一種劃時代的加工方法，能讓讓刀具自動旋轉！
向新一代旋轉刀具發起挑戰
PROJECT 1 讓刀具自動旋轉
飛機部件大量使用難切削材料，與一般的工件材料相比，會使刀具壽命明顯縮短。有沒有一種劃時代的加工方法，能大幅提高難切削材料加工時的刀具壽命？
為了回應市場的這一期待，三菱綜合材料向開發新一代旋轉刀具發起了挑戰。這一次，我們將帶您走近複合機床專用的「驅動型旋轉車刀」和通常的加工中心可以使用的「從動型旋轉刀具」這兩種新旋轉刀具誕生的秘密。
讓刀具自動旋轉
充分運用複合機床優勢的驅動型旋轉車刀的開發。三菱綜合材料第一次開發鑲裝刀片在加工中轉動的車削加工用旋轉車刀，要追溯到大約20年前。
通過大膽採用當時的創新機構，利用切削中產生的切削阻力來帶動鑲裝刀片轉動。使鑲裝刀片在切削中轉動，能抑制加工難切削材料時導致刀具壽命縮短的一個主要原因，即邊界損傷，大幅延長了壽命。第一代旋轉車刀憑藉在難切削材料加工中發揮出的優秀性能，贏得了好評，但由於結構複雜，其刀具剛性有限，而且組裝的部件數量多，與標準車刀相比，價格相當昂貴。儘管還有部分客戶在繼續使用，但隨著時代的發展，需求逐漸減少，已經從上市之初的標準庫存品，變成了現在的特殊訂購品。
但在其背後，我們也在運用開發第一代旋轉刀具積累的技術訣竅，開發新型旋轉車刀。在思考新的轉動機構時，複合機床的出現是一個很大的啟發。第一代旋轉車刀是利用切削中產生的切削阻力來帶動鑲裝刀片轉動，旋轉力會因切削條件而產生波動，很難始終發揮穩定的性能。要是在任何切削條件下都能穩定產生指定的旋轉力，是不是就能製造出新的旋轉刀具？大約10年前，我們產生了這樣的構想。
剛好在那個時候，東京農工大學的笹原研究室也在研究基於同一概念的驅動型旋轉車刀，從大約3年前開始，三菱綜合材料與該研究室正式啟動了合作研究。因為使用複合機床可以任意控制刀具側的轉動，所以有別於從動型的「驅動型」旋轉車刀成為了現實。
但是，由於刀具的轉速以及刀具的接觸角都可以自由設定，因此，尋找切削條件、刀具傾斜角的最佳組合，成為了擋在面前的第一道障礙。
不只是刀具側的轉速(刀具轉速)，刀具接觸工件材料的角度(刀具傾斜角)也非常重要。工件材料的切削速度、進給和切深等基本切削條件不同，切屑的厚度和排出方向等會發生巨大改變，對於刀具壽命影響很大。這次除了以上條件，刀具傾斜角也要變，找到最佳切削條件的組合是難上加難。於是，我們借該研究室之力，進行相關數值的學術理論研究，對最佳推薦條件進行了調查。
另一方面，開發刀具形狀的最大課題，是要在車刀上安裝鑲裝刀片時，盡量減少二者中心的錯位。如果錯位太大，鑲裝刀片相對於車刀轉軸會發生偏心旋轉。這會導致切深量波動，部件不符合指定尺寸。而且，切深量發生波動，切削阻力也會變得不穩定，在切削中容易產生振顫等，可能導致鑲裝刀片意外缺損。
面對儘可能讓鑲裝刀片的中心與車刀主體的中心重合這一課題，我們經過多次試製和反覆驗證，最終實現了能將鑲裝刀片與車刀的同軸度控制在0.01mm以下的精巧機構。
除此之外，內部冷卻液也是一大特點。按照這次的設計，冷卻液是從鑲裝刀片的孔與夾緊螺絲的縫隙之間供應。通過採用這樣的機構，在車刀上安裝鑲裝刀片的夾持力雖然會有下降的趨勢，但憑藉獨有的機構，保證了必需的夾持力。刀具自身以固定的轉速穩定轉動，可以將切削中產生的熱穩定地分散到切削刃的整個周長，而且，通過從車刀內部供應冷卻液，不僅能有效冷卻整個鑲裝刀片，還能順利排出切屑。
實現了長壽命，約為一般鑲裝式車刀的10倍
本次開發的驅動型旋轉車刀具有以下特點:
1．通過充分利用鑲裝刀片切削刃的整個周長，均勻分散刀具磨損，能最大限度地充分利用鑲裝刀片自身的刀具壽命。
2．利用刀具自身的穩定轉動，能有效分散切削熱，利用內部冷卻液進行冷卻，能大幅抑制鑲裝刀片的磨損。
3．利用獨有的高精度、高剛性夾持機構，能穩定進行高效率加工。
機遇如清水，無處不可流； 機遇如月光，有隙皆可存。
藉助以上特點，如右圖所示，在用於切削Inconel718時，其壽命要遠遠長於一般的鑲裝式車刀。而且，不光是是耐熱合金等難切削材料，應該還適用於鋁和鐵等複合材料的切削。特別適合通過降低更換刀具的頻率、延長刀具壽命，來大幅降低總運行成本的需求，例如夜間無人加工、以少量人員分擔多台機床等。
開發第一代旋轉車刀時的疑問這次將會解開？
按照開發第一代旋轉車刀時的思路，為了抑制會給導熱係數低的難切削材料的加工造成問題的前刀面磨損，鑲裝刀片的轉速最好與切屑的排出速度保持一致。也就是說，按照一般的切屑壓縮比的理論，理想轉速是切削速度的約3分之1。
第一代旋轉車刀是在切削阻力的作用下被動旋轉，無法控制轉速，在當時沒有嚴格驗證這一假設。新型旋轉車刀有多個需要設定的參數，要想找到與客戶不同的切削條件嚴格吻合的最佳值，可以說相當困難。根據大量的實驗結果，通用的推薦值漸漸清晰了起來，而有意思的是，這個推薦值與開發第一代旋轉車刀時的設想「刀具側的轉速約為工件材料切削速度的3分之1」竟然相差無幾。驅動型旋轉車刀目前正在開發之中，將爭取在2019年內上市。
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