微细切削刀具及其相关技术研究进展

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1、中国机械工程第21卷第14期2010年7月下半月微细切削刀具及其相关技术研究进展刘志兵暋王西彬北京理工大学先进加工技术国防重点学科实验室,北京,100081摘要:微细切削是实现金属、合金、复合材料、陶瓷、玻璃、硅等多种工程材料微小型结构件微细加工的有效技术途径,微细切削刀具的设计与制造是其中的基础性关键技术。结合国内外关于微细切削及其刀具的研究进展,从刀具材料、刀具设计思想、刀具精确成形方法、表面涂层处理等方面分析了微细切削刀具设计与制造技术的发展现状。同时介绍了刀具安装调整、变形补偿、切削状态监控、刀位路径优化,以及刀具磨损和破损失效特征、机理与预报等

2、微细切削刀具相关技术。关键词:微细切削;刀具设计;刀具制造;磨损;破损中图分类号:TG501暋暋暋文章编号:1004—132X(2010)14—1758—06State-of-the-artofMicroCuttingToolandItsRelatedTechnologiesLiuZhibing暋WangXibinKeyLaboratoryofFundamentalScienceforAdvancedMachining,BeijingInstituteofTechnology,Beijing,100081Abstract:Microcuttingtool

3、isthekeyandfundamentaltechnologyofmicrocuttingwhichisaneffectivemicromachiningtechnologyformicrostructuremadeofmulti-materialssuchasmetal,alloy,compositematerial,ceramic,glassandsilicon.Thestate-of-the-artofmicrocuttingtoolwerereviewedherein.Designandmanufacturetechnologyofmicroc

4、uttingtoolwereanalyzedfromtheviewpointofadvancedcuttingtoolmaterial,designphilosophy,fabricationmethodandcoating.Furthermore,relatedtechnologiessuchasadjustment,deflectioncompensation,toolconditionmonitoring,toolpathoptimizationaswellascharacteristics,mechanismandestimationofwear

5、andbreakageofmicrocuttingtoolwereintroduced.Keywords:microcutting;cuttingtooldesign;cuttingtoolmanufacture;wear;breakage0暋引言1暋典型微细切削刀具微细切削是一项在精密与超精密的切削机床上,借助高精度的切削刀具,利用机械力的作用对微细切削刀具不是传统切削刀具在整体尺度金属、合金、复合材料、陶瓷、玻璃、硅等工程材料或局部特征尺度上的简单缩小,而是针对微细切进行微量去除,获得微小尺度零件或结构的微细削的特点和加工机理,面向多种工程材料微小零

6、加工技术。件或结构具体加工需求的一类特种切削刀具。美国、德国、日本等工业发达国家对微细切削刀具的近年来,随着微细切削技术在国防军工、航空基础研究与技术开发比较重视,相继研制出一系航天、仪器仪表、汽车、能源动力、生物医药等产业列微细切削刀具(表1),有力地推动了微细切削领域应用范围的不断扩大,对于具有极小特征尺技术的进步。但由于微细切削刀具涉及的理论与度的小直径铣刀和钻头、微轮廓成形车刀、小模数技术领域众多,目前国内外关于微细切削刀具的齿轮加工刀具等微细切削刀具的需求显著增加。设计理论和规范、制造方法和工艺、作用机制和失目前,与微细切削刀具密切相关的刀具-

7、工件摩[1][2]效机理,以及刀具应用技术的研究仍处于探索阶擦、刀具钝圆半径效应、刀具磨破损特征与机段,相关理论体系和技术手段均不健全,尚不能从[3]理等刀具作用机制,精密微细磨削、电火花线电根本上满足微细切削对于刀具的要求。极磨削(wireelectrodischargegriding,WEDG)、聚焦离子束溅射、激光束刻蚀等微细切削刀具成2暋微细切削刀具的材料技术[4飊5][6]形方法,以及刀具安装调整、刀具变形补偿、为了保证良好的综合加工性能,微细切削的[7飊8][9飊10]刀具切削状态监控、刀位路径规划等刀具刀具材料主要选用高性能高速钢、细晶粒与

8、超细应用技术是国内外微细切削领域的研究热点。晶粒硬质合金、PCD和单晶金刚石等。