數(shù)控刀具和數(shù)字化精密量具量?jī)x的發(fā)展(已修改)
2025-07-07 07:23 本頁面
【正文】 數(shù)控刀具和數(shù)字化精密量具量?jī)x的發(fā)展 ——數(shù)控切削技術(shù)發(fā)展的兩個(gè)車輪—— 謝華錕1 姜 華2 1成都工具研究所 2四川大學(xué) 寧江機(jī)床集團(tuán)有限公司1 序言數(shù)控切削加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)、特別是先進(jìn)切削加工制造技術(shù)中的一個(gè)主要發(fā)展領(lǐng)域。數(shù)控切削加工機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控刀具、夾具和工件、以及測(cè)量系統(tǒng)，這五大要素構(gòu)成了數(shù)控切削加工系統(tǒng)。（圖）形象地比喻：數(shù)控刀具是數(shù)控機(jī)床的牙齒，精密測(cè)量?jī)x器是數(shù)控機(jī)床的眼睛；抽象地比喻：他們是數(shù)控切削技術(shù)發(fā)展車的兩個(gè)車輪。（圖）數(shù)控加工技術(shù)尤其是數(shù)控切削加工技術(shù)和數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，絕對(duì)不能脫離數(shù)控刀具和精密測(cè)量技術(shù)和儀器的發(fā)展！它們相互促進(jìn)、息息相關(guān)。先進(jìn)的切削加工技術(shù)和數(shù)控刀具以及先進(jìn)的數(shù)字化測(cè)量技術(shù)和儀器，裝備、服務(wù)、推動(dòng)著數(shù)字化制造技術(shù)尤其是數(shù)字化切削加工技術(shù)的發(fā)展，裝備、服務(wù)、推動(dòng)著數(shù)控機(jī)床、數(shù)控制造裝備的發(fā)展。2 數(shù)控刀具的發(fā)展高速、高效復(fù)合、高精度、高可靠性及環(huán)保，是先進(jìn)切削技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)、也是對(duì)數(shù)控刀具提出的要求。數(shù)控刀具制造技術(shù)的發(fā)展主要集中在如下幾個(gè)方面：（圖）刀具材料制造技術(shù)，刀具涂層制造技術(shù)，刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造技術(shù)，連接數(shù)控刀具和數(shù)控機(jī)床的工具系統(tǒng)制造技術(shù)，以及切削數(shù)據(jù)庫等相關(guān)軟件技術(shù)。2．1 數(shù)控刀具材料“對(duì)癥下藥”，重視超硬超細(xì)材料的開發(fā)切削刀具材料是決定刀具切削性能尤其是刀具切削效率和可靠性的基礎(chǔ)。針對(duì)工件的特點(diǎn)（材料性能、加工余量、批量、要求等），開發(fā)匹配的特定刀具材質(zhì)，“對(duì)癥下藥”，是當(dāng)今的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。（圖）鈷高速鋼、粉末冶金高速鋼、硬質(zhì)合金（包括超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金）、以及陶瓷、金屬陶瓷等材料，在數(shù)控刀具上得到了迅速推廣和廣泛應(yīng)用。尤其是數(shù)控刀具、可轉(zhuǎn)位不重磨刀片用硬質(zhì)合金牌號(hào)近年來有快速的發(fā)展，占有主要份額。亞微米級(jí)超稀顆粒硬質(zhì)合金材料顯著提高了刀具的切削機(jī)械性能（強(qiáng)度、硬度）。對(duì)于復(fù)雜成型數(shù)控齒輪刀具，鈷高速鋼和粉末高速鋼則大有取代傳統(tǒng)高速鋼的趨勢(shì)。隨著有色金屬材料、有機(jī)復(fù)合材料甚至木材等切削加工需求的增加，尤其是汽車（氣缸體、氣缸蓋、活塞等）、航空航天、軍工、家具制造業(yè)的發(fā)展，硅鋁合金、鋁鎂合金、復(fù)合蜂窩材料零件以及淬硬工件的加工，推動(dòng)了聚晶金剛石（PCD）、立方氮化硼(CBN)等超硬刀具材料制造技術(shù)的進(jìn)步。環(huán)保要求的提倡，干切削技術(shù)和微量液冷卻、低溫氣冷卻技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，對(duì)切削刀具材料（及涂層）的抗高溫性能提出了新要求——優(yōu)良的高溫紅硬性、高溫抗粘合性、高溫摩擦性能等對(duì)實(shí)施干切削數(shù)控刀具的使用性能至關(guān)重要。2．2 數(shù)控刀具涂層發(fā)展迅速，新涂層層出不窮切削刀具涂層是決定刀具切削性能尤其是刀具切削效率和可靠性的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，尤其符合節(jié)約型發(fā)展的要求：效果顯著而節(jié)省資源，事半而功倍。近年來刀具涂層技術(shù)發(fā)展空前迅猛，新的涂層裝備和涂層材料層出不窮。（圖）在傳統(tǒng)的TiN,TiC,TiCN,Al2O3涂層的基礎(chǔ)上，發(fā)展了高溫紅硬性更好的TiAlN,TiBN, 以及TiAlBN,CrN,CrC,SN2等新涂層，還有改善自潤滑性能的軟涂層MoS2。金剛石涂層、類金剛石涂層DCL以及CBN涂層等也得到了快速的發(fā)展。納米涂層結(jié)構(gòu)在同樣涂層情況下，顯著提高了涂層性能，備受重視（圖）。目前在切削刀具涂層工藝中，主要采用的是化學(xué)涂層（CVD）和物理涂層（PVD）二大類涂層技術(shù)和裝備。由于物理涂層工作溫度低，對(duì)刀具基體強(qiáng)度影響小，使用較多。成都工具研究所的熱陰極離子鍍（圖）、英國技術(shù)、由西安理工大學(xué)和英國合作生產(chǎn)的閉合場(chǎng)非平衡磁控濺射離子鍍（圖），以及德國CemeCon公司的高電離濺射涂層技術(shù)和裝備，（圖）反映了當(dāng)今涂層技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向——形成納米量級(jí)的光滑涂層表面。在高速鋼類齒輪刀具以及硬質(zhì)合金數(shù)控刀具的應(yīng)用上都得到不錯(cuò)的效果。上工貴工進(jìn)口了新型涂層設(shè)備，哈一工和PVT、漢江工具和BALZERS成立聯(lián)合涂層中心，促進(jìn)了國產(chǎn)數(shù)控刀具涂層水平的進(jìn)一步提高。材料學(xué)科的重要性在數(shù)控刀具的發(fā)展上得到充分的顯現(xiàn)。刀具基體和涂層的優(yōu)化匹配至關(guān)重要。為此，株洲硬質(zhì)合金廠及下屬株洲鉆石切削刀具公司近年投資數(shù)億，進(jìn)行技術(shù)引進(jìn)改造，在硬質(zhì)合金新材料牌號(hào)、涂層技術(shù)及設(shè)備、可轉(zhuǎn)位數(shù)控刀片和整體硬質(zhì)合金數(shù)控刀具的開發(fā)和生產(chǎn)線的建
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