采用多功能機床高效加工PCD刀具

隨著輕型金屬材料在汽車工業和航空工業的使用日益增多，對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。但是，PCD刀具的磨削加工成本昂貴，工序復雜，費時費力，制約了此類刀具的推廣應用。

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

　　為了簡化PCD刀具的加工工序，提高生產效率，人們開發了可在同一臺機床上對具有復雜幾何形狀和超光潔表面的PCD、PCBN刀具實現磨削加工和放電腐蝕加工的多功能機床。這種新型機床可實現高效率、多功能加工的關鍵是對電火花發生器進行了優化改進，從而使操作者可對電火花放電進行精確控制，以避免損傷工件表面，并可改善加工表面質量。這種新型加工系統的另一特點是配備了高靈敏測頭、先進的控制軟件和仿真軟件，易于實現自動化加工。


　　瓦爾特Power+Diamond的多功能機床

　　德國的瓦爾特公司（Walter AG）開發了一種稱為Helitronic Power＋Diamond的多功能機床。這種五軸機床既可對硬質合金和高速鋼基體進行傳統磨削加工，又可對PCD復合片進行放電磨削加工，并可在這兩種加工方式之間方便地進行轉換。由于該機床具有雙重加工功能，通過一次安裝即可完成硬質合金基體和PCD復合片的加工，這就為一些規模較小的刀具制造公司進入PCD刀具市場提供了便利。該機床具有足夠大的剛性，可使機床振動減至最小，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。

　　瑞士的伊瓦格公司（Ewag AG）推出了一種名為ewamatic的多功能磨床。該機床可通過一次安裝完成對硬質合金基體的磨削加工和對PCD復合片的放電腐蝕加工。這種加工方法避免了以往加工PCD硬質合金刀具過程中需將工件從一臺機床轉移到另一臺機床的多次裝卸過程，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計，操作者可用磨輪的外圓弧和切向端面對具有相等或不等后角的刀具進行開刃。該機床的一個重要特點是采用了星形磨頭，磨頭上配置了6根獨立的軸（最多可安裝12個磨輪）。通過調整工作頭，可完成對刀具的外圓面、切削角、切削刃的磨削加工。該機床可加工直徑0.1～35mm、具有直齒或螺旋齒的圓柱形或圓錐形PCD刀具。

　　德國的Vollmer Werke Maschinenfabrik GmbH公司通過對PCD刀具電火花腐蝕加工技術的研究，開發出了QWD755/760系列五軸臥式CNC線切割加工機床。該系列機床可對階梯刀具、成型加工刀具以及其它復雜形狀刀具進行連續走絲成型加工。該機床第五軸（E軸）上的電極絲采用水平位置安裝，克服了傳統線切割機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現徑向和軸向走絲，因此可對階梯刀具和其它復雜刀具的外形輪廓進行成型加工。在工件一次裝夾中，回轉工作頭（E軸和A軸）可在較大角度范圍內進行切割加工。經優化改進的電火花發生器使操作者可對電腐蝕加工的輸出功率進行精確控制，從而可獲得≤Ra0.2μm 的加工表面粗糙度。該系列機床還配置了仿真軟件、過程控制軟件和優化軟件。QWD760型機床的刀具加工范圍介于頂尖中心線與QWD755型機床加工范圍之間，該機床未設置尾座，適合加工刀桿較長的PCD刀具。

　　德國Jakob Lach GmbH公司的Lach-Diamant分公司2003年5月在漢諾威舉行的Ligna展覽會上推出了經重新設計的Dia-Profile放電磨削加工機床。這種八軸機床配置了新型的電火花發生器和驅動軸電機，加工PCD刀具時可獲得優于線切割加工的表面質量。用線切割工藝加工PCD刀具時，PCD在釬焊后將喪失部分導電性，而用Dia-Profile機床磨削加工PCD則可保持其導電性，這對于優化PCD刀具的加工表面質量十分重要。Dia-Profile機床采用一個小半徑的石墨輪（或銅輪）對給定的刀具輪廓進行放電腐蝕加工，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，然后對磨輪進行修整，再進行精加工，如此反復，直至PCD刀具達到要求的表面光潔度。