切削加工是木材工業(yè)生產(chǎn)中最基本、最廣泛,、最重要的工藝之一,，它直接影響工業(yè)生產(chǎn)的效率、成本和能源消耗,。隨著木材工業(yè)發(fā)展,，各種木質(zhì)材料、木塑材料,、秸稈人造板,、貼面板、集成材（含竹子集成材）,，尤其是三聚氰胺浸漬紙貼面板,、PVC貼面板、Al2O3強(qiáng)化貼地板,、亞克力（ACRYLIC）等材料越來越多地用于家具,、門窗、地板,、墻板等領(lǐng)域,，某些材料對(duì)切削加工帶來了很大的難度,。簡單的切削工序,、常規(guī)的刀具結(jié)構(gòu)和普通的刀具材料難以勝任或根本無法實(shí)現(xiàn)切削加工,。另外，隨著木材工業(yè)技術(shù)裝配的發(fā)展,，人造板生產(chǎn)設(shè)備,、制材設(shè)備、家具制造設(shè)備和地板等木制品制造設(shè)備朝自動(dòng)化程度高,、功能全,、進(jìn)給快和生產(chǎn)效率高等方向發(fā)展。這兩方面的發(fā)展促進(jìn)了切削刀具的發(fā)展與進(jìn)步,，出現(xiàn)了不少新型的木工刀具,。

套裝銑刀是刀體中心具有安裝孔，通過螺釘,、螺母或軸套等附件裝夾在刀軸上的銑刀,。為了滿足設(shè)備、切削對(duì)象,、功能和工件粗糙度的要求,，近年來，套裝銑刀得到較快的發(fā)展,，出現(xiàn)各種結(jié)構(gòu)和類型的套裝銑刀,，下面介紹幾種常用的新型套裝銑刀。

1 高效排屑銑刀

切削加工過程都會(huì)產(chǎn)生切屑,，切屑量隨著銑削深度,、寬度和進(jìn)給速度的增加而增大。切屑不僅造成了環(huán)境的粉塵污染,，還會(huì)因靜電吸附在工件表面,，影響后續(xù)工序的實(shí)施。為此,，需要采用靜電除塵設(shè)備清除工件表面的粉塵,。生產(chǎn)單位都希望切屑從工件上分離后能全部進(jìn)入吸塵口被抽走，達(dá)到環(huán)境友好,、清潔生產(chǎn)的目的,。

切削區(qū)材料在高速回轉(zhuǎn)的刀具作用下從靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)椴煌６鹊那行几咚龠\(yùn)動(dòng)狀態(tài)，盡管切屑流線速度衰減迅速,，但切屑離開刀具刃口瞬間線速度高達(dá)80m/s,，而氣力吸塵的氣流速度通常為28～32 m/s。切屑流的線速度只有小于氣力吸塵的氣流速度,，切屑才能被吸走,。傳統(tǒng)套裝銑刀的刀體上沒有設(shè)置導(dǎo)屑槽,、擋屑板，吸塵罩內(nèi)沒有設(shè)置切屑引流板和切屑緩沖區(qū),，切屑是在沒有控制的情況下四處飛散,，氣力吸塵裝置只能把剛離開工件的一半切屑吸走，余下的切屑需要經(jīng)過多次循環(huán)或抽走或殘留在機(jī)床上,。

高效排屑銑刀及吸塵罩如圖1所示,，是一種刀具與吸塵罩結(jié)合的高效除塵系統(tǒng)（DFC系統(tǒng)，Dust Flow Control）,。高效排屑銑刀是根據(jù)切屑流空間運(yùn)動(dòng)特征和氣流動(dòng)力學(xué)原理,，在滿足銑刀功能的前提下，在刀體設(shè)計(jì)導(dǎo)屑槽,、擋屑板,，定向引導(dǎo)切屑流的運(yùn)動(dòng)方向，使切屑飛入吸塵罩的緩沖區(qū)（減速區(qū)）,。高效吸塵罩是根據(jù)刀具形狀,、尺寸、旋轉(zhuǎn)方向和切削方式等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造的,，它由罩體,、前舌板（可調(diào)）、后舌板（可調(diào)）,、引流板,、緩沖區(qū)和吸塵口等組成。刀體上的擋屑板阻斷切屑的運(yùn)動(dòng),，導(dǎo)屑槽定向引導(dǎo)切屑進(jìn)入吸塵罩的緩沖區(qū),，切屑流運(yùn)動(dòng)速度衰減迅速，低于氣力吸塵的氣流速度,，因而大部分切屑能進(jìn)入吸塵管道輸送到料倉,。據(jù)報(bào)道，高效排屑銑刀與高效吸塵罩結(jié)合使用,，能吸走90％～95％的切屑,，防止切屑在吸塵罩內(nèi)二次循環(huán)或多次循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)高效除塵的目的,。

在滿足銑刀功能與工件表面切削質(zhì)量的前提下,，應(yīng)盡量考慮除塵效果。在設(shè)計(jì)或選用刀具,，建議考慮以下幾點(diǎn)：

1）逆銑方式的除塵效果比順銑好,；

2）斜齒（螺旋齒）圓柱銑削的除塵效果比直齒圓柱銑削好；

3）圓柱銑削的除塵效果比端面銑削好,；

4）單片銑刀的除塵效果比組合銑刀好

由于設(shè)備刀軸數(shù)量與布置的限制和工件廓形需要,，有時(shí)不得不采用除塵效果最差的組合銑刀,。當(dāng)大直徑的刀具阻擋了小直徑的刀具齒槽時(shí)，需要在大徑刀具的刀體上為小徑刀具設(shè)計(jì)排屑槽,。

2 快速裝配銑刀

裝配銑刀是刀片通過螺釘和楔塊等附件固定在刀體上的銑刀,。裝配銑刀種類很多，根據(jù)刀體結(jié)構(gòu),，裝配銑刀分為方刀頭和圓刀頭,；根據(jù)螺釘施壓方向，分為徑向施壓和弦向施壓,；根據(jù)刀體所受的應(yīng)力，分為拉應(yīng)力和壓應(yīng)力,；根據(jù)楔塊數(shù)量,，分為無楔塊（螺釘直接夾緊）、單楔塊和雙楔塊,；根據(jù)刀片定位方式分為無定位,、溝槽定位和孔定位；根據(jù)刀片形狀與結(jié)構(gòu),，分為普通刀片,、轉(zhuǎn)位重磨刀片和轉(zhuǎn)位非重磨刀片。普通的裝配銑刀在更換或重磨刀片時(shí),，通常需要將銑刀從刀軸上取下拆裝刀片,，并用對(duì)刀器調(diào)節(jié)各刀片的伸出量。這不僅浪費(fèi)時(shí)間,，而且很難保證刀體上所有刀片在同一切削圓上,。因而，開發(fā)快速拆裝和定位的裝配式銑刀對(duì)提高產(chǎn)品品質(zhì)和設(shè)備的利用率具有十分重要的意義,。

圖2所示為快速拆裝轉(zhuǎn)位銑刀,，用于四面刨的最后上水平刀軸或最后下水平刀軸，對(duì)工件表面進(jìn)行精刨,。它由刀體1,、夾緊楔塊3、溝槽定位塊4,、刀片2和夾緊螺釘5組成,。在加工易產(chǎn)生挖切的材料時(shí)，還要配置不同結(jié)構(gòu)的斷屑齒,。

刀片為溝槽定位的重磨轉(zhuǎn)位刀片,，磨損變鈍之后旋轉(zhuǎn)180°，再用另一刃口,。兩個(gè)刃口用過之后,，刃磨刀片前刀面,，然后繼續(xù)使用。刀片初始厚度為3mm,，可重磨區(qū)為1mm,。

刀片拆裝時(shí)，無須把銑刀從刀軸上取下,，只要將夾緊螺釘松開,，楔塊向下移動(dòng)，定位塊松動(dòng),，刀片就能沿軸向抽出或徑向取出,，大大節(jié)省了更換刀片的時(shí)間。

刀具設(shè)計(jì)時(shí),，考慮了刀片重磨前刀面后,，切削圓半徑不變的特點(diǎn)，它是通過精確的定位面來確保的,。刀片裝在定位塊上,，旋轉(zhuǎn)鎖緊螺釘，楔塊向上移動(dòng),，使得定位塊帶著刀片沿著定位面移動(dòng),。刀片在半徑方向的位移正好補(bǔ)償了刀片修磨后刀片在半徑方向上縮短量，從而確保刀片重磨后刀片刃口自動(dòng)處在重磨前的切削圓上,。

轉(zhuǎn)位刀片通常是整體的硬質(zhì)合金（鎢鈷類）,。當(dāng)所有刃口磨損變鈍之后，刀片就失去了其功能,。俗話說,，好材用在刀刃上。新型轉(zhuǎn)位刀片的刃口處采用納米級(jí)硬質(zhì)合金,，其他部位采用鎢鈷材料,。一來可以降低刀片成本；二來可以提高刀片的強(qiáng)度與沖擊韌性,。

3 T形槽定位的裝配銑刀

裝配式成形銑刀一般都采用螺釘和楔塊等零件夾固刀片,。需要花較長的時(shí)間，調(diào)節(jié)刀片徑向和軸向位置,，保證刀片的徑向,、端向跳動(dòng)在允許的公差內(nèi)。裝在常規(guī)結(jié)構(gòu)刀體上的成形刀片只能裝夾對(duì)應(yīng)的刀體上,。這對(duì)于工件廓形經(jīng)常變化的家具企業(yè),，需要配置不同規(guī)格的刀體。另外，常規(guī)成形刀片均是重磨后刀面,，需要仿形工具磨床來保證刀片的精確形狀,。因此，一些廠家寧愿選用焊接式成形銑刀,。

圖3所示的新型裝夾的成形銑刀,，其刀體、刀片結(jié)構(gòu)突破了傳統(tǒng)的裝配成形銑刀的設(shè)計(jì),。在刀體上加工了“T”槽,，刀片也是“T”結(jié)構(gòu)，刀體上“T”槽與刀片后刀面平行,。刀體上加工了高精度的定位面,，刀片前刀面通過螺釘和銷釘施壓，緊貼在定位面上,。重磨前刀面之后,，刀片在螺釘?shù)淖饔孟卵刂癟”槽移動(dòng)，補(bǔ)償?shù)镀诎霃椒较虻目s短量,，從而滿足切削圓直徑不變的特點(diǎn)。這種銑刀具有以下特點(diǎn)：

1）刀片可重磨,，重磨次數(shù)多,；

2）重磨后，刀具前,、后角不變,；

3）刀片可以安裝在不同直徑的刀體上；

4）切削圓恒定,；

5）刀片無夾持應(yīng)力,；

6）刀片更換迅速；

7）銑削深度大,，適合加工軟材和人造板,。

4 弦向夾緊裝配銑刀

圖4所示的銑刀為弦向夾緊溝槽和孔定位的高精密的裝配銑刀。刀體1上具有軸向定位銷7和徑向定位凸棱3,，成形刀片5上具有與之對(duì)應(yīng)的定位溝槽和孔,，刀片夾持楔塊6具有螺紋孔，楔塊端部為半圓柱體,，刀體對(duì)應(yīng)位置有與之配合的半圓孔,，楔塊可以小范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。刀片5通過螺釘4,、楔塊6固定在刀體上,，刀片定位溝槽和孔分別卡入刀體上的徑向定位凸棱3和定位銷7，達(dá)到軸向與徑向定位的目的?？梢?，定位精度取決于刀體與刀片的制造精度。為了達(dá)到高精密的定位要求,，刀體需要在高精密的數(shù)控加工中心上加工,；成形刀片要以刀片上的溝槽與孔為基準(zhǔn)進(jìn)行修磨。歸納起來,，這種新型銑刀具有以下特點(diǎn)：

1）刀片是不重磨納米級(jí)硬質(zhì)合金刀片,；

2）切削圓恒定，刀具前,、后角不變,；

3）刀體形狀與刀片形狀一一對(duì)應(yīng)；

4）定位精度高,；

5）楔塊上可以設(shè)計(jì)斷屑齒,；

6）適合加工實(shí)木。

5 螺釘固定的裝配銑刀

圖5所示的銑刀為螺釘直接固定的裝配銑刀,。刀體1上具有軸向和徑向定位凸棱,，成形刀片2上具有與之對(duì)應(yīng)的定位端面和溝槽。刀片2直接通過螺釘3固定在刀體上,，螺釘4為軸向定位基準(zhǔn),。歸納起來，這種新型銑刀具有以下特點(diǎn)：

1）結(jié)構(gòu)簡單,，適合纖維板與刨花板,；

2）刀片是不重磨納米級(jí)硬質(zhì)合金刀片；

3）切削圓恒定,，刀具前,、后角不變；

4）刀體形狀與刀片形狀一一對(duì)應(yīng),；

5）齒槽大,，排屑順暢

6 快速液壓夾緊裝配銑刀

圖6所示的銑刀（或稱刨刀）是一種新型的快速液壓夾緊裝配銑刀。通過液壓油槍和刀體1上注油嘴4,，向刀體腔體內(nèi)加入油脂,，使刀體腔體內(nèi)壁膨脹，消除銑刀中心孔與刀軸的配合間隙,，達(dá)到鎖緊銑刀的目的,。松開卸壓螺釘5，油脂排出,，壓力卸除,，銑刀就可以從刀軸上取下。刀體1與刀片2接觸的表面6分別加工了相互配合的鋸齒槽，使得刀片徑向調(diào)節(jié)方便快捷,。動(dòng)平衡之后,，刀體上的齒槽與楔塊3各自編號(hào)（號(hào)碼相同），使楔塊總是放入其應(yīng)在的齒槽,，維持動(dòng)平衡精度,。該銑刀主要有以下特點(diǎn)：

1）適合高速進(jìn)給的四面刨床，進(jìn)給速度可達(dá)300m/min,；

2）刀片更換和調(diào)節(jié)時(shí),，刀體無須從刀具拆卸，也不需要對(duì)刀器,，方便快捷,；

3）刀片可以重磨后刀面，并維持初始后角,；

4）切削圓恒定,；

5）適合加工軟材，如松木,、杉木等樹種,。

7 螺紋軸套調(diào)節(jié)銑刀

木制品加工中經(jīng)常遇到地板、墻板,、門框,、門板和裝飾木線形等復(fù)雜工件截形。當(dāng)工件為單面截形,，可以采用鏟齒銑刀或尖齒銑刀；當(dāng)工件為雙面截形且存在與銑刀軸線垂直的邊或圓弧時(shí),，如地板的榫槽和榫頭,，為了保證銑刀修磨后滿足工件的尺寸精度和配合精度，必須用組合銑刀用來加工,。

組合銑刀由兩把或兩把以上的銑刀組成,。單片銑刀可以是鏟齒銑刀，也可以是尖齒銑刀,；可以是整體銑刀,，也可以裝配銑刀。為了保證組合銑刀重磨后工件截形不變,，組合銑刀一般設(shè)計(jì)成可以調(diào)節(jié)銑削寬度,，以補(bǔ)償?shù)洱X重磨后廓形的變化。

組合銑刀常采用自身拼攏,、墊片和螺紋套筒三種方法調(diào)節(jié)銑削寬度,。前兩種方法都需要將刀具從刀軸拆卸下來，才能調(diào)節(jié)銑削寬度。螺紋套筒也是一種常用的調(diào)節(jié)方法,，但圖7所示的金剛石組合銑刀是一種新型的液壓螺紋軸套調(diào)節(jié)銑刀,，它由液壓螺紋軸套、銑刀1和銑刀2組成,，而液壓螺紋軸套由螺紋軸套,、螺母、羅盤,、定位銷釘和夾緊螺釘構(gòu)成,。銑刀1通過螺釘固定在液壓夾緊軸套上，液壓軸套端部具有細(xì)牙螺紋,，與之相旋合的調(diào)刀羅盤能調(diào)節(jié)銑刀2的上下位置,。調(diào)刀羅盤的刻度為0.01mm，調(diào)節(jié)精度高,。 調(diào)刀時(shí),，首先松開液壓夾緊軸套的施壓螺釘，然后松開調(diào)刀羅盤的夾緊螺釘,，羅盤便可轉(zhuǎn)動(dòng),。順時(shí)針轉(zhuǎn)，地板榫頭厚度變??；反之，榫頭厚度增加,。刀具報(bào)廢之后,，液壓螺紋軸套還可以繼續(xù)使用。

8 金剛石涂層刀片

高速進(jìn)給設(shè)備及高自動(dòng)化程度的生產(chǎn)線,，要求刀具更換頻率低,、換刀時(shí)間短。因此,，要求刀具擁有更高的耐用度,。目前，裝配銑刀的刀片一般采用硬質(zhì)合金,，但耐用度遠(yuǎn)不如金剛石,。在同等使用條件下，金剛石耐用度是硬質(zhì)合金的80～360倍,。金剛石具有極高的硬度和極好的化學(xué)穩(wěn)定性,，具有耐強(qiáng)酸和強(qiáng)堿的能力，但韌性很差,。若以韌性較好的刀具材料為基體,，涂覆一層硬度高,、耐磨性高、化學(xué)惰性好的涂覆層,，使刀具既具有一定的強(qiáng)度和韌性,，又具有很好的耐磨性和切削性能，就滿足了刀片高耐磨性的要求,。金剛石涂層刀片不失為一種理想的抗磨手段,。

1995年日本Takao等用CVD法將金剛石薄膜涂在硬質(zhì)合金轉(zhuǎn)位刀片的前刀面(涂層厚20μm)，進(jìn)行刨花板的切削試驗(yàn),，結(jié)果表明涂層剝落是致命的缺點(diǎn),。一旦涂層沒有剝落，刀具磨損幾乎沒有變化,，一直維持在40~50μm,。筆者于1995年研究了金剛石涂層硬質(zhì)合金轉(zhuǎn)位刀片，進(jìn)行中密度纖維板的銑削試驗(yàn),。研究發(fā)現(xiàn)金剛石薄膜均有程度不同的剝離,，但未剝離的薄膜起到了堤岸保護(hù)作用，降低了基體材料的磨耗,，因而刀具耐磨性提高了近一倍,。

隨著涂層工藝與設(shè)備的改進(jìn)，金剛石薄膜與基體的結(jié)合力進(jìn)一步提高,，薄膜剝離將會(huì)到控制,。目前，已用金剛石涂層硬質(zhì)合金材料制造加工強(qiáng)化地板的刀具（精修刀）,，用于切削強(qiáng)化地板表面的Al2O3耐磨層,，效果良好。然而,，CVD金剛石多晶薄膜的純度很高,，硬度（HV9000~10000）接近天然金剛石，可加工性很差,，常規(guī)機(jī)械加工或電火化腐蝕都難對(duì)其實(shí)現(xiàn)加工。故金剛石涂層硬質(zhì)合金材料適合制造不重磨的轉(zhuǎn)位刀片,。

在裝配式木工銑刀結(jié)構(gòu)中,，為了提高刀片裝夾速度和定位精度，現(xiàn)較多地采用了不重磨刀片或轉(zhuǎn)位刀片,。在隨進(jìn)口設(shè)備配備的刀具中,，50%左右的為不重磨或轉(zhuǎn)位裝配式銑刀，如封邊機(jī),、雙端銑,、四面刨和CNC加工中心等木工機(jī)械的裝配式銑刀上,，不乏安裝了不重磨或轉(zhuǎn)位刀片。因此,，金剛石涂層硬質(zhì)合金刀片在木工刀具領(lǐng)域內(nèi),，有著廣闊的應(yīng)用前景。

9 結(jié)束語

木工套裝銑刀的研制和開發(fā)依托于切削對(duì)象,、產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝和制造設(shè)備等方面,。在此基礎(chǔ)上，逐步完善刀具自身的結(jié)構(gòu)和耐用度,。近十年來,，刀具研究人員在刀具裝夾、刀片夾固,、切削噪聲,、刀具材料和切削過程中的物理現(xiàn)象等方面進(jìn)行了研究，并取得了一些成績,。

作者:曹平祥（南京林業(yè)大學(xué)木材工業(yè)學(xué)院,，南京 210037）

(本文系作者個(gè)人觀點(diǎn)，不代表一點(diǎn)資訊的觀點(diǎn)和立場)