瓦尔特二合一工具磨床

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RA0.24、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460MMY轴垂直移动330MMZ轴横向移动660MMX.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(PCD)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。

3 PCD 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(n max)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e per值，则其允许的不平衡量可由下式计算U per=me per式中e per——许用不平衡率或偏心距(单位：g·mm/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(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)。

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刀柄系统在高速旋转条件下，PCD刀具的刀柄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PCD复合片的硬度一般在HV4500~HV8000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：金刚石砂轮刃磨法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，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 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2µm、10µm和25µm。

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刀具市场也有一定影响。

此外，新进入PCD刀具制造业的竞争者也动摇了原有的市场价格体系。

PCD刀具价格下降的另一个原因是刀具制造成本不断降低，刀具制造工艺(如用于金刚石毛坯粗加工的EDM 工艺、切削刃精密加工工艺等)不断改进。

此外，与十年前相比，加工PCD刀具用的金刚石砂轮质量显著提高，成本则大大下降。

汽车制造业推动了PCD刀具发展美国汽车制造商为了迎合美国消费者偏爱宽大轿车的习惯，同时又要考虑经济不景气的影响以及适应CAFE节能标准的要求，因此一直在致力于提高汽车燃料的利用效率。

美国航空业制造商也面临类似的压力。

这就导致轻型材料(如塑料、复合材料、铝合金材料等)在汽车、飞机制造上的应用大量增加。

为了在减轻材料重量的同时增加其强度，人们在新型铝合金材料中加入了硅元素。

硅铝合金的重量与铝合金相同(或更轻)，但其硬度、强度和耐磨性显著提高，同时还具有更好的热膨胀性能。