當百年蔡司遇見現代刀具

刀具是機床的“牙齒”，是現代工業制造中不可或缺的重要工具。

近年來，制造業不斷更新，給加工帶來挑戰和機會，對刀具的要求也越來越豐富。硬質合金刀具以其優異的性能能夠滿足各種復雜加工需求，尤其是可轉位類型的硬質合金刀具，在保證剛性的同時提升了柔性，可以有效的提高生產效率從而降低制造成本。

“鎢”是硬質合金刀具的重要材料之一，我國的鎢儲量和產量均位居世界前列，這一資源優勢為我國硬質合金刀具領域的發展提供了得天獨厚的條件。

近年來，隨著新能源汽車、軌道交通、3C等新興行業的迅速發展和迭代更新，更多的加工類企業開始從使用歐美、日韓的刀具開始轉向本地品牌的刀具。尤其是口罩這幾年，讓大家意識到“國產替代”和“自主可控”的重要性。

據統計，近些年我們國刀具市場需求的增長處于穩定增長的趨勢，2021 年我國刀具市場消費額達477 億元，同比增長13%，2005-2021 年CAGR 約8%，預計2030 年中國刀具市場消費額有望達631 億元。可見作為機床重要附件之一的刀具市場的一直處于增長的趨勢并且具有較好的前景。

然而，硬質合金刀具的本地化面臨的挑戰也不容忽視，蔡司作為一家177年的德國企業可以同時提供尺寸測量、材料分析和缺陷測量方面的解決方案。

碳化物橫截面結構分析

眾所周知wc（碳化鎢）對硬質合金的性能有著重要的影響，其微觀結構對于硬質合金起著決定性的作用，因為它從根本上決定了材料的機械性能。

借助蔡司的光學顯微鏡Axio和掃描電子顯微鏡Gemini（光電聯用）除了可以觀測WC晶粒尺寸和平均Co長度外還可以觀測Co、WC和不良脆性相η-相（Co3W3C）的含量和平均長度，可以直觀的了解材料的真實狀態。

▲圖片來源：蔡司自有文檔

圖a、b是使用蔡司光學顯微鏡Axio觀測到的10um WC和Co的含量以及平均的Co長度；

圖c是使用掃描電子顯微鏡Gemini觀測到的1um到的WC晶粒尺寸。

蔡司的光電聯用分析讓您能夠在不同光學或電子顯微鏡之間實現無縫切換樣品，再快速自動重定位感興趣區域，讓您可輕而易舉地收集更多相關數據。借助于蔡司光電聯用技術，您可以：

• 在光學顯微鏡和電子顯微鏡之間更快速地轉移樣品和圖像數據

• 自動定位感興趣區域

• 提高效率和性能

• 盡可能多地收集相關信息

• 在熟知信息的條件下做出材料決策

鉆頭涂層磨損分析

在鉆孔過程中鉆頭會發生磨損，評估和量化磨損的狀況至關重要，因為鉆頭的狀態會直接影響加工孔的質量。如何簡單、快速的獲取鉆頭的磨損狀態？如何精準的定量分析鉆頭的磨損狀態？蔡司可以通過同時提供數字顯微鏡Smartzoom5和EVO掃描電子顯微鏡的解決方案。

▲圖片來源：蔡司

圖a、b顯示的是無涂層的鉆頭的切削刃口情況，圖c、d顯示的是金剛石涂層鉆頭的脫落情況；

圖a、c使用的是蔡司數字顯微鏡Smartzoom5，圖b、d使用是蔡司EVO掃描電子顯微鏡。

除此之外量化切削刃的磨損狀態也至關重要。

▲圖片來源：蔡司

上圖a是使用蔡司掃描電子顯微鏡（EVO）觀測無涂層鉆頭切削刃的狀態，圖b是鉆20個孔之后的狀態。

▲圖片來源：蔡司

上圖a是DLC涂層的切削刃未使用的狀態，圖b在是鉆2000個孔后的狀態。

蔡司掃描電子顯微鏡的五軸電動馬達臺可以方便的移動樣品以便觀察樣品的各個部位，同時獲取高分辨大景深的圖像。

刀片缺陷

刀片是直接接觸材料進行加工的部件，刀片內部可能出現的缺陷，如裂紋、氣孔、夾渣不僅會影響刀片的強度和耐用性，還會影響其加工性能和使用效果。

為此，蔡司可以提供工業CT的解決方案，幫助客戶進行無損測量產品微米級別的特征和缺陷。

刀體的尺寸測量

可轉位刀具刀體的尺寸把控非常重要，刀體尺寸如果出現偏差會導致刀片定位不準確進而影響到加工精度。如果刀體尺寸偏小，會導致刀片夾持不牢固，加工過程中容易出現振動和晃動；如果刀體尺寸偏大，則會導致刀片裝夾過緊，加工過程中容易出現熱量集中和刀片磨損加劇，影響加工精度和刀具壽命。

通常這類刀體的的結構復雜，由多個刀片槽，夾緊原件組成，精度要求比較高，需要測量直徑、跳動、同軸度、對稱度、輪廓度等尺寸，用戶通常采用量儀和三坐標組成的方式來實現。

蔡司的PRISMO及MICURA系列高精度三坐標測量機可以實現一臺機器上同時測量尺寸和形狀，具備超高測量精度的同時具備超高的重復測量精度，可以為此類零件的品質控制提高有力的保證。

滾刀的尺寸測量

滾刀的尺寸測量存在通常存在以下難點：

齒數不正確：滾刀的齒數必須與被加工的齒輪或工件匹配，否則會導致加工誤差。如果齒數不正確，需要重新調整分齒交換齒輪或更換滾刀。

齒形不正常：滾刀的齒形必須與被加工的齒輪或工件一致，否則會導致齒形誤差。如果齒形不正常，需要檢查滾刀的刃磨質量和安裝精度，并進行必要的調整。

滾刀軸向竄動：滾刀的軸向竄動會導致加工表面粗糙度增加或產生振動，需要確保滾刀安裝精度和機床主軸的幾何精度，并進行必要的調整。

滾刀徑向跳動：滾刀的徑向跳動會導致被加工齒輪的圓度誤差，需要檢查滾刀的安裝精度和機床主軸的幾何精度，并進行必要的調整。

借助于蔡司的高精度三坐標測量機PRISMO配置四軸轉臺和專業的GEAR PRO Hob軟件可以一站式解決上述的問題。

刀塔的尺寸測量

刀塔是一種可以自動換刀的裝置，通過在加工過程中自動更換刀具，可以提高加工效率，這就需要刀塔的多面體具有高精度的定位能力，這樣才可以準確地將刀具定位在指定的位置將刀具定位在指定的位置。

對于刀塔上多面體加工精度的驗證蔡司推薦Contura+XTR高性價比的解決方案。這得益于XTR Gold探頭，具備高精度的同時集成旋轉式技術，能夠使探針以15度步距角轉動，提升了靈活性，這非常適合測量刀塔這樣的多面體，保證了測量機精華和穩定性的同時可以大幅縮短測量時間。

刀柄的尺寸測量

刀柄是連接刀具和機床的裝置，刀柄的上端跟主軸進行連接，下端是與刃鋸端進行連接，每一種連接都有特定的接口形式，且型號一一對應，進行公母配合。

針對不同的切削特點有不同設計的刀柄，例如適合一般切削的IBT刀柄，適合高速切削的HSK刀柄。

山特維克發明的Capto刀柄得益于精巧的設計，尤其是它的“多邊形錐面接口”特別適合高進給量和大切削深度的加工。在2008年此專利到期后，ISO把這個刀柄類型歸納成ISO 26623-1（PTI陽螺紋）和ISO 26623-2（PTI陰螺紋），越來越多的供應商開始制造這樣的PTI刀柄。蔡司除了可以提供高精度的測量硬件如Prismo、Micura外，還開發了“myPTI”測量模塊。

這個模塊將PTI的測量過程和測試需求做成模塊化的窗口，方便用戶進行友好的操作的同時還提供的更多的功能，不僅涵蓋標準內軸的公差需求還可以測量輪廓，為此類零件的質量控制保駕護航。

由此可見，在刀具質量控制環節，蔡司具備強大的綜合解決方案能力，可以提供材料分析、缺陷檢測和尺寸測量等一系列服務。在“內循環”和“國產替代”的背景下，蔡司能夠提供從材料研發到產品質量的全面控制的一站式解決方案，可以幫助用戶優化成本結構，提升產品競爭力。