山特維克在可轉位銑刀領域的專利技術綜述

袁媛

引言

山特維克集團是全球領先的先產品制造商，在中國的專利申請量達到了1583件， 刀具作為山特維克的優勢產業，資金投入和研發力度也很可觀，專利申請量為564件。目前可轉位銑刀的專利申請主要分為五個方向。山特維克在中國的專利申請中，可轉位銑刀領域的申請量為209件。

1.山特維克在可轉位銑刀領域的專利概況

圖1中可以看出，早在1971年，山特維克就已經有涉及可轉位銑刀的專利申請，1993年，專利申請量達到12件。2000年以后，山特維克兼并收購了多家刀具巨頭公司，通過一系列的戰略收購，增強研發實力，確立了強大的市場地位，專利申請量大幅度提升。

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

圖3為山特維克公司在該領域的專利申請方向。該公司在可轉位刀片的夾固方向的申請量最大，其次是可轉位刀片的結構。該公司在這兩個技術分支的研發投入相對比較大。

2.專利技術發展路線

可轉位銑刀的研究始終圍繞高精度、高效率以及高經濟型這一主線展開，尤其是在高速高效切削技術產生之后，可轉位銑刀的新技術不斷涌現，形成了其特定的多分支發展路線，參見圖4。其中主要在可轉位刀片的結構和夾固這兩個方向改進，山特維克公司的專利申請和研發的方向與國際在該領域的發展方向是一致的。

2.1可轉位刀片方向的技術發展路線

圖3為山特維克公司在可轉位刀片方向的發展路線，主要包括以下四個方面：

（1）從增加單面刀片刃數到雙面刃刀片，不斷提高經濟性。初期的可轉位刀片僅有2-3個切削刃，各生產廠家為提高自身產品的競爭力，不斷試圖增加切削刃的數量。從單面刀片到雙面刀片，需要避免裝夾過程中對刀刃的磨損。山特維克的可轉位刀片從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，不斷的改進刀片的形狀，在滿足裝夾和加工精度的基礎上，增加刀片的刃數，以使得刀片能夠多次轉位使用。

（2）多樣的排屑斷屑槽，以適應高效切削的需求。通過可轉位刀片前刀面上的不同形態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置一個整體的長條形的斷屑槽，并且持續改進，在SE8803354（1988年）中，沿主切削刃在前刀面上設多個凹槽，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，在一個整體長條形斷屑槽的基礎上，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，可提高加工精度。高速切削中切削速度快，刀片及刀體易發生振動，影響最終產品的表面質量，該公司在可轉位刀片的抑制振動方面也很重視。其中CN101784353中，該雙面面銑刀片在銑刀主題中的軸向負傾斜角減小到最小，同時仍使得銑刀的性能最佳。

（4）修光刃，可以實現銑削的精加工。隨著產品的精度越來越高，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，因此提高銑削表面最終加工精度的技術成為一個大的趨勢，其中比較典型的是修光刃技術。修光刃通常設置在兩個主切削刃之間，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、副后刀面的設置等多個方面的統籌設計，以期達到最好的修光效果。

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，與延長線形成20-40度范圍內的角，中間切割刀刃經由于凸間隙表面相鄰的弓形部分刀刃而轉變到相鄰刀刃。

2.2可轉位銑刀夾固方向的技術發展路線

由于在高速切削中，刀具旋轉速度較快，傳統的刀片夾固結構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不斷出現。有關刀片夾固的技術改進方向（參見圖7）主要分為三個方面：

（1）刀片防飛、防破碎，提高安全性，適應高速高效切削的需求，山特維克最初在可轉位銑刀領域的申請就涉及刀片防飛：SE349964（1971年），刀片裝夾在凹口槽中，沿著刀片的前刀面依次設置有楔塊、拉桿，拉桿的中間套設彈簧，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）沉頭螺釘相對于螺孔偏心，提供應力;1996年山特維克對刀墊進行改進，設計了肋條凹槽楔塊三者相配合的刀墊結構;2005年（CN101189096 A）出現了將墊板通過三個螺栓固定在刀柄上，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置緊固構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）精密可調節的夾固方式，可以適應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，同時便于更換刀片，提高加工效率。可轉位銑刀的優點之一就在于可調節，因此山特維克也很重視該方向的專利申請，SE460346（1989年）即為可調節的夾固，其通過彈性開口將刀片裝夾其中，利用螺栓配合實現可調節;CN1276747 A（1997年）刀座與刀柄的接觸面設置相配合的鋸齒狀，沿著鋸齒槽移動可調。CN1438929 A（2000年）通過襯套和調節螺釘調整刀片相對于刀座的位置，CN105458313 A 中在刀座與刀柄之間設置差動螺釘來實現雙向調節，CN1110052A中刀片呈現四分之三的圓形，非圓形的部分為楔形結構與刀座接觸;

（3）方便替換是可轉位刀片的最大優點之一，大大提高了經濟性。由于可轉位刀片在高速運轉時的穩定性不高，商家通常會在損失替換的便捷性的基礎上提高裝夾的穩定性。當然，設計各樣的裝夾方式在實現穩定性的基礎上兼顧替換的便捷性，也是設計者們的研究課題。山特維克早在1974年（DE2746958A）就設計特質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通過改制刀座實現刀片的方便替換。