当百年蔡司遇见现代刀具

刀具是机床的“牙齿”，是现代工业制造中不可或缺的重要工具。

近年来，制造业不断更新，给加工带来挑战和机会，对刀具的要求也越来越丰富。硬质合金刀具以其优异的性能能够满足各种复杂加工需求，尤其是可转位类型的硬质合金刀具，在保证刚性的同时提升了柔性，可以有效的提高生产效率从而降低制造成本。

“钨”是硬质合金刀具的重要材料之一，我国的钨储量和产量均位居世界前列，这一资源优势为我国硬质合金刀具领域的发展提供了得天独厚的条件。

近年来，随着新能源汽车、轨道交通、3C等新兴行业的迅速发展和迭代更新，更多的加工类企业开始从使用欧美、日韩的刀具开始转向本地品牌的刀具。尤其是口罩这几年，让大家意识到“国产替代”和“自主可控”的重要性。

据统计，近些年我们国刀具市场需求的增长处于稳定增长的趋势，2021 年我国刀具市场消费额达477 亿元，同比增长13%，2005-2021 年CAGR 约8%，预计2030 年中国刀具市场消费额有望达631 亿元。可见作为机床重要附件之一的刀具市场的一直处于增长的趋势并且具有较好的前景。

然而，硬质合金刀具的本地化面临的挑战也不容忽视，蔡司作为一家177年的德国企业可以同时提供尺寸测量、材料分析和缺陷测量方面的解决方案。

碳化物横截面结构分析

众所周知wc（碳化钨）对硬质合金的性能有着重要的影响，其微观结构对于硬质合金起着决定性的作用，因为它从根本上决定了材料的机械性能。

借助蔡司的光学显微镜Axio和扫描电子显微镜Gemini（光电联用）除了可以观测WC晶粒尺寸和平均Co长度外还可以观测Co、WC和不良脆性相η-相（Co3W3C）的含量和平均长度，可以直观的了解材料的真实状态。

▲图片来源：蔡司自有文档

图a、b是使用蔡司光学显微镜Axio观测到的10um WC和Co的含量以及平均的Co长度；

图c是使用扫描电子显微镜Gemini观测到的1um到的WC晶粒尺寸。

蔡司的光电联用分析让您能够在不同光学或电子显微镜之间实现无缝切换样品，再快速自动重定位感兴趣区域，让您可轻而易举地收集更多相关数据。借助于蔡司光电联用技术，您可以：

• 在光学显微镜和电子显微镜之间更快速地转移样品和图像数据

• 自动定位感兴趣区域

• 提高效率和性能

• 尽可能多地收集相关信息

• 在熟知信息的条件下做出材料决策

钻头涂层磨损分析

在钻孔过程中钻头会发生磨损，评估和量化磨损的状况至关重要，因为钻头的状态会直接影响加工孔的质量。如何简单、快速的获取钻头的磨损状态？如何精准的定量分析钻头的磨损状态？蔡司可以通过同时提供数字显微镜Smartzoom5和EVO扫描电子显微镜的解决方案。

▲图片来源：蔡司

图a、b显示的是无涂层的钻头的切削刃口情况，图c、d显示的是金刚石涂层钻头的脱落情况；

图a、c使用的是蔡司数字显微镜Smartzoom5，图b、d使用是蔡司EVO扫描电子显微镜。

除此之外量化切削刃的磨损状态也至关重要。

▲图片来源：蔡司

上图a是使用蔡司扫描电子显微镜（EVO）观测无涂层钻头切削刃的状态，图b是钻20个孔之后的状态。

▲图片来源：蔡司

上图a是DLC涂层的切削刃未使用的状态，图b在是钻2000个孔后的状态。

蔡司扫描电子显微镜的五轴电动马达台可以方便的移动样品以便观察样品的各个部位，同时获取高分辨大景深的图像。

刀片缺陷

刀片是直接接触材料进行加工的部件，刀片内部可能出现的缺陷，如裂纹、气孔、夹渣不仅会影响刀片的强度和耐用性，还会影响其加工性能和使用效果。

为此，蔡司可以提供工业CT的解决方案，帮助客户进行无损测量产品微米级别的特征和缺陷。

刀体的尺寸测量

可转位刀具刀体的尺寸把控非常重要，刀体尺寸如果出现偏差会导致刀片定位不准确进而影响到加工精度。如果刀体尺寸偏小，会导致刀片夹持不牢固，加工过程中容易出现振动和晃动；如果刀体尺寸偏大，则会导致刀片装夹过紧，加工过程中容易出现热量集中和刀片磨损加剧，影响加工精度和刀具寿命。

通常这类刀体的的结构复杂，由多个刀片槽，夹紧原件组成，精度要求比较高，需要测量直径、跳动、同轴度、对称度、轮廓度等尺寸，用户通常采用量仪和三坐标组成的方式来实现。

蔡司的PRISMO及MICURA系列高精度三坐标测量机可以实现一台机器上同时测量尺寸和形状，具备超高测量精度的同时具备超高的重复测量精度，可以为此类零件的品质控制提高有力的保证。

滚刀的尺寸测量

滚刀的尺寸测量存在通常存在以下难点：

齿数不正确：滚刀的齿数必须与被加工的齿轮或工件匹配，否则会导致加工误差。如果齿数不正确，需要重新调整分齿交换齿轮或更换滚刀。

齿形不正常：滚刀的齿形必须与被加工的齿轮或工件一致，否则会导致齿形误差。如果齿形不正常，需要检查滚刀的刃磨质量和安装精度，并进行必要的调整。

滚刀轴向窜动：滚刀的轴向窜动会导致加工表面粗糙度增加或产生振动，需要确保滚刀安装精度和机床主轴的几何精度，并进行必要的调整。

滚刀径向跳动：滚刀的径向跳动会导致被加工齿轮的圆度误差，需要检查滚刀的安装精度和机床主轴的几何精度，并进行必要的调整。

借助于蔡司的高精度三坐标测量机PRISMO配置四轴转台和专业的GEAR PRO Hob软件可以一站式解决上述的问题。

刀塔的尺寸测量

刀塔是一种可以自动换刀的装置，通过在加工过程中自动更换刀具，可以提高加工效率，这就需要刀塔的多面体具有高精度的定位能力，这样才可以准确地将刀具定位在指定的位置将刀具定位在指定的位置。

对于刀塔上多面体加工精度的验证蔡司推荐Contura+XTR高性价比的解决方案。这得益于XTR Gold探头，具备高精度的同时集成旋转式技术，能够使探针以15度步距角转动，提升了灵活性，这非常适合测量刀塔这样的多面体，保证了测量机精华和稳定性的同时可以大幅缩短测量时间。

刀柄的尺寸测量

刀柄是连接刀具和机床的装置，刀柄的上端跟主轴进行连接，下端是与刃锯端进行连接，每一种连接都有特定的接口形式，且型号一一对应，进行公母配合。

针对不同的切削特点有不同设计的刀柄，例如适合一般切削的IBT刀柄，适合高速切削的HSK刀柄。

山特维克发明的Capto刀柄得益于精巧的设计，尤其是它的“多边形锥面接口”特别适合高进给量和大切削深度的加工。在2008年此专利到期后，ISO把这个刀柄类型归纳成ISO 26623-1（PTI阳螺纹）和ISO 26623-2（PTI阴螺纹），越来越多的供应商开始制造这样的PTI刀柄。蔡司除了可以提供高精度的测量硬件如Prismo、Micura外，还开发了“myPTI”测量模块。

这个模块将PTI的测量过程和测试需求做成模块化的窗口，方便用户进行友好的操作的同时还提供的更多的功能，不仅涵盖标准内轴的公差需求还可以测量轮廓，为此类零件的质量控制保驾护航。

由此可见，在刀具质量控制环节，蔡司具备强大的综合解决方案能力，可以提供材料分析、缺陷检测和尺寸测量等一系列服务。在“内循环”和“国产替代”的背景下，蔡司能够提供从材料研发到产品质量的全面控制的一站式解决方案，可以帮助用户优化成本结构，提升产品竞争力。