袁媛

引言

山特維克集團(tuán)是全球領(lǐng)先的先產(chǎn)品制造商，在中國(guó)的專利申請(qǐng)量達(dá)到了1583件， 刀具作為山特維克的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，資金投入和研發(fā)力度也很可觀，專利申請(qǐng)量為564件。目前可轉(zhuǎn)位銑刀的專利申請(qǐng)主要分為五個(gè)方向。山特維克在中國(guó)的專利申請(qǐng)中，可轉(zhuǎn)位銑刀領(lǐng)域的申請(qǐng)量為209件。

1.山特維克在可轉(zhuǎn)位銑刀領(lǐng)域的專利概況

圖1中可以看出，早在1971年，山特維克就已經(jīng)有涉及可轉(zhuǎn)位銑刀的專利申請(qǐng)，1993年，專利申請(qǐng)量達(dá)到12件。2000年以后，山特維克兼并收購(gòu)了多家刀具巨頭公司，通過一系列的戰(zhàn)略收購(gòu)，增強(qiáng)研發(fā)實(shí)力，確立了強(qiáng)大的市場(chǎng)地位，專利申請(qǐng)量大幅度提升。

圖2所示為山特維克公司的專利申請(qǐng)國(guó)別分布，可以看出該公司的專利布局情況。早在1987年，中國(guó)專利局建立之初，就開始了在中國(guó)的專利申請(qǐng)，說明山特維克特別重視中國(guó)市場(chǎng)。

圖3為山特維克公司在該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)方向。該公司在可轉(zhuǎn)位刀片的夾固方向的申請(qǐng)量最大，其次是可轉(zhuǎn)位刀片的結(jié)構(gòu)。該公司在這兩個(gè)技術(shù)分支的研發(fā)投入相對(duì)比較大。

2.專利技術(shù)發(fā)展路線

可轉(zhuǎn)位銑刀的研究始終圍繞高精度、高效率以及高經(jīng)濟(jì)型這一主線展開，尤其是在高速高效切削技術(shù)產(chǎn)生之后，可轉(zhuǎn)位銑刀的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，形成了其特定的多分支發(fā)展路線，參見圖4。其中主要在可轉(zhuǎn)位刀片的結(jié)構(gòu)和夾固這兩個(gè)方向改進(jìn)，山特維克公司的專利申請(qǐng)和研發(fā)的方向與國(guó)際在該領(lǐng)域的發(fā)展方向是一致的。

2.1可轉(zhuǎn)位刀片方向的技術(shù)發(fā)展路線

圖3為山特維克公司在可轉(zhuǎn)位刀片方向的發(fā)展路線，主要包括以下四個(gè)方面：

（1）從增加單面刀片刃數(shù)到雙面刃刀片，不斷提高經(jīng)濟(jì)性。初期的可轉(zhuǎn)位刀片僅有2-3個(gè)切削刃，各生產(chǎn)廠家為提高自身產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，不斷試圖增加切削刃的數(shù)量。從單面刀片到雙面刀片，需要避免裝夾過程中對(duì)刀刃的磨損。山特維克的可轉(zhuǎn)位刀片從FR2145291（1972年）的正方形單面四刃，到CN1035785（1987年）的正方形雙面多刃，再到US2003210961（2001年）圓形單面多刃，不斷的改進(jìn)刀片的形狀，在滿足裝夾和加工精度的基礎(chǔ)上，增加刀片的刃數(shù)，以使得刀片能夠多次轉(zhuǎn)位使用。

（2）多樣的排屑斷屑槽，以適應(yīng)高效切削的需求。通過可轉(zhuǎn)位刀片前刀面上的不同形態(tài)可以有效控制切屑的卷曲方向、尺寸以及切屑的流向。山特維克早期（FR2145291）在主切削刃的前刀面上設(shè)置一個(gè)整體的長(zhǎng)條形的斷屑槽，并且持續(xù)改進(jìn)，在SE8803354（1988年）中，沿主切削刃在前刀面上設(shè)多個(gè)凹槽，用以控制切屑的卷曲，使切屑更小更易排出。其后的DE69114109和SE529421中，在一個(gè)整體長(zhǎng)條形斷屑槽的基礎(chǔ)上，改變斷屑槽在前刀面的位置、角度和形狀，以控制切屑的卷曲方向和切屑尺寸、流向。

（3）抑制振動(dòng)，可提高加工精度。高速切削中切削速度快，刀片及刀體易發(fā)生振動(dòng)，影響最終產(chǎn)品的表面質(zhì)量，該公司在可轉(zhuǎn)位刀片的抑制振動(dòng)方面也很重視。其中CN101784353中，該雙面面銑刀片在銑刀主題中的軸向負(fù)傾斜角減小到最小，同時(shí)仍使得銑刀的性能最佳。

（4）修光刃，可以實(shí)現(xiàn)銑削的精加工。隨著產(chǎn)品的精度越來越高，銑削加工的精度不斷提高，銑削加工有代替磨削加工成為精加工工藝的趨勢(shì)，因此提高銑削表面最終加工精度的技術(shù)成為一個(gè)大的趨勢(shì)，其中比較典型的是修光刃技術(shù)。修光刃通常設(shè)置在兩個(gè)主切削刃之間，用于擦拭加工表面，起到磨削精加工的目的。修光刃的復(fù)雜程度比斷屑槽有過之而無不及，其通過與主切削刃之間的角度、副切削刃的后角、副后刀面的設(shè)置等多個(gè)方面的統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，以期達(dá)到最好的修光效果。

山特維克在該方向典型的專利為CN101096057，輔助刃主刃成鈍角;CN101096057，面銑刀片在主輔刀刃間形成與第三間隙表面相鄰的中間切割刀刃，中間切割刀刃比主切割刀刃短，與延長(zhǎng)線形成20-40度范圍內(nèi)的角，中間切割刀刃經(jīng)由于凸間隙表面相鄰的弓形部分刀刃而轉(zhuǎn)變到相鄰刀刃。

2.2可轉(zhuǎn)位銑刀夾固方向的技術(shù)發(fā)展路線

由于在高速切削中，刀具旋轉(zhuǎn)速度較快，傳統(tǒng)的刀片夾固結(jié)構(gòu)很難承受這樣大的離心力，因此防止刀片斷裂和防刀片飛出的新技術(shù)不斷出現(xiàn)。有關(guān)刀片夾固的技術(shù)改進(jìn)方向（參見圖7）主要分為三個(gè)方面：

（1）刀片防飛、防破碎，提高安全性，適應(yīng)高速高效切削的需求，山特維克最初在可轉(zhuǎn)位銑刀領(lǐng)域的申請(qǐng)就涉及刀片防飛：SE349964（1971年），刀片裝夾在凹口槽中，沿著刀片的前刀面依次設(shè)置有楔塊、拉桿，拉桿的中間套設(shè)彈簧，三者共同作用將刀片夾緊在凹口槽中。隨后，山特維克就刀片防飛申請(qǐng)了許多專利，例如：EP0117237A2（1984年），在刀片上的壓板和螺栓配合壓緊刀片;

SE466435B（1991年）使用沉頭螺釘，SE9600286 A（1996年）沉頭螺釘相對(duì)于螺孔偏心，提供應(yīng)力;1996年山特維克對(duì)刀墊進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了肋條凹槽楔塊三者相配合的刀墊結(jié)構(gòu);2005年（CN101189096 A）出現(xiàn)了將墊板通過三個(gè)螺栓固定在刀柄上，再將刀片固定在墊板上;2014年（CN107107210A）在刀柄上固定刀片的刀座背面設(shè)置緊固構(gòu)件給刀片提供刀片緊固件的相反方向的力，使得刀片抑振夾固防飛。

（2）精密可調(diào)節(jié)的夾固方式，可以適應(yīng)多種型面加工的需要，提高銑刀以及刀片的通用性和安裝精度，同時(shí)便于更換刀片，提高加工效率?？赊D(zhuǎn)位銑刀的優(yōu)點(diǎn)之一就在于可調(diào)節(jié)，因此山特維克也很重視該方向的專利申請(qǐng)，SE460346（1989年）即為可調(diào)節(jié)的夾固，其通過彈性開口將刀片裝夾其中，利用螺栓配合實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié);CN1276747 A（1997年）刀座與刀柄的接觸面設(shè)置相配合的鋸齒狀，沿著鋸齒槽移動(dòng)可調(diào)。CN1438929 A（2000年）通過襯套和調(diào)節(jié)螺釘調(diào)整刀片相對(duì)于刀座的位置，CN105458313 A 中在刀座與刀柄之間設(shè)置差動(dòng)螺釘來實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)節(jié)，CN1110052A中刀片呈現(xiàn)四分之三的圓形，非圓形的部分為楔形結(jié)構(gòu)與刀座接觸;

（3）方便替換是可轉(zhuǎn)位刀片的最大優(yōu)點(diǎn)之一，大大提高了經(jīng)濟(jì)性。由于可轉(zhuǎn)位刀片在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定性不高，商家通常會(huì)在損失替換的便捷性的基礎(chǔ)上提高裝夾的穩(wěn)定性。當(dāng)然，設(shè)計(jì)各樣的裝夾方式在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上兼顧替換的便捷性，也是設(shè)計(jì)者們的研究課題。山特維克早在1974年（DE2746958A）就設(shè)計(jì)特質(zhì)的螺栓以使得替換更加的便捷快速。SE458178B（1987年）將刀片裝夾在刀座上，再將刀座裝夾在刀柄上;CN106170357A通過改制刀座實(shí)現(xiàn)刀片的方便替換。