伊斯卡的切断之路

伊斯卡技术经理 Andrei Petrilin 伊斯卡 2023-02-08

伊斯卡自夹式切断刀SELF-GRIP的设计理念带来了突破，激励着伊斯卡高产的研发工程师时至今日还不断对它进行完善。“经典版”SELF-GRIP系列刀具现已升级，通过新的几何形状的刀片和有效的加工方式实现高效的金属切断。伊斯卡切断刀的演化例证了一个产品合理的发展历程——通过几代研发工程师采用高技术含量的解决方案实现产品的升级进化。

1.颠覆规则，开创先河

早在七十年代，伊斯卡就推出了自夹式（SELF-GRIP）系列切断刀具，这是伊斯卡原创的凝聚了先进切断刀具设计理念的系列名称。根据自夹式（SELF-GRIP）切断刀具的设计理念，无需机械锁紧元素，利用刀板的弹性变形即可将压制硬质合金刀片夹紧在刀板上。当时，其他刀具制造商们也试图运用相同的原理将刀片夹紧在切断刀杆上。然而，正是伊斯卡提出的这一可靠又可行的理念，为切断刀具的加工应用制定了行业标准。

图1–自夹式SELF-GRIP切断刀

事实证明，自夹式切断刀SELF-GRIP系列为切断应用带来了颠覆性的转变。在它面世后不久，其他刀具制造商们也陆续推出类似设计的切断刀。然而，伊斯卡早已确立了其在切断应用方面的权威地位，并迅速成为行业中无可匹敌的领军者。这也使得直至今日，每当伊斯卡推出切断刀总会备受关注，毫无疑问伊斯卡受之无愧。

2.发展之路，不断求索

在切断应用中，刀片的夹紧刚性是一个关键因素。更小的刀片切宽能更经济得当地利用工件材料。工件直径的增加会导致刀板悬伸随之增加。窄的刀片和刀板宽度会降低刀具的动态加工性能，并最终影响整个加工系统的加工性能。提高夹紧刚性并增加刀具强度，以确保在恶劣加工条件下进行高效切削，这是设计切断刀时的侧重点。

精准的高压冷却（HPC）具备显著的竞争优势，它能够帮助提高切断性能：通过降低切削区域的温度并确保良好的断屑，进而显著提高表面光洁度并延长刀具寿命。在加工那些难切削的耐热高温合金和奥氏体不锈钢时，采用高压冷却射流能减少甚至免除积屑瘤的产生。可见高压冷却在切断应用中极具优势。

在薄刀板中实现有效的内冷却通道是一项有难度的任务。伊斯卡针对这一问题提出了有力的解决方案。其中之一就是在SELF-GRIP系列成功面世几年之后研发的DO-GRIP系列双头切断刀。DO-GRIP双头切断刀适配刀片，两端切削刃相扭转，切削深度不受刀片长度限制。

图2–配有高压内冷却通道的DO-GRIP刀板

PENTACUT系列刀具配备五角星形硬质合金刀片，最初计划用于切断直径较小的工件、管材和薄壁零件。这些成本节约型的刀片具有五个可转位的切削刃，对碳化钨硬质合金的利用更充分，更经济。刀片由穿过其中心孔的螺钉锁紧在定位槽中。当PENTACUT刀片用于大直径工件时，沿用五角霸王刀片的设计遇到了瓶颈：为了成功完成大直径加工任务，刀片需要增大尺寸，但实现起来无论是在技术上、还是在制造成本、使用成本上都遭遇阻碍。

终于，伊斯卡推出的PENTA-IQ-GRIP系列刀具给出了答案——该系列切断刀同样配备有五个切削刃的可转位刀片，可用来切断直径达40 mm（1.5” 英寸）的工件。得益于创新的燕尾槽定位原理，该刀具使用尺寸相对较小的刀片，可提供高刚性的夹紧，从而显著延长了刀具寿命，改善了零件的平直度和切断表面光洁度。此外，PENTA-IQ-GRIP系列刀具还可带有HPC（高压冷却）功能。

图3-五角霸王刀PENTA-IQ-GRIP带燕尾槽定位夹持结构，高压冷却射流沿两个方向喷射至切削区域

SELF-GRIP的夹紧设计利用了刀板的弹性变形，为改良版刀具的推出奠定了基础，升级版本将夹紧强度提升到了一个新的高度。自夹式切槽切断刀TANG-GRIP的功能设计基于对刀片最大支持的原则，以抵消加工作业过程中施加在刀具上的切削力。与SELF-GRIP刀具设计不同的是，作用于刀片定位槽的力的方向发生了变化，因此刀片的支撑依靠定位槽长而牢靠的后侧止推面来实现。TANG-GRIP拥有一个强固的止推面，这一点与大多数自夹式切断刀利用摩擦力进行定位有所不同。这样的机械设计解决了刀片在退刀过程中脱落的问题。显著提高的刚性可大幅延长刀具和定位槽的使用寿命。凭借强固的刀片设计和强化的切削刃，TANG-GRIP能够以极高的进给速度进行切断，从而将生产率提上一个台阶。

图4–立装自夹式切断刀TANG-GRIP系列可实现高刚性的刀片夹紧

尽管如此，该改良版本也具有一定的弊端。提高进给速度会导致切削力的增加。当切削直径和切削深度变大时，情况会更糟糕——导致刀板产生挠曲，而刀板的挠曲也许会成为影响整个工艺系统的重要因素。利用Y轴切断是解决该问题的一种方法。刀板会以更适合的方式安装。Y轴切断方式在Y轴驱动的多任务机床中很常见，可确保适当的进给，但这种类型的机床尚未普及。

3.持之以恒，终将制胜

与沿X轴的传统切断方式相比，沿Y轴切断利用了切向切削力，显著提高了刀板的动态加工性能。当沿径向力方向切断时，刀板的刚性会降低。对此，伊斯卡高产的研发工程师又一次发明了强大的制胜法宝——推出LOGIQ F-GRIP系列刀具，这一新系列的特点是方形刀板，带有四个刀片定位槽，可用于安装刀片。方形刀板既能用于X轴加工，也能用于Y轴加工，设计更均衡，具有高刚性。该刀夹拥有4个定位槽，能够显著延长刀具寿命。如果其中一个定位槽损坏，可对刀板轻松地进行转位操作。方形刀板可被安装在强化设计的刀座中，分带有或不带有高压冷却通道两种方式，以确保装配后的切断刀具耐用度高。该系列刀具即使用于切断直径较大的工件，其突出的刚性也可在窄切宽下实现高度稳定的高效切断，同时保证节省原材料。该系列刀具适用于所有类型的车床，无论是否是Y轴驱动。