美國切削刀具制造商 Shape-Master Tool 公司在加工傳統(tǒng)切削刀具材料及復(fù)雜幾何形狀方面表現(xiàn)優(yōu)異，但需要在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)突破。由于切削刀具材料處于不斷發(fā)展中，并對加工提出了更高的要求，制造商因而必須進行升級，否則可能在競爭浪潮中敗下陣來。

40 年前，這家位于伊利諾斯州柯克蘭的公司開始經(jīng)營磨削刀具業(yè)務(wù)，主要涉及天然鉆石材料。然而，現(xiàn)代切削刀具的材料包羅萬象，包括硬質(zhì)合金到人造單晶鉆石（MCD）、多晶鉆石（PCD）、化學(xué)氣相沉積鉆石（CVD）、立方氮化硼(CBN)及陶瓷等。同樣，Shape-Master 公司生產(chǎn)的刀具種類已由可轉(zhuǎn)位PCD、PCBN刀片擴展到了各種類型的刀具及回轉(zhuǎn)刀具。

為應(yīng)對先進切削刀具材料的特殊挑戰(zhàn)，Shape-Master 購進了兩臺北美最先進的激光刀具加工機器。

激光技術(shù)不但增強了 Shape-Master 的生產(chǎn)力，使其力克各種難以處理的材料，而且也讓公司能與大型刀具定制供應(yīng)商相抗衡。憑借激光技術(shù)的生產(chǎn)靈活性，Shape-Master 在保障質(zhì)量及供貨期的前提下，能以較高的成本效益處理從 50 件的個性化小批量加工，到每年數(shù)千件定期計劃的各種尺寸的刀具加工作業(yè)。

僅在幾個月的培訓(xùn)和實踐學(xué)習(xí)之后，Shape-Master 就開始利用激光機擴展了產(chǎn)品范圍及業(yè)務(wù)范圍，包括回轉(zhuǎn)刀具。目前，這些激光刀具加工機加工的相當(dāng)一部分產(chǎn)品為回轉(zhuǎn)類刀具，同時工廠也正計劃繼續(xù)拓寬其產(chǎn)品門類。

Shape-Master 的“EWAG LASER LINE ULTRA”激光機購自聯(lián)合磨削集團。機器采用最先進的超短脈沖激光技術(shù)，只需一次裝夾即可加工各種具有復(fù)雜幾何形狀的高品質(zhì)切削刀具。

這些機器應(yīng)用了 EWAG Laser Touch Machining激光加工專利技術(shù)，可處理所有最新商用精密磨削刀具材料，包括硬質(zhì)合金、CBN、PCD、CVD 和 MCD 等。機器不會產(chǎn)生熱效應(yīng)區(qū)，因此刀具的表面加工質(zhì)量極其優(yōu)異，且壽命更長。

Laser Touch Machining技術(shù)采用一種切向激光束加工工藝，通過在 10 皮秒的極短脈沖內(nèi)使用激光束外沿塑造刀具表面，從而生成切削刀具的邊緣和幾何形狀。這些超短激光脈沖會直接蒸發(fā)材料，而不產(chǎn)生明顯的熱量。在重復(fù)掃描工藝中，激光掃描單元與機器的八個數(shù)控軸同步運動，從而產(chǎn)生刀具的幾何形狀。

盡管Shape-Master 的員工不到 30 名，但在激光加工機器和數(shù)控磨床的幫助下，每月能產(chǎn)出數(shù)千件刀具。公司主要生產(chǎn)立方氮化硼刀具，也有相當(dāng)一部分是金剛石刀具。公司運用自動化技術(shù)，使生產(chǎn)保持在每日 1.5 班次標(biāo)準以上。

Shape-Master 的兩臺 LASER LINE ULTRA 激光磨床均裝備了自動化技術(shù)。其中一臺集成了 6 軸 FANUC 機器人、二合一的 HSK 63 型刀架和托盤。所有裝備均可不間斷地進行回轉(zhuǎn)刀具的全自動生產(chǎn)。該機器還可使可轉(zhuǎn)位金剛石切削刀具的大批量生產(chǎn)實現(xiàn)自動化。

Shape-Master 的另一臺 LASER LINE ULTRA 激光磨床的料垛系統(tǒng)可調(diào)整托盤的高度，使承載能力翻倍。當(dāng)加工較短或較低的工件時，8 個托盤向上運動，配合料垛系統(tǒng)，每個托盤可承載多達 300 件工件。EWAG LASER LINE ULTRA 激光磨床的靈活、自動化的特點，正是 Shape-Master 決定采用的主要因素。

只需一個簡單操作，激光束即可使切削刃口變得圓滑并提升強度，相當(dāng)于數(shù)控磨削加上二次珩磨的效果。

“我們一直在使用 EWAG 的磨削機器”，Shape-Master Tool 公司的應(yīng)用經(jīng)理 Dan Chambers 如是說?！拔覀兪紫纫肓?EWAG 的手動機器，隨后在 90 年代新添了 EWAMATIC LINE 數(shù)控磨床，并且沿用至今”。

“聯(lián)合磨削集團非常重視培訓(xùn)并向其設(shè)備提供技術(shù)支持”，Chamber 說?！八麄兊目蛻舴?wù)和支持非常全面和及時。他們隨時愿意協(xié)助處理任何問題并回答任何疑問。如果沒有他們的支持，我的加工廠恐怕無法取得現(xiàn)有成績?！?/p>

他補充說，EWAG 公司基于他們的數(shù)控磨床套件開發(fā)了相應(yīng)的軟件，用戶通過軟件即可輕松進行 LASER LINE ULTRA 激光機的編程。然而，由于配有多軸及激光頭，LASER LINE ULTRA 更像加工中心，而非數(shù)控磨床。

在 Shape-Master 工廠，LASER LINE ULTRA激光掃描頭的進給率一般是每分鐘幾千毫米，當(dāng)穿過一把刀具時，切削步距增量可小到 0.2 微米。根據(jù)幾何形狀的復(fù)雜程度和工件的大小，激光加工的循環(huán)周期從約 1 分鐘到 1 小時不等。切削刃口和邊緣附近的加工占用了大部分的加工時間。

“激光可加工和生成幾何形狀、拋光及刃口效果，而這些都很難或甚至不可能通過數(shù)控磨床實現(xiàn)”，Chambers 解釋說?！袄缂庸で邢魅锌跁r，傳統(tǒng)磨削將產(chǎn)生 5 到 10 微米范圍的尖銳邊緣。相比之下，激光加工產(chǎn)生的邊緣范圍僅為 1.5 到 5 微米。能夠達到這樣的刃口精度，對我們來說是一個顯著的優(yōu)勢。”

只需一個簡單的操作，激光束即可使切削刃口變得圓滑以提高強度，而這相當(dāng)于數(shù)控磨削加上二次珩磨的效果。除此外，LASER LINE ULTRA 還可加工倒角以及其他 3D 邊緣幾何形狀。

客戶可使用 Shape-Master 刀具來加工各種材料的部件，這些材料包括被廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、能源及其他產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的鑄鐵、鑄鋼、貧化鈾、鋁合金及工業(yè)用復(fù)合材料等。

據(jù)Chambers 稱，Shape-Master 還為空間探測組件以及美國防御系統(tǒng)使用的部件生產(chǎn)刀具產(chǎn)品。他還指出，公司的很多航空航天客戶都使用復(fù)合以及新奇的材料。Chambers 相信這類材料會不斷滲入汽車行業(yè)，因為同航空航天領(lǐng)域一樣，汽車行業(yè)同樣對輕量化和節(jié)能需求非常高。因此，工廠為航空航天領(lǐng)域客戶所生產(chǎn)的先進刀具也會很快運用于汽車領(lǐng)域。