影響高精度刀具加工的三要素，其中刃磨最重要

影響高精度刀具加工的三要素：

溫度管理 (室溫管理)

切削液的選擇和過濾

砂輪的選定及修整

一、溫度管理（室溫管理）

工廠內室溫管理的重要性:

機床一般都是由鐵系金屬元件組成。其具有高強度、高切削性和低成本等優點，但鐵同樣具有熱脹冷縮的性能，在室溫不恆定的情況下，機器的精度也會不斷的變化。

例1：1m的鐵，室溫變化1℃，大約有10μm的變化。

例2：熱變形能夠使機器的姿態變形。如下圖所示

例3：室溫變化對機器精度的影響

從以下曲線圖可以看出，室溫變化1.8℃，床身變化0.7℃，主軸冷卻溫度變化0.5℃。

例4：室溫變化對加工工件的影響

室溫變化對平頭銑刀連續加工外徑尺寸精度的影響

以上事例可以看出，高精度加工，室溫恆定是必要的。以下幾點也是保持室溫恆定注意事項。

門、窗位置不能使外面的空氣進入。分區設置，工作地點盡量禁止開放。

對於一些具有陽光直射的地方，應盡量採用遮光布等將光線擋住，避免陽光直射機器。

空調的冷/暖機房，要考慮所排氣體的擴撒。

要考慮機械本體發熱的擴散（排氣導管，吹風機的設置）。

工作機械整體應從外部冷卻，使得工作室內溫度環境保持一定。（理想是0.5 ℃）

二、切削液的選擇和過濾

切削液有油性和水溶性兩種類型。我司的工具磨床90%以上使用的是油性切削液。其主要特點是潤滑性高、故障率低。切削液的主要性能為潤滑性和冷卻性，除此之外切削液還有其它很多的性能。

例如：污泥滯留惡化的推進，不僅使得切削液本來性能難以發揮。切削液原本的冷卻性能和潤滑性能低下、流動性低、生產效率低。污泥容易粘上砂輪表面上去，從而使砂粒間的孔堵塞頻率增加。加工面的質量下降，同時頻繁的修整砂輪也縮短了砂輪的壽命。而且超硬或高速鋼的污泥進入到機械內部，也會使機器內各個部品和零件壽命降低。所以高精度、高性能加工切削液清理凈化的過濾裝置是必不可少的。

三、砂輪的選定及修整

砂輪的管理和選擇是每個刀具廠家必須的工作。不同的刀具結構、刀具尺寸所選用的砂輪形狀、粒度、材質等也不盡相同。根據所加工刀具選擇合適的砂輪是必要的。

此外，在刀具研磨過程中，砂輪慢慢出現的磨粒磨損、磨粒脫落、磨粒堵塞等現象，不僅降低切削效率，而且砂輪形狀的變化也會使得想要切削的刀具形狀變得很困難。因此，定期的砂輪修整是必要的。

先進高效刀具是製造業提高加工生產率和產品表面質量的重要因素之一。在高檔數控加工中心上，可利用一把高效複合刀具替代多把單一功能刀具，按照加工程序自動完成複雜形狀工件的加工，對提高生產效率、表面質量和降低生產成本起到極好的效果。統計數據顯示，採用先進高效刀具能顯著提高切削效率，有可能使零件的生產成本下降10%－15%，即使購買先進高效刀具所需費用提高了50%，反映在零件生產成本上也僅為1%左右，即刀具費用的增加遠遠低於生產成本的下降。同時，先進高效刀具還具有減少換刀時間、提高產品質量等各種益處。因此，綜合進行考慮，使用先進高效刀具對提高加工效率、降低生產成本效果十分顯著，研究開發和應用新的先進高效刀具是今後機械加工的發展趨勢之一。

對高效刀具進行磨削加工時，當刀具的材料、結構和形狀以及磨床選型等確定後，砂輪就成為決定加工成敗的重要因素。砂輪技術含量的高低和質量的好壞，決定了能否生產出符合設計要求的高品質刀具。

特殊金屬結合劑強力開槽金剛石砂輪(METROX)

眾所周知，2007年以前，歐洲和日本在硬質合金刀具的開槽加工中，大都使用超高溫樹脂結合劑金剛石砂輪，並採用傳統的大切深、小進給磨削工藝。由於樹脂結合劑金剛石砂輪的局限性，切深越大，磨削阻力就越大，磨削過程中產生的磨削熱也越多，影響了刀具開槽的加工效率和刀具表面質量。為了解決上述問題，2007年，歐洲開始對工具磨床和金剛石砂輪進行新的優化。在磨床方面，提高了機床本身的剛性和功率(最大功率已達到37千瓦)；在金剛石砂輪方面，研製出適合大切深、大進給的強力開槽磨削砂輪，與大功率工具磨床配合使用，使生產效率成倍提高，獲得了很好的效果，並在市場上推廣應用。

2007年以前，由於日本市場的特點和工藝設備的限制，仍然大量使用超高溫樹脂結合劑金剛石砂輪。雖然該砂輪磨削精度高、表面光潔度好，但由於磨床功率小(一般都在10千瓦以下)，因此每次進給的切深也小，導致開槽加工效率低，難以滿足不斷增加的市場需求。

2007年以後，日本Oriental公司和上海中羽公司根據國際高速磨削加工發展趨勢以及中國刀具市場的需求，研究開發了適合大切深、大進給磨削硬質合金刀具的特殊金屬結合劑強力開槽金剛石砂輪(METROX)。該砂輪採用特殊金屬結合劑，解決了一般金屬結合劑砂輪在磨削硬質合金時產生「金屬對抗性」的問題，大大提高了硬質合金整體刀具的開槽加工效率。該砂輪磨削開槽的一次切深可達4mm，在此切深下，該砂輪的開槽進給速度可達90－120mm/min。而在相同的磨削深度下，超高溫樹脂結合劑金剛石砂輪的進給速度最多只能達到50mm/min，如果進給速度大於該值，產生的磨削高溫就會造成油霧，導致無法正常連續加工。

用METROX砂輪進行開槽加工時，由於磨削阻力小，磨削溫度低(經測試，磨削時砂輪表面溫度為30℃－70℃)，因此工件不會產生裂紋、燒傷和熱變形。同時，由於砂輪損耗小，延長了砂輪的修整周期和使用壽命。由於特殊金屬結合劑的特性，該砂輪的耐磨損性極佳，並能長時間保持砂輪的鋒利狀態。

METROX砂輪可以採用很高的進給速度，例如：在磨削直徑12mm、30°螺旋角、槽長26.5mm的三槽硬質合金刀具時，當磨削深度4.0mm、砂輪線速度16mm/s時，進給速度可達90－120mm/min；在磨削直徑16mm、30°螺旋角、槽長50mm的四槽硬質合金刀具時，當磨削深度3.2mm、砂輪線速度為16mm/s時，進給速度可達130mm/min。

超高溫樹脂結合劑金剛石砂輪的性能改進

雖然超高溫樹脂結合劑金剛石砂輪的加工效率低於METROX砂輪，但由於該砂輪結合強度高、生產周期短、加工成本低，特別是在磨削刀具刃口時不易造成崩刃，並能根據使用要求，修磨成各種形狀複雜的成型砂輪，因此在生產中仍被長期廣泛使用。如何進一步改進此類砂輪的磨削性能，也成為當前的一項重要工作。

隨著刀具設計、製造和使用技術的快速發展，以及刀具產量的不斷增加，目前，超高溫樹脂結合劑金剛石砂輪仍不能完全滿足大批量生產刀具的要求，其數量和質量仍有進一步發展的空間。為此，上海中羽公司正在進一步研究如何提高這種砂輪的磨削性能，特別是對結合劑的耐磨性、結合劑與金剛石磨料的結合強度和自銳性等進行了大量試驗研究，取得了較大進展。試驗結果表明，改進後的砂輪磨削效率可在原有基礎上提高大約20%，砂輪壽命可提高大約50%。

刀具材料

在刀具修磨中常見的刀具材料有：高速鋼、粉末冶金高速鋼、硬質合金及PCD、CBN、金屬陶瓷等超硬材料。高速鋼刀具鋒利、韌性好，硬質合金刀具硬度高但韌性差。硬質合金刀具的密度明顯大於高速鋼刀具。這二種材料是鑽頭、絞刀、銑刀和絲錐的主要材料。粉末冶金高速鋼的性能介於上述二者材料之間，主要用於製造粗銑刀和絲錐。

高速鋼刀具因材料韌性好，故對碰撞不太敏感。但硬質合金刀具硬度高而脆，對碰撞很敏感，刃口易蹦。所以，在修磨過程中，必須對硬質合金刀具的操作和放置十分小心，防止刀具間的碰撞或刀具摔落。

由於高速鋼刀具的精度大多相對較低，其修磨要求也不高，再加上其價格也不高，所以，許多製造廠自己設刀具車間對其進行修磨。但硬質合金刀具則往往需要送到專業修磨中心進行修磨。根據國內某些刀具修磨中心的統計，送修刀具中80%以上是硬質合金刀具。

刀具磨床

由於刀具材料很硬，所以，一般只能採用磨削來改變其外形。在刀具的製造、修磨中常見的刀具磨床有以下幾種：

1.磨槽機：磨鑽頭、立銑刀等刀具的槽或背。

2.磨頂角機：磨鑽頭的錐形頂角（或稱偏心后角）。

3.修橫刃機：修正鑽頭的橫刃。

4.手動萬能刀具磨床：磨外圓、槽、背、頂角、橫刃、平面、前刀面等。常用於數量少、形狀複雜的刀具。

5.CNC磨床：一般是五軸聯動，功能由軟體確定。一般用於修磨數量大、精度要求高、但不複雜的刀具，如鑽頭、立銑刀、鉸刀等。

砂輪

1.磨粒

不同材質的砂輪磨粒適合於磨削不同材質的刀具。刀具的不同部位需要使用的磨粒大小也不同，以確保刃口保護和加工效率的最佳結合。

氧化鋁：用於磨HSS刀具。砂輪價廉，易修正成不同的外形用於修磨複雜的刀具（剛玉類）。

碳化硅：用於修正CBN砂輪和金剛石砂輪。

CBN（立方碳化硼）：用於磨HSS刀具。

金剛石：用於磨HM刀具。

2.形狀

為了方便磨削刀具的不同部位，砂輪應有不同的形狀。最常用的有：

平行砂輪(1A1)：磨頂角、外徑、背等。

碟形砂輪(12V9,11V9)：磨螺旋槽、銑刀的主、副切削刃，修橫刃等。

砂輪經過一段時間的使用後需要修正其外形（包括平面、角度及圓角R）。砂輪必須經常用清理石把填充在磨粒間的切屑清理掉以提高砂輪的磨削能力。

修磨標準

是否擁有一套好的刀具修磨標準是衡量一個修磨中心是否專業的標準。修磨標準里，一般規定了不同刀具在切削不同材料時其切削刃的技術參數，包括刃傾角、頂角、前角、后角、倒刃、倒棱等等參數（在硬質合金鑽頭中，使刀刃鈍化的工序叫「倒刃」，倒刃的寬度與被切削材料有關，一般在0.03-0.25　Mm之間。在棱邊上(刀尖點)倒角的工序叫「倒棱」。

HM鑽頭與HSS鑽頭的區別

HSS鑽頭：頂角一般是118度，有時大於130度；刀刃鋒利；對精度（刃高差、對稱度、周向跳動）要求相對低。橫刃有多種修法。

HM鑽頭：頂角一般為140度；直槽鑽常常為130度，三刃鑽一般為150度。刀刃和刀尖（棱邊上）不鋒利，往往被鈍化，或稱倒刃和倒棱；對精度要求高。橫刃常被修成S-形，以利於斷屑。

後 角

刀刃的后角對刀具而言十分重要。后角太大，刃虛易蹦、易「扎刀」；后角太小，則摩擦太大、切削不利。

刀具的后角隨被切削材料和刀具種類、刀具直徑的不同而不同。一般而言，后角隨刀具直徑的變大而減小。另外，被切削材料硬，則后角小些，否則，后角大些。

刀具檢測設備

刀具檢測設備一般分三類：對刀儀、投影儀和萬能刀具測量儀。對刀儀主要用於加工中心等數控設備的對刀準備（如長度等），也用來檢測角度、半徑、階梯長等參數；投影儀的功能也是用來檢測角度、半徑、階梯長等參數。但上述二者一般不能測量刀具的后角。而萬能刀具測量儀則可以測量刀具的絕大部分幾何參數，包括后角。

所以，刀具專業修磨中心則必須配備萬能刀具測量儀。但這種設備的供應商不多，市場上有德國的和法國的產品。

修磨技工

最好的設備也需要人員操作，修磨技工的培訓自然是最關鍵的環節之一。

普通砂輪的選擇

1、磨料的選擇磨料選擇主要取決於工件材料及熱處理方法。

a.磨抗張強度高的材料時，選用韌性大的磨料。

b.磨硬度低，延伸率大的材料時，選用較脆的磨料。

c.磨硬度高的材料時，選用硬度更高的磨料。

d.選用不易被加工材料發生化學反應的磨料。

最常用的磨料是棕剛玉(A)和白剛玉(WA)，其次是黑碳化硅(C)和綠碳化硅(GC)，其餘常用的還有鉻剛玉(PA)、單晶剛玉(SA)、微晶剛玉(MA)、鋯剛玉(ZA)。

棕剛玉砂輪：棕剛玉的硬度高，韌性大，適宜磨削抗拉強度較高的金屬，如碳鋼、合金鋼、可鍛鑄鐵、硬青銅等，這種磨料的磨削性能好，適應性廣，常用於切除較大餘量的粗磨，價格便宜，可以廣泛使用。

白剛玉砂輪：白剛玉的硬度略高於棕剛玉，韌性則比棕剛玉低，在磨削時，磨粒容易碎裂，因此，磨削熱量小，適宜製造精磨淬火鋼、高碳鋼、高速鋼以及磨削薄壁零件用的砂輪，成本比棕剛玉高。

黑碳化硅砂輪：黑碳化硅性脆而鋒利，硬度比白剛玉高，適於磨削機械強度較低的材料，如鑄鐵、黃銅、鋁和耐火材料等。

綠碳化硅砂輪：綠碳化硅硬度脆性較黑碳化硅高，磨粒鋒利，導熱性好，適合於磨削硬質合金、光學玻璃、陶瓷等硬脆材料。

鉻剛玉砂輪：適於磨削刀具，量具、儀錶，螺紋等表面加工質量要求高的工件。

單晶剛玉砂輪：適於磨削不鏽鋼、高釩高速鋼等韌性大、硬度高的材料及易變形燒傷的工件。

微晶剛玉砂輪：適於磨削不鏽鋼、軸承鋼和特種球墨鑄鐵等，用於成型磨，切入磨，鏡面磨削。

鋯剛玉砂輪：適於磨削奧氐體不鏽鋼、鈦合金、耐熱合金，特別適於重負荷磨削。

2、粒度的選擇主要取決於被磨削工件的表面粗糙度和磨削效率。

粒度是指磨料的顆粒尺寸，其大小則用粒度號表示。用粗粒度砂輪磨削時，生產效率高，但磨出的工件表面較粗糙;用細粒度砂輪磨削時，磨出的工件表面粗糙度較好，而生產率較低。在滿足粗糙度要求的前提下，應盡量選用粗粒度的砂輪，以保證較高的磨削效率。一般粗磨時選用粗粒度砂輪，精磨時選用細粒度砂輪。

當砂輪和工件接觸面積較大時，要選用粒度粗一些的砂輪。例如，磨削相同的平面，用砂輪的端面磨削比用砂輪的周邊磨削選的粒度要粗些。

3、硬度的選擇主要取決於被磨削的工件材料、磨削效率和加工表面質量。

硬度是指砂輪在外力作用下磨粒脫落的難易程度,為了適應不同工件材料磨加工的要求,製造砂輪時分成不同硬度的等級。

砂輪選得過硬，磨鈍的磨粒不易脫落，砂輪易堵塞，磨削熱增加，工件易燒傷，磨削效率低，影響工件表面質量;砂輪選得過軟，磨粒還在鋒利時就脫落，增加了砂輪損耗，易失去正確的幾何形狀，影響工件精度。所以砂輪硬度的選擇要適當，還應根據砂輪與工件接觸面積大小、工件形狀、磨削的方式、冷卻方式、砂輪的結合劑種類等因素來綜合考慮。

下列砂輪硬度選擇原則供參考：

a.磨削軟材料時要選較硬的砂輪，磨削硬材料時則要選軟砂輪;

b.磨削軟而韌性大的有色金屬時，硬度應選得軟一些;

c.磨削導熱性差的材料應選較軟的砂輪;

d.端面磨比圓周磨削時，砂輪硬度應選軟些;

e.在同樣的磨削條件下，用樹脂結合劑砂輪比陶瓷結合劑砂輪的硬度要高1~2小級;

f.砂輪旋轉速度高時，砂輪的硬度可選軟1~2小級;

g.用冷卻液磨削要比干磨時的砂輪硬度高1~2小級。

4、結合劑的選擇應根據磨削方法，使用速度和表面加工要求等條件予以考慮。

最常用的砂輪結合劑有陶瓷結合劑(V)和樹脂結合劑(B)。

陶瓷結合劑是一種無機結合劑，化學性能穩定、耐熱、抗腐蝕性好，氣孔率大，這種結合劑製造的砂輪磨削效率高、磨耗小，能較好地保持砂輪的幾何形狀，應用範圍最廣。砂輪適於磨削普通碳鋼、合金鋼、不鏽鋼、鑄鐵、硬質合金、有色金屬等。但是，陶瓷結合劑砂輪脆性較大，不能受劇烈的振動。一般只能在35米/秒以內的速度下使用。。

樹脂結合劑是一種有機結合劑，這種結合劑製造的砂輪強度高，具有一定的彈性，耐熱性低，自銳性好，製作簡便，工藝周期短。可製造工作速度高於50米/秒的砂輪和很薄的砂輪。它的應用範圍僅次於陶瓷結合劑，廣泛用於粗磨、荒磨、切斷和自由磨削，如磨鋼錠，鑄件打毛刺等。可製造高速、高光潔度砂輪，重負荷、切斷以及各種特殊要求的砂輪。

5、組織的選擇主要考慮工件所受的壓力、磨削方法、工件材質等。

組織是指砂輪中磨粒所佔砂輪體積的百分比。砂輪組織等級的劃分是以62%的磨粒體積百分數為「0」號組織，磨粒體積每減2%，其組織增加一號，依此類推，共分15個號。號數越大，組織越松。

組織緊密的砂輪能磨出較好的工件表面，組織疏鬆的砂輪，因空隙大，可以保證磨削過程中容納磨屑，避免砂輪堵塞。通常粗磨和磨削較軟金屬時，砂輪易堵塞，應選用疏鬆組織的砂輪;成型磨削和精密磨時，為保持砂輪的幾何形狀和得到較好的粗糙度，應選用較緊密組織的砂輪;磨削機床導軌和硬質合金工具時，為減少工件熱變形，避免燒傷裂紋，宜採用松組織的砂輪;磨削熱敏性大的材料、有色金屬、非金屬材料宜採用大於12#組織的砂輪。

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