数控刀具和数字化精密量具量仪的发展.doc

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1、数控刀具和数字化精密量具量仪的发展——数控切削技术发展的两个车轮——谢华锟1姜华21成都工具研究所2四川大学宁江机床集团有限公司1序言数控切削加工技术是先进制造技术、特别是先进切削加工制造技术中的一个主要发展领域。数控切削加工机床、数控系统、数控刀具、夹具和工件、以及测量系统，这五大要素构成了数控切削加工系统。（图）形象地比喻：数控刀具是数控机床的牙齿，精密测量仪器是数控机床的眼睛；抽象地比喻：他们是数控切削技术发展车的两个车轮。（图）数控加工技术尤其是数控切削加工技术和数控机床的发展，绝对不能脱离数控刀具和精密测量技术和仪器的发展！它们相互促进、息息相关。

2、先进的切削加工技术和数控刀具以及先进的数字化测量技术和仪器，装备、服务、推动着数字化制造技术尤其是数字化切削加工技术的发展，装备、服务、推动着数控机床、数控制造装备的发展。 2数控刀具的发展高速、高效复合、高精度、高可靠性及环保，是先进切削技术的发展趋势、也是对数控刀具提出的要求。数控刀具制造技术的发展主要集中在如下几个方面：（图）刀具材料制造技术，刀具涂层制造技术，刀具结构设计制造技术，连接数控刀具和数控机床的工具系统制造技术，以及切削数据库等相关软件技术。2．1数控刀具材料“对症下药”，重视超硬超细材料的开发切削刀具材料是决定刀具切削性能尤其是刀具切削效

3、率和可靠性的基础。针对工件的特点（材料性能、加工余量、批量、要求等），开发匹配的特定刀具材质，“对症下药”，是当今的一个发展趋势。（图）钴高速钢、粉末冶金高速钢、硬质合金（包括超细颗粒硬质合金）、以及陶瓷、金属陶瓷等材料，在数控刀具上得到了迅速推广和广泛应用。尤其是数控刀具、可转位不重磨刀片用硬质合金牌号近年来有快速的发展，占有主要份额。亚微米级超稀颗粒硬质合金材料显著提高了刀具的切削机械性能（强度、硬度）。对于复杂成型数控齿轮刀具，钴高速钢和粉末高速钢则大有取代传统高速钢的趋势。随着有色金属材料、有机复合材料甚至木材等切削加工需求的增加，尤其是汽车（气缸体

4、、气缸盖、活塞等）、航空航天、军工、家具制造业的发展，硅铝合金、铝镁合金、复合蜂窝材料零件以及淬硬工件的加工，推动了聚晶金刚石（PCD）、立方氮化硼(CBN)等超硬刀具材料制造技术的进步。环保要求的提倡，干切削技术和微量液冷却、低温气冷却技术应运而生，对切削刀具材料（及涂层）的抗高温性能提出了新要求——优良的高温红硬性、高温抗粘合性、高温摩擦性能等对实施干切削数控刀具的使用性能至关重要。2．2数控刀具涂层发展迅速，新涂层层出不穷切削刀具涂层是决定刀具切削性能尤其是刀具切削效率和可靠性的另一项关键技术，尤其符合节约型发展的要求：效果显著而节省资源，事半而功倍。

5、近年来刀具涂层技术发展空前迅猛，新的涂层装备和涂层材料层出不穷。（图）在传统的TiN,TiC,TiCN,Al2O3涂层的基础上，发展了高温红硬性更好的TiAlN,TiBN,以及TiAlBN,CrN,CrC,SN2等新涂层，还有改善自润滑性能的软涂层MoS2。金刚石涂层、类金刚石涂层DCL以及CBN涂层等也得到了快速的发展。纳米涂层结构在同样涂层情况下，显著提高了涂层性能，备受重视（图6/6）。目前在切削刀具涂层工艺中，主要采用的是化学涂层（CVD）和物理涂层（PVD）二大类涂层技术和装备。由于物理涂层工作温度低，对刀具基体强度影响小，使用较多。成都工具研究所

6、的热阴极离子镀（图）、英国技术、由西安理工大学和英国合作生产的闭合场非平衡磁控溅射离子镀（图），以及德国CemeCon公司的高电离溅射涂层技术和装备，（图）反映了当今涂层技术的一个发展方向——形成纳米量级的光滑涂层表面。在高速钢类齿轮刀具以及硬质合金数控刀具的应用上都得到不错的效果。上工贵工进口了新型涂层设备，哈一工和PVT、汉江工具和BALZERS成立联合涂层中心，促进了国产数控刀具涂层水平的进一步提高。材料学科的重要性在数控刀具的发展上得到充分的显现。刀具基体和涂层的优化匹配至关重要。为此，株洲硬质合金厂及下属株洲钻石切削刀具公司近年投资数亿，进行技术引

7、进改造，在硬质合金新材料牌号、涂层技术及设备、可转位数控刀片和整体硬质合金数控刀具的开发和生产线的建立上，取得明显成效。2．3数控刀具和工具系统，满足高速、复合切削的要求在数控刀具和可转位数控刀片的结构设计上，值得一提的是新型精密成型的断屑槽型的开发，它有效的改善了刀具的切削性能。近年复合刀具的出现更是数控刀具发展的一个典型。以齿轮刀具为例，（图）波状切削刃滚刀使粗滚切削变得更轻快，复合齿轮刀具，一次完成滚齿和去毛刺工序（图）。数控刀具结构和几何参数的创新优化设计，进一步提高了切削性能。为适应CNC复合车加工中心在工件一次安装中，完成平面、圆柱面、孔以及螺纹

8、切削加工的要求，新型的、满足车铣自动换刀的数控刀柄得