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1、Helitronic Power DiamondHelitronic Power Diamond 的特点 1、二合一机床：一种功能是用电蚀加工的方法加工 PCD 刀具，同时还要保证重复加工的精度；一 种功能就是磨削加工 2、5 轴联动可以实现一次装夹完成整个几何尺寸复杂的刀具的加工 3、很高的表面加工质量， 粗糙度达 RA0.2 4、在各直线轴上配置了光栅尺，最大限度的保证了位置精度 5、自动探测系统可以精确的探测刀具位置 6、磨削主轴采用双主轴结构 7、获专利认证设计的具有高度稳定性的床身结构 8、基于 Windows 操作系统的用户界面使操作更加便捷 9、装在床身上的可移动式控制台配置了灵
2、敏的触摸屏，具有优越的可操作性 10、可支持远程诊断及应用的 ModemWALTER HELITRONIC POWER DIAMOND 二合一 以 HELITRONIC POWER 为基础的 5 轴 CNC 磨床，可用旋转电极加工聚晶金刚石（PCD）刀具以及磨削硬质合金和高速钢（HSS）的工具。主要使用领域：用于木材及塑料加工业的聚晶金刚石（PCD）工具。 技术参数： X 轴 水平行程 460MM Y 轴 垂直移动 330MM Z 轴 横向移动 660MM X.Y.Z 轴快速行程 15M/MIN 工件 直径 320MM 最大长度，轮廓磨削 350MM 最大长度, 端面磨削 280MM 最大重量
3、 50KG 最大砂轮直径 200MM 旋转电极直径 6-200MM 最大峰值功率 11.5KW 磨削主轴转数 0-9500RPM 重量，包换冷却系统 4600KG聚晶金刚石聚晶金刚石(PCD)刀具的开发与应用刀具的开发与应用作者：上海工具厂 薛建新 游顺英 虞建明1 引言引言 高速切削已成为现代制造技术的一个主要发展方向。由于高速切削刀具的开发与应用直接影响高速切削的加工效率和加工质量，因此具有非常重要的意义。刀具技术的革新，除了刀具本身的几何形状、切削角度等的革新和改进外，刀具切削刃材质的开发和革新也是提高切削效率、降低切削成本的一个关键因素。 20 世纪 70 年代中期以来，美国、德国、日
4、本等工业发达国家先后开发聚晶金刚石(PCD)刀具并将其用于非金属材料和有色金属材料的高速切削加工，使生产效率获得大幅度提高，切削费用成倍下降，因此被广泛应用于汽车、航空、航天以建材等工业领域。 2 PCD 复合片的开发复合片的开发 聚晶金刚石(PCD)复合片是由粒度为微米级的金刚石颗粒与 Co、Ni 等金属粉末均匀混合后，在高压高温下，在碳化钨(WC)基材上烧结而成的一种刀坯新材料。PCD 复合片不仅具有金刚石高硬度、高耐磨性、高导热性、低摩擦系数、低热膨胀系数等优越性能，同时还具有硬质合金良好的强度和韧性。PCD 复合片还具有导电性，因此可用线切割机切割成所需刀头，将刀头焊接在刀体上，经过刃
5、磨制成 PCD 刀具。 目前国内外已有不少 PCD 复合片的生产企业，主要生产厂商及产品牌号见表 1。 表 1公司名称 国别 牌号 金刚石平均粒径(m) GE 美国 Compax-1600Compax-1300Compax-1500Compax-1700 5102540 Element six(原 De Beers) 英国 Syndite-CTC002Syndite-CTB00222Synd ite-CTB010Syndite-CTB025Syndite-CTH025 102525 住友电工 日本 DA-200DA-150DA-100DA-90 0.5520+0.550 日本 韩国 CFCMC
6、C 21025 东名 日本 TDC-FMTDC-98F2MTDC-GMTDC-SMTDC-HMTDC-SATDC-EMTDC-EM 113710162036+163 PCD 刀具的动平衡刀具的动平衡 由于 PCD 刀具适宜于高速切削，因此旋转式 PCD 刀具的动平衡显得特别重要。动平衡时，应根据刀具允许使用的最高转速(nmax)和动平衡的精度等级(一般控制在 G2.5 级)查图 1，得到许用不平衡率 eper值，则其允许的不平衡量可由下式计算 Uper=meper式中 eper许用不平衡率或偏心距(单位：gmm/kg 或微米) m刀具质量(kg) 图 1 不同平衡精度等级 G 的剩余不平衡率(
7、或转子偏心距)与工作转速的关系为了达到刀具的动平衡精度要求，常采用去重法(在刀具刀体的适当部位去除适当重量)使刀具的实际不平衡量允许不平衡量。 4 PCD 刀具的适用范围刀具的适用范围 由于 PCD 刀具的性能优越，因此被广泛用于非铁金属和非金属材料的加工(见表 2)。 被加工材料 加工对象 非铝汽车、摩托车：活塞、 汽缸、轮毂、传动箱、泵体、进气管、各种壳体零件等 飞机、机电：各种箱体、壳体、压缩机零件等 精密机械：各种照相机，复印机，计量仪器零件等 铝合金 通用机械：各种泵体、油压机、机械零件等 内燃机船舶 ：各种轴、轴瓦、轴承、泵体等 电子仪器：各 种仪表、电机整流子、印制电路板等 铜铜
8、合金 通用机械 ：各种轴承、轴瓦、阀体、壳体等 硬质合金 各种阀座、汽缸等烧结品及半烧结品等 铁金属 其它 镁、锌等各种有色金属 木材 各种硬木、人造板、人造耐磨纤维板及制品 增强塑料 玻璃纤维、碳纤维 增强塑料等 橡胶 纸用轧辊、橡胶环等 石墨 碳棒等 非金属 陶瓷 密封环、柱塞等烧结品 及半烧结品在实际选用时，应根据 PCD 刀具的使用场合、被切削材料的特性以及加工的具体要求，选用适当牌号和粒径的 PCD 复合片做刀具刀头。一般情况下，复合片中金刚石体积浓度高或粒径较大的耐磨性较好，金刚石体积浓度低或粒径较小的则韧性较好。 5 HSK 刀柄系统刀柄系统 在高速旋转条件下，PCD 刀具的刀柄
9、定位精度和夹持力是至关重要的。通常采用 DIN69893-1 HSK 刀柄系统(目前汽车制造业发动机生产线上所用绝大部分 PCD 刀具都采用 HSK 刀柄)。由于 HSK 刀柄系统采用双重定位配合原则，在足够的拉紧力作用下，HSK1:10 空心工具锥柄和主轴锥孔、锥面及夹持平面之间同时接触，产生摩擦，可提供封闭结构的径向定位和平面夹紧定位，阻止任何轴向窜动。HSK 刀柄具有静、动态刚性高、扭矩传递大、径向定位精确以及换刀重复精度高等特点。HSK 刀柄系统的结构形式分别有 A、B、C、D、E、F 型，常用的有 A、B、C、D 型四种：A 型为自动换刀型(见图 2a)，B 型为带内冷却孔的自动换刀
10、型，C 型为手工换刀型(见图 2b)，D 型为带内冷却孔的手工换刀型；刀柄凸缘直径一般分为 9 个规格(分别为 25、32、40、50、63、80、100、125、160mm)。HSK刀柄的型式规格标识见图 3。 (a) (b) 图 2 HSK 刀柄 图 3 HSK 刀柄的型式规 格标识6 PCD 刀具的刃磨刀具的刃磨 PCD 复合片的硬度一般在 HV4500HV8000 之间，仅次于金刚石的硬度(HV9000)，同时其硬度因生产厂或牌号的不同而不同。因此，如何解决 PCD 刀具的刃磨问题是加工、使用 PCD 刀具的关键。目前有两种 PCD 刀具常用刃磨方法： 金刚石金刚石砂轮砂轮刃磨法刃磨法
11、 采用金刚石砂轮来刃磨 PCD 刀具，对所用机床要求较高：机床系统刚性好，进给机构精度高，有微进给机构，重复精度高，磨头往复摆动平稳无冲击，同时还需选用合适的金刚石砂轮。瑞士 EWAG 公司生产的 RS 系列机床尤其是 RS15 机床具有精度高、附件多并带有刃磨 PCD 刀具(带 HSK 刀柄)的附件等特点，是 PCD 刀具刃磨机床的代表。采用 RS15 机床刃磨 PCD 刀具，刀具尺寸精度可达 0.001mm，表面粗糙度可达 Ra0.08 左右。 电蚀刃磨法电蚀刃磨法 电蚀刃磨是将工件(PCD 刀具)和电蚀轮(或钼丝)形成正负电极，通过正负电极间放电，达到去除 PCD 的效果。电蚀刃磨法的
12、PCD 去除效果取决于电蚀轮(或钼丝)与 PCD 刀具刃口间的间隙、走刀进给速度以及电压高低、电流大小等。电蚀刃磨机床的特点是生产效率高，尺寸精度一般在.0.01mm 左右，表面粗糙度在 Ra0.25 左右。德国 VOLLMER 公司的 QM 和 QW 系列机床是采用电蚀法刃磨 PCD 刀具的代表，其中的新产品 QM110 和 QWD760 都是五轴联动数控机床。QM110 是轮电蚀刃磨机床，用于直线形刃口的 PCD 刀具电蚀刃磨。QWD760 是线电蚀刃磨机床，用于各种曲线形刃口的 PCD 刀具电蚀刃磨。 根据不同机床刃磨 PCD 刀具的适应范 围，一般说来，对尺寸精度和表面粗糙度要求高的
13、PCD 铰刀、镗刀等，在 RS15 等机床上用金刚石砂轮刃磨；对 PCD 铣刀、锯片和 PCD 木工刀具等，用 QM110或 QWD760 机床进行电蚀刃磨，而用于强化地板开榫的 PCD 刀具和各种曲线形状的 PCD 刀具，则采用 QWD760 机床电蚀刃磨。 7 结语结语 上海工具厂有限公司通过技术改造，引进了 PCD 刀具(包含 PCBN 刀具)的先进生产设备，包括瑞士EWAG 公司的 RS15 机床、德国 VOLLMER 公司的 QM110 和 QWD760 机床、德国 SCHENCK 公司的 HSK 刀柄动平衡机、ZOLLER 公司的 CNC 刀具专用测量仪等。通过现有生产技术的配套，
14、上工目前已能生产木工行业、印制电路板行业和汽车制造业所急需的各类 PCD 铣刀、镗刀、铰刀，成为国内目前唯一能配套生产带 HSK 刀柄的 PCD 刀具的企业。PCD 刀具的应用与发展刀具的应用与发展作者：张宪 编译聚晶金刚石(PCD)刀具加工铝制工件具有刀具寿命长、金属切除率高等优点，其缺点是刀具价格昂贵，加工成本高。这一点在机械制造业已形成共识。但近年来 PCD刀具的发展与应用情况已发生了许多变化。如今的铝材料在性能上已今非昔比，在加工各种新开发的铝合金材料(尤其是高硅含量复合材料)时，为了实现生产率及加工质量的最优化，必须认真选择 PCD 刀具的牌号及几何参数，以适应不同的加工要求。PCD
15、 刀具的另一个变化是加工成本不断降低，在市场竞争压力和刀具制造工艺改进的共同作用下，PCD 刀具的价格已大幅下降 50%以上。上述变化趋势导致 PCD 刀具在铝材料加工中的应用日益增多，而刀具的适用性则受到不同被加工材料的制约。 PCD 刀具的基本特点刀具的基本特点 具有极高硬度和独特机械性能的 PCD 复合片是由金刚石颗粒和催化剂的混合物在高温高压下烧结而成，在合成过程中产生了金刚石颗粒共生物，并在金刚石颗粒之间建立起连接“桥”，从而获得具有催化剂岛状结构、类似于整体金刚石的 PCD 材料。PCD 材料的结构与 PCBN(聚晶立方氮化硼)材料不同。在 PCBN 材料中，CBN粒子之间并无实际
16、粘结物；而 PCD 材料中则存在共生物，金刚石颗粒之间通过晶格“桥”相互连接。 PCD 刀具牌号是以金刚石颗粒的粒度进行分类。根据制造商的标准，细颗粒、中等颗粒和粗颗粒 PCD 牌号所对应的金刚石粒度大致分别为 2m、10m 和 25m。粗颗粒 PCD 牌号比细颗粒 PCD 牌号强度更高，耐磨性更好，在粗加工中具有更长的工作寿命，但粗颗粒 PCD 刀具的切削刃难以达到细颗粒 PCD 刀具表面的光滑程度。因此，细颗粒 PCD 刀具可获得更好的加工表面光洁度，但磨损速度较快。 PCD 刀具的价格变化刀具的价格变化 过去，价格昂贵一直是影响用户广泛接受 PCD 刀具的一个主要障碍，但现在情况发生了很大变化。业界估计，在过去的两三年中，PCD 刀具的价格已下降了 40%60%。出现 PCD 刀具价格“跳水”的原因之一是市场供大于求。在 20 世纪 90 年代初，PCD 刀具的发展势头开始超过传统的硬质合金刀具，在随后的十年中，对 PCD刀具的市场需求不断增加。但是，随着 PCD 刀具制造技术的成熟，其销售增长势头开始减缓，目前整个制造业的不景气对 PCD 刀具市场也
