀具，加工直径范围4—8mm。此外，该刀具还有不同深径比的长度可供选择。Bokram补充说，另一种类似的多功能复合刀具ProfileMaster（图3）是EcoCut的一个分支，其上配备了切槽刀尖，可以加工止动环槽。所有这些复合刀具都只能按标准供货。

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图3  森拉天时的ProfileMaster多功能复合刀具在刀片顶端有一个开槽刀块

当孔与孔之间，或孔与其它特征之间（如主孔与阶梯孔）的位置公差要求非常严苛时，采用多功能复合刀具可能是满足加工要求的唯一途径。当位置公差极小时，可选用的刀具十分有限，因为零件与零件之间总会有一些由CNC位移和夹持机构造成的偏差。在这种情况下，必须用复合刀具一次进刀同时加工出2种或3种不同的孔径。如果采用单一功能刀具分多次进行加工，不同孔径之间的位置误差很容易超差。

复合刀具甚至有可能使制造商缩短质量控制（QC）花费的时间，因为随着零件不合格的几率降低，车间只需（比如说）每10个零件抽检一个，而不必100％全检。

将铣削转换为钻削

在零件上钻孔后，有些零件制造商就会用几种标准铣刀对多种零件特征（如额外的孔、阶梯孔、倒棱、加工端面和沟槽等）进行圆弧插补铣削。刀具制造商Greenleaf公司建议采用多功能复合刀具来完成这些加工任务。一把定制设计的复合刀具能通过一次进刀加工出多种零件特征，而且无需对不同的圆弧插补和坡走铣分别编程，从而可以节省大量加工时间。

用户往往一开始并不会考虑选择定制复合刀具来执行多种加工任务，因为按照刀具选择原则，只要有可能，就应优先选用标准刀具。但是，在确定是否需要使用专用多功能复合刀具时，加工零件的批量起着决定性作用。在面对一种可能使用专用复合刀具加工的零件（如有一个加工端面、一个O形环槽、多个孔和倒棱的零件）时，首先要考虑的问题是每年的加工数量。如果只需要加工一两个零件，为此专门设计和制造一把专用复合刀具可能得不偿失。但是，如果需要加工几千个零件，就值得采用复合刀具，因为可以把增加的刀具成本分摊到几千个零件上，而且还能节省大量加工时间。

为了提高生产能力，零件制造商往往会考虑购买额外的机床设备。而采用专用复合刀具可以释放足够的加工能力，使制造商能利用自己现有的机床达到其生产目标。通过缩短加工时间，可以大幅降低生产成本。

刀具功能越多，节省的加工时间也越多。Heule公司制造的复合刀具可用一把刀具实现多达7种加工功能。这些刀具上有一个弹性加载的倒棱或锪孔刀片，可通过改变刀具转速而移动到位，从而实现零件背面的反锪端面或沉孔加工。因此，该刀具可在零件的正面和背面各加工3种特征，还能钻孔。

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图4  Heule公司制造各种复合刀具（如图示铝轮毂行业用于加工轮爪螺母和销孔的钻头）

铝轮毂制造业是复合刀具的消费大户之一，主要用复合刀具来钻削加工联接螺母、阀杆、法兰和轮辋上的孔，每家制造商对刀具配置的要求都各不相同。最终用户希望采用多阶梯复合刀具来加工这些零件，因为每个零件上都有许多孔，而且他们希望以尽可能快的速度加工出尽可能多的特征。即便每个孔的加工时间只缩短几秒钟，采用复合刀具也物有所值。

专用复合刀具的定制

当用户需要一种专用复合刀具时，设计制造流程的第一步通常是用户将其想要的刀具图纸（或更常见的是被加工零件图纸）发送给刀具制造商。然后制造商就会根据零件草图的要求设计刀具。

AMEC还为用户提供了Insta-Quote网上报价系统，用户可以登录AMEC的网站，回答一系列关于刀具设计的问题，并快速生成报价单和图纸。Insta-Quote报价系统在询价报价环节可以节省很多时间，获取报价所花的时间非常短，但却能收集到通常要花很长时间才能收集到的信息。如果你能采用Insta-Quote这种便捷方式，就可以节省大量时间。在订单获得认可后，专用复合刀具的交货时间通常为7—8周。

Mikron公司要求的最小订货量是5把刀具，这部分是因为制造这种技术含量很高的专用复合刀具成本不菲（尤其是出现客户拒收的情况时）。不过，有些客户（如生产电器连接件、医疗器件和汽车零部件的制造商）在满足最小订货量要求上并无问题，他们通常一年要购买500—600把专用刀具。

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图5  Mikron公司主要设计开发用于孔加工的专用复合刀具（如图示的多阶梯钻头）

在设计专用复合刀具时，了解使用该刀具的机床加工能力也至关重要，在使用Heule公司的弹性加载刀片复合刀具时尤其如此，因为该刀具是在零件背面进行切削，因此在零件与夹具之间必须留出足够的空隙。

复合刀具的冷却

除了尽可能多地了解机床和夹具，以避免出现任何干涉问题以外，Greenleaf公司还必须根据工件材料，确保其孔加工复合刀具有足够的排屑空间，并了解刀具的截面强度。为达到这一目的，该公司的设计部门会在用5轴数控机床加工刀具之前，生成所设计专用刀具的实体模型图（图6）。此外，同样重要的是，使用复合刀具时切忌超过机床的加工能力。

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图6  Greenleaf公司生成的复合刀具实体模型图，用于确定刀具截面强度以及是否具有足够的排屑空间

由于孔加工复合刀具（如多阶梯钻头）会在工件的多个部位形成切屑，因此AMEC公司建议采用内冷却方式，因为内冷却比浇注式冷却更利于排屑。对于大多数加工而言，100—200psi的冷却液压力是一个不错的起点，随着孔的直径变小，还需要进一步提高压力。

在具备了所有必需的要素之后，在孔加工中使用复合刀具，使零件制造商能大大增加有效切削时间，从而增加零件产量和利润。