工具系统的市场动向及技术发展趋势 - 文章

工具系统的市场动向及技术发展趋势

作者：王文光编译

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机械工业市场受到汽车、数字家电等行业积极投资的支撑，机床及相关设备的需求正由疲软转向兴旺。同时，降低成本和缩短加工周期的要求也更加迫切，与此相对应，实现加工高效率化已是大势所趋。在此过程中，为了进行调整高稳定性加工，刀—机接口技术的作用越来越显得重要；尤其是随着机械工业向信息化、智能化、环保化、节省能源、刀具小直径化等方向迅速发展，要求工具系统的功能必须提高到一个新的水平。本文根据日本媒体2004年度问卷调查的结果，介绍工具系统行业近期的市场动向及技术发展趋势。

带新功能的工具系统

为了进行高速、高精度、高效率机械加工，工具系统作为机床功能的补充，要求必须具有如下特点：高精度地将刀具夹持在机床上，且在加工过程中仍能保持高精度夹紧状态。为此，要求刀柄应发挥下列作用：①在高速加工条件下，具有良好的平衡性能，不会发生异常振动；②刚性优异，能够承受较大切削力；③保证切削液充分到达切削刃部位；④拥有良好的接口，能使刀具高精度安装在机床主轴上。

高速高精度工具系统大都采用两面夹紧机构，这种夹紧机构已达到实用化水平，而且也已经牢牢占有市场。2001年12月已制定ISO标准的HSK工具系统，目前仍有一些尚待解决的问题，其中，最重要的是包含夹紧机构的工具夹持系统。夹头部分已开发出压配合夹紧装置等新产品。需要解决的课题是如何实现工具系统的信息化、智能化。目前该行业关注的焦点是尽快开发出工具综合管理系统，使繁杂的工具信息能实现一元化管理。

最近，由日本17家硬质合金工具厂、工具系统生产厂联合提出了复合加工机床用HSK接口标准(即ICTM标准)，根据该标准生产的HSK工具系统已作为商品正式投放市场。该标准是一个开放性标准，不受知识产权的制约，全世界的厂家均可按其制作和销售产品。标准的制定者希望根据该标准生产出符合用户需求的工具系统制品。预计，日本厂家将和海外普及该标准的同行们展开激烈的市场竞争。

2004年度的市场动向

随着机床需求的迅速增长，以及半导体、IT相关行业投资的转旺，日本2003年工具系统(含夹具)行业的生产件数比2002年增长37.3%，销售额增长24.9%，二者均有两位数的增长。其中，NC工具系统的生产件数达96.91万件，比2002年增长59.6%，销售额达到84.31亿日元，同比增长37%，两者的增长幅度都相当高。进入2004年后，生产增长情况仍然良好，2004年1～5月生产件数与2003年同期相比，增长25.5%，销售额同比增长42%。

图1 NC工具系统生产情况

就调查结果来看，工具系统的生产与机床行业的发展成正比，大昭和精机公司和MST公司认为：“2004年机床订货比2003年有大幅度增长，工具系统同样也必将增长，至少到2004年中期，增长势头不会改变。”日研工作所认为：“生产和销售情况良好，特别是由于汽车行业的需求旺盛，工具系统行业前景看好。在国外，欧洲、美国、亚洲(尤其是中国)对工具系统的需求全都呈现出旺盛的势头。”NT TOOL公司指出：“随着汽车行业积极的设备投资，工具的订货大幅度增长，而且增长势头正在向高水平发展。”这种趋势促使用户加大了投资力度，据称，目前用于10000r/min以上的高速加工机床两面夹紧式接口的需求量相当大。

有的厂家对形势的估计比较谨慎，如YUKIWA精工公司指出：“目前虽已有回升迹象，但前景仍不十分明朗。”

市场的需求是苛刻的，首先必须保证产品有很高的质量，而且，随着缩短交货期、降低成本的要求日益迫切，势必引发出激烈的价格竞争。在此过程中，各厂商开展了多种多样的营销活动，诸如扩大销售领域，发展精密模具及其零件的加工业务，突破行业局限，实现生产经营多元化等。

降低成本的措施

日研工作所的作法是：将生产场地集中在一层楼内，实现工件的“零移动”。YUKIWA精工公司则是：尽量作到多品种小批量生产，对于大批量产品也尽可能减少工序，以便降低成本。MST公司的措施是：改善工夹具，利用机械手实现自动化，利用复合加工机床使工序集约化。大昭和精机公司的作法是：采取大力购入新型设备，或改造原有设备，尽可能缩短加工时间等措施，达到降低生产成本的目的。NT TOOL公司的措施是：改进工艺过程，降低粗加工制品成本，提高生产效率，以适应扩大海外生产的需求。ALPS工具公司则是：努力实现产品多功能化。

目前，在国外生产方面，日本在海外建立生产基地的工具系统厂家正在不断增多。如NT TOOL公司已于2003年4月在泰国曼谷高新工业园区建厂，生产加工中心用的工具系统夹头，月产量3000件，现正拟扩大生产规模，准备将整个刀柄和夹头制品均转移至该地生产。该公司还在中国上海开设事务所，加强在亚洲地区的销售业务。

提高制品的互换性，充分发挥投资效益

随着零件的小型化和高质量化，各公司正在大力开发新产品，尽量使工具系统具有紧凑性和高振摆精度，能够适应调整切削的要求。

在高速高精度加工中，过去一直采用BT夹紧方式，与之相比较，两面夹紧方式的优越性已被广泛理解和认同。不过，从用户角度来看，在工具系统的互换性和发挥投资效益方面，仍然存在一些不足之处。因此，生产厂家针对广大用户的实际需要，正在积极进行两面夹紧式工具系统系列产品的开发工作。如黑田精工公司已开发出一种新型两面夹紧式刀柄，商品名为Super BT工具系统(见图2)，特点是刀柄的7∶24锥部和法兰端面与机床主轴7∶24锥部端面同时接触，从两面将刀具夹紧。该系统采用开放化标准，并力争使之成为行业标准。采用Super BT标准主轴的机床均可配置Super BT工具系统，而且这种系统和原JIS BT夹紧刀柄具有互换性，供货渠道也较宽泛。

图2 新型两面夹紧式工具系统Super BT系统

NT TOOL公司开发出一种轻便型两面夹紧式高速BT刀柄，商品名为AHO系列工具系统。这是在BT刀柄基础上加以改进的7∶24锥柄接口，特点是柄部和夹紧部均作成中空形状，从而大幅度减轻了刀柄重量，锥部和端面可紧密接触，加之从两面夹紧，平衡性能优异，采用AHO系列工具系统，加工效率可提高20%～50%。

大昭和精机公司生产一种多角锥度两面夹紧系统，商品名为Big Coromant Capto C5/C6(见图3)，这是该公司取得Sandvik Coromant公司特许权生产的工具系统，该系统可顺利解决车削加工中因崩刃等故障而使高价刀柄破损的问题。

图3 Big Coromant Capto工具系统

圣和精机公司开发出一种新型两面夹紧式工具系统，可与原有机床(主轴锥度7∶24)配套使用，主轴端面的进出误差可通过采用皿头弹簧的锥套调整机构去消除。

日研工作所开发的压入式(DF)工具系统已得到推广，特点是该系统与DF立铣刀的结合部作成1∶100的缓舒锥度，由锥部与端面两部分将刀具夹紧，刀具装卸十分方便快捷，换一次刀仅需10秒钟。该系统切削力承受极限为原有工具系统的3倍。

获得高精度加工表面

工具系统重要的技术指标是其回转的振摆精度。配备振动小的工具系统，不仅能用球头立铣刀切削出高精度加工表面，而且还适用于微细加工、模具高精度加工和电子零件加工。目前，已开发出一些高精度工具系统，如采用热装式夹紧机构，以及利用弹簧夹紧刀具可简便地调整刃尖振摆精度的刀柄等。

日研工作所还开发出一种精密工具系统，振摆精度可调至0.001～0.002mm，使其能与机床主轴紧密联接。NT TOOL公司开发一种R-Zero系统，特点是用微调扳手调整回转环，刃尖振摆精度可控制在0～2μm以内。MST公司开发出带有多孔夹头的PPA工具系统，这是一种配有弹簧夹头的工具系统，主要用来夹持柄部直径为0.5～3.0mm的小直径刀具。由于采用高速传动方式，振摆精度最小可控制到3μm，最大转速可达50000r/min。

在高速切削和高效率加工方面，要求工具系统必须具备下列特点：径向振摆精度良好，同时具有很高的夹持力和刚性。YUKIWA精工公司开发出一种名为Super超级G1型夹持系统(见图4)，弹簧夹头从本体的伸出长度大幅度缩短，本体夹头插入部的厚度较大，因此，具有很高的刚性。另外，对于刀柄本体、锁紧螺母、弹簧夹头的精度误差要求极为严格。系统的综合径向振摆精度达5μm，其标准产品可在转速25000r/min条件下使用。

图4 Super G1型工具系统

为了进行可靠的高效率加工，在重视刀机接口的同时，还必须重视刀具的夹紧方式。在立铣加工中，通常出现的刀具滑动、脱落及产生振动等问题，取决于是否能将刀具牢固而可靠地夹紧。

NT TOOL公司开发出一种铣削用的新型工具系统CT/S(见图5)，其夹头采用滚柱锁紧方式，夹头内侧不是传统的槽形，而是一种特殊形状，夹头端口带有深槽，使夹头端口具有很强的夹持力，即使刀柄细长，采用CT/S系统后，也可进行强力切削加工。值得注意的是，该夹头中部设计有一个“T”形槽，这是一个沿夹头内圆径向的非贯通槽，其作用是使刀具在卸除方向仍具有很强的夹紧力。

图5 CT/S夹持系统

缩短供货期

近年来，高速铣削加工中心已大量采用热装式工具系统，其刀柄的外径很小，因此，与工件的贴近性能优异，尽管刀具的夹持部分很短，但仍能牢固夹紧。热装夹紧方式是把夹持部分加热至300℃，使之膨胀，待刀具柄部插入夹持部分，冷却后即被夹紧，因此，这种工具系需要配置一种加热装置。
MST公司开发出一种新型MOZO系列热装式工具系统，柄部为一般耐热钢，夹持部分为热装专用材料。据称，这种结构的柄部和尖端部分的组合形式多样，根据不同加工情况，可组合成2100种不同类型的刀柄，在极短时间内，即可组合成满足工件形状和切削方式所需要的高性能刀柄。ALPS工具公司开发出一种热装式工具系统，商品名Thermo Grip(见图6)，材料为特殊耐热钢，经最佳热处理后，其耐热温度达450℃，可卸装刀具5000次以上，最宜用于高效率加工。这些产品的交货比较短，能快速适应市场的变化。

图6 Thermo Grip夹紧系统

据问卷调查的结果，各公司提出了今后经营战略的重点方向。日研工作所表示，该公司将大力加强海外基地建设，重点是提高产品质量。YUKIWA公司2004年度工作重点是进一步提高顾客满意度。MST公司决定扩大海外网络销售业务，同时加强和机床厂家与工具厂家的合作。大昭和精机公司2004年度将重点放在新产品开发工作上。NT TOOL公司拟在2004年度使加工成本降低50%。ALPS工具公司决定在2004年度加强Coromant capto工具系统系列产品的开发与生产，同时，整顿销售体制，扩大销售份额。

图7 各种热装夹工具系统

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文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/28/2007)


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