數(shù)控刀具技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

1、數(shù)控刀具技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展摘要：本文簡介現(xiàn)代數(shù)控刀具科普性知識和近幾年來在刀具材料、結(jié)構(gòu)科技領(lǐng)域里的現(xiàn) 狀及發(fā)展趨勢。指出拉削、滾壓、搓擠刀具和復(fù)合（組合）孔加工數(shù)控刀具的創(chuàng) 新成果往往會引起機加工觀念上的巨大變革， 再集成刀具材料及特種數(shù)控機床領(lǐng) 域的創(chuàng)新科技成果，會產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。近年來，快速發(fā)展的數(shù)控機加工工藝技術(shù)促進(jìn)了數(shù)控刀具結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)科研和新產(chǎn)品的研發(fā)。世界各大廠商生產(chǎn)的數(shù)控機床用刀具種類、規(guī)格繁多，數(shù)量龐大，往往 令人眼花繚亂，不得要領(lǐng)?，F(xiàn)將有關(guān)數(shù)控刀具科普性知識和近幾年來數(shù)控刀具材 料、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等領(lǐng)域的新產(chǎn)品、科技現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢就其精要，在此簡要分述, 以便了解掌握相關(guān)

2、數(shù)控刀具新產(chǎn)品信息的要點。一、數(shù)控刀具分類簡要二、數(shù)控刀具材料新產(chǎn)品科技近況與發(fā)展趨勢1、概述：近年來，數(shù)控刀具材料基礎(chǔ)科研和新產(chǎn)品的成果集中應(yīng)用在高速（超高速）、硬質(zhì)（含耐熱、難加工）、干式、精細(xì)（超精）數(shù)控機加工技術(shù)領(lǐng)域。刀具材料新產(chǎn)品的研發(fā)在超硬材料（金剛石、表面改性涂層材料、T 1 C基類金屬陶瓷、立方氮化硼、A 1 2 O 3、S 1 3 N 4基類陶瓷），W、C o類涂層和細(xì)顆粒（超細(xì)顆粒）硬質(zhì)合金基體及含G。類粉末冶金高速鋼等領(lǐng)域進(jìn)展速度較快。2、超硬材料領(lǐng)域：金剛石（釬焊聚晶、單晶）各類刀具已迅速應(yīng)用于高硬度、高強度、難加工有色金（合金）及有色金屬 -非金屬復(fù)合材料零部件的高速

3、、高效、干（濕）式機械切削加工行業(yè)中。其概況分述如下：汽車、 摩托車行業(yè)： 聚晶、 人造單晶金剛石面銑刀、 鏜刀、 車刀、 鉸刀、 復(fù)合 （組合）孔加工等數(shù)控刀具等正大量應(yīng)用于高強度、高硬度Si-Al 合金零部件自動生產(chǎn)線上；竹木地板、保具行業(yè)：聚晶、CVD厚膜沉積金剛石（復(fù)合片）立銃刀、三面刃 成形銃刀、面銃刀等類刀具正大量應(yīng)用于高硬度復(fù)合竹木地板、像具及門窗等 零部件自動生產(chǎn)線上；航空、航天、汽車及電子信息技術(shù)行業(yè)：金剛石CVD薄膜涂層數(shù)控刀具（以整體WC。類硬質(zhì)合金刀具為主）多應(yīng)用于銃削、車削、鉆削、較削及物削加工高強度鋁合金（鑄、鍛）、纖維-金屬層板、碳纖維熱塑性復(fù)合材料、鎂合金、石墨

4、、陶瓷等零部件，滿足高速、高壽命、干式機加工技術(shù)要求。各廠商正不斷 地改進(jìn)金剛石涂層工藝技術(shù)，提高金剛石薄膜與刀具基體的結(jié)合牢度和致密度；精細(xì)（超精）機加工技術(shù)領(lǐng)域：單晶天然、人造金剛石刀具應(yīng)用于各種精密儀器 透鏡、反射鏡、計算機磁盤、復(fù)印機（錄像機）磁鼓等工件的精細(xì)（超精、納米級）車削加工；單晶金剛石刀具還被應(yīng)用于眼科角膜手術(shù)精細(xì)切割和印刷制板精細(xì)雕刻等行業(yè)。各廠商正在不斷改進(jìn)金剛石各類刀具的刃磨工藝技術(shù)、刃磨精度及刃磨效率。表面改性涂層材料主要有：TiN、TiCN、TiALN、ALTiN、A12O3、CrN、ZrC、MoS2、WS2等，采用計算機控制PVD、PCVD、CVD涂層工藝技術(shù)，

5、將上述涂層材料用于對立銑刀、 鉸刀、 鉆頭、 復(fù)合 （組合） 孔加工刀具、齒輪滾刀、插齒刀、剃齒刀、成形拉（推）刀及各種機夾可轉(zhuǎn)位刀片的表面改性涂層處理（基體為高速鋼、W C。類硬質(zhì)合金、T 1基類金屬陶瓷），滿足高速、高壽命切削加工高強度、高硬度鑄鐵（鋼）、鍛鋼、不銹鋼、鈦合金、鎳合金、鎂合金、鋁合金、粉末冶金、竹木等材質(zhì)工件的生產(chǎn)技術(shù)不同要求。刀具表面改性涂層工藝技術(shù)對于大幅度提高數(shù)控刀具的切削性能， 具有成本低、 見效快的特點， 該工藝技術(shù)可根據(jù)各種切削加工技術(shù)要求， 機動靈活地變換涂層材料， 工藝技術(shù)較優(yōu)。 各廠商正在不斷提高涂層工藝技術(shù)、 改進(jìn)涂層材料及開發(fā)納米級多功能涂層材料，旨在

6、不斷提高涂層結(jié)合牢度、耐磨性、抗沖擊韌性等，盡力擴(kuò)大應(yīng)用范圍。 T 1基類金屬陶瓷（TiCN系）各種機夾可轉(zhuǎn)位車刀、鏈刀、錢刀、銃刀、復(fù)合（組合）孔加工數(shù)控刀具及整體式立（球頭）銑刀、鉸刀等數(shù)控刀具正在應(yīng)用于高強度、高硬度鑄鐵（鋼）合金、鍛鋼合金、淬火鋼合金、耐熱合金、粉末冶金零部件自動生產(chǎn)線上，以滿足高速、高效、硬質(zhì)、干（濕）式精細(xì)機加工技術(shù) 要求。 各廠商正采用添加不同的微量元素及燒結(jié)工藝技術(shù)， 研發(fā)新型金屬陶瓷材料產(chǎn)品，旨在不斷提高其抗彎強度、抗沖擊韌性、耐磨性。日本的金屬陶瓷刀具已經(jīng)占硬質(zhì)合金刀具總量的3 0 %4 0 %。世界上，該類刀具應(yīng)用面也呈迅速擴(kuò)大的趨勢。立方氮化硼聚晶復(fù)合片

7、銑刀（面銑刀、玉米齒立銑刀、球頭立銑刀）、鏜刀、車刀、 鉸刀、 復(fù)合 （組合） 孔加工等數(shù)控刀具 （釬焊、 機夾可轉(zhuǎn)位兩種結(jié)構(gòu)形式）大量應(yīng)用于高強度、高硬度鑄鐵（鋼）合金、鍛鋼合金、淬火鋼合金、粉末冶金等零部件自動生產(chǎn)線上，滿足高速、高效、硬質(zhì)、精細(xì)機加工技術(shù)要求。 A 1 2 O 3、S 1 3 N4基類陶瓷（晶須增韌類）各種機夾可轉(zhuǎn)位車刀、銃刀等數(shù)控刀具應(yīng)用于高強度、高硬度、耐磨鑄鐵（鋼）、鍛鋼、高錳鋼、淬火鋼、粉末冶金、 工程塑料、 耐磨復(fù)合材料等零部件生產(chǎn)線上， 滿足高速、 高效、 硬質(zhì)、干式機加工技術(shù)要求。目前，各廠商通過對A 12 0 3、 S 1 3 N4基類陶瓷材料添加不同微量

8、元素及創(chuàng)新生產(chǎn)工藝技術(shù)， 研發(fā)新型中、 細(xì)顆粒陶瓷材料和功能梯度（多相）陶瓷材料產(chǎn)品，旨在不斷提高其抗彎強度、抗沖擊韌性。3、W、Co類涂層和細(xì)顆粒（超細(xì)顆粒）硬質(zhì)合金材料領(lǐng)城：W、C。類細(xì)（中）顆粒硬質(zhì)合金基體材料為適應(yīng)各種表面改性涂層材料的涂覆工藝技術(shù)要求添加各種微量元素， 滿足于各種機加工工藝技術(shù)對可轉(zhuǎn)位刀片切削性能的要求而發(fā)展的； 超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金基體材料研發(fā)和應(yīng)用分兩個方面： 在電子、信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)用于加工纖維-金屬復(fù)合層板材料工件的微型鉆頭、立銑刀，其基體材料向著高韌性方向發(fā)展， 表面涂覆金剛石薄膜， 以增加刀具表面硬度和耐磨性；模具行業(yè)、飛機、汽輪機、汽車等制造行業(yè)，用于切削加工高

9、強度、 高硬度鑄鐵 （鋼） 、 鍛鋼、 鋁合金 （鑄、 鍛） 、 粉末冶金材料工件的整體式立 （球頭）銃刀、專用擠壓刀具、錢刀（3 0mm（直徑4mm）、鉆頭、復(fù)合（組合）孔加工刀具等數(shù)控刀具，其基體材料向著高硬度、高韌性方向發(fā)展。一般不涂層，多次重磨使用。4、含Co類粉末冶金高速鋼材料領(lǐng)城：以改進(jìn)制粉、熱壓工藝、添加微量元素創(chuàng)新的粉末冶金高速鋼（含C。類）材料,制成各種成形拉刀（整體式、組合式）、高速滾刀、剃（插）齒刀、絲錐、波紋刃立銑刀、成形立銑刀及滾（擠、碾壓）壓刀具，大量應(yīng)用于轎車、摩托車、航空發(fā)動機、汽輪機等制造行業(yè)，加工高強度、高硬度鑄鐵（鋼）合金、合金結(jié)構(gòu)鋼（鍛）、耐熱合金鋼、不

10、銹鋼、整體鋁合金（熱鍛）、高Si-Al 合金材料工件。根據(jù)切削加工技術(shù)不同的要求，其表面分別配涂TiN 、 TiCN 、 TiALN 、CrN、MoS2、Z r C等涂層材料，滿足高速、高效、硬質(zhì)精密機加工技術(shù)要求。數(shù)控刀具材料是較活躍的材料科技領(lǐng)城， 其每一新產(chǎn)品的面市， 會使機加工技術(shù)躍上一個新臺階，各廠商歷來十分重視該領(lǐng)城的研發(fā)科技。三、數(shù)控刀具新結(jié)構(gòu)、新品種科技發(fā)展近況與趨勢1、概述：近年來， 數(shù)控刀具的科技成果主要體現(xiàn)在研發(fā)一刀多切削功能、 提高其刀刃切削性能方面，適應(yīng)高速（超高速）、硬質(zhì)（含耐熱、難加工）、干式、精細(xì)（超精）切削及高效率數(shù)控機加工切削技術(shù)要求。 隨著零件毛坯制造技術(shù)

11、進(jìn)步， 零件毛坯 幾何尺寸及切削余量控制較為精確， 數(shù)控刀具新結(jié)構(gòu)、 新品種的研發(fā)主要集中在輕、中負(fù)荷切削范圍內(nèi)，并以專用孔加工、拉削、滾（擠、碾壓）壓、銑削及車 削等五類刀具的變革較為活躍，配套研發(fā)其相應(yīng)刀片斷屑槽形。2、數(shù)控工具系統(tǒng)：近幾年國際上出現(xiàn)了以HSK ”工具系統(tǒng)逐步替代各廠商研發(fā)的其它各類工具 系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。歐州發(fā)達(dá)國家沿用德國D IN69893 1號HS K工具系 統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，國際標(biāo)準(zhǔn)化組委會為其制定了ISO/DIS標(biāo)準(zhǔn)。HSK工具系統(tǒng)具有動、靜剛度高、定位（迥轉(zhuǎn)）精度好、充許轉(zhuǎn)速高（& 1 5 0 0 0 0 p . r . m） 等特點。既便于規(guī)范工具管理，又總體上節(jié)約了工具

12、費用、降低生產(chǎn)成本。其首 先應(yīng)用于加工中心、數(shù)控鏜銑床，逐漸擴(kuò)大到各類車床（車削中心）、磨床（磨削中心）、數(shù)控專機及數(shù)控加工自動生線上，使用范圍幾乎覆蓋所有刀具領(lǐng)域。3、孔加工刀具類：在刀具門類中， 孔加工刀具是一大家族， 其小改小革層出不窮， 在此就其主要突 出的新結(jié)構(gòu)、新品種簡要分述如下：數(shù)控鉆頭：整體式鉆頭：鉆尖切削刃由對稱直線型改進(jìn)為對稱圓弧型（r = l/2D）,以 增長切削刃、提高鉆尖壽命；鉆芯加厚，提高其鉆體剛度，用 S型橫刃（或螺 旋中心刃）替代傳統(tǒng)橫刃，減小軸向鉆削阻力，提高橫刃壽命；采用不同頂角階 梯鉆尖及負(fù)倒刃，提高分屑、斷屑、鉆孔性能和孔的加工精度；鑲嵌模塊式硬質(zhì)（超硬

13、）材料齒冠；油孔內(nèi)冷卻及大螺旋升角（4 0 ）結(jié)構(gòu)等。最近研制出 整體式細(xì)顆粒陶瓷（S 1 3 N4 ）、T 1基類金屬陶瓷材料鉆頭。機夾式鉆頭：鉆尖采用長方異形專用對稱切削刃、鉆削力徑向自成平衡的可轉(zhuǎn)位 刀片替代其它幾何形狀、鉆削力徑向總體合成平衡的可轉(zhuǎn)位刀片，以減小鉆削振 動，提高鉆尖自定心性能、壽命和孔的加工精度。復(fù)合（組合）孔加工數(shù)控刀具：集合了鉆頭、錢刀、擴(kuò)（物）孔刀及擠壓刀具的新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)，整體式、機夾 式、專用復(fù)合（組合）孔加工數(shù)控刀具研發(fā)速度很快?？傮w而言：采用鑲嵌模塊 式硬質(zhì)（超硬）材料切削刃（含齒冠）及油孔內(nèi)冷卻、大螺旋槽等結(jié)構(gòu)是其目前 發(fā)展趨勢。數(shù)控較刀：大螺旋升角（&

14、4 50）切削刃、無刃擠壓較削及油孔內(nèi)冷卻的結(jié)構(gòu)是其總體發(fā) 展方向，最大較削孔徑己達(dá)（|） 4 0 0 mm。鏈刀：單刃微調(diào)精密鍵刀正被多刃擴(kuò)（物）孔刀、錢刀及復(fù)合（組合）孔加工專用數(shù)控 刀具替代。國外研制出采用工具系統(tǒng)內(nèi)部推拉桿軸向運動或高速離心力帶平衡滑 塊移動，一次走刀完成鏈削球面（曲面）、斜面及反向走刀切削加工零件背面的 數(shù)控智能精密鏈刀，代表了鏈刀發(fā)展方向。絲錐:研發(fā)出大螺旋升角（&4 5。）絲錐，其切削錐視被加工零件材料軟、硬狀況,設(shè)計專用刃傾角、前角等。擴(kuò)（物）孔刀：多刃、配置各種數(shù)控工具柄及模塊式可調(diào)微型刀夾的結(jié)構(gòu)形式是目前擴(kuò)（物）孔刀具發(fā)展方向。4、數(shù)控銃刀類：整體式立銃刀：

15、硬質(zhì)合金立銃刀側(cè)刃采用大螺旋升角（& 6 2 0 ）結(jié)構(gòu)，立銃刀頭部的過中心端刃往往呈弧線（或螺旋中心刃）形、負(fù)刃傾角，增加切削刃長度， 提高了切削平穩(wěn)性、工件表精度及刀具壽命。適應(yīng)數(shù)控高速、平穩(wěn)三維空間銃削 加工技術(shù)的要求。機夾式立銃刀：由各類機夾立銃刀的由可轉(zhuǎn)位刀片 （往往設(shè)有三維斷屑槽形）組 合而成的側(cè)齒、端齒與過中心刃端齒（均為短切削刃），可滿足數(shù)控高速、平穩(wěn) 三維空間銃削加工技術(shù)要求。數(shù)控銃刀均已采計算機輔助設(shè)計、切削摸擬仿真及數(shù)控加工技術(shù)成形制造。機夾式數(shù)控面銃刀：刀體趨向于用輕質(zhì)高強度鋁、鎂合金制造，切削刃采用大前 角、負(fù)刃傾角，可轉(zhuǎn)位刀片（幾何形狀多種）帶有三維斷屑槽形。數(shù)控銃刀、專用復(fù)合孔加工刀具均應(yīng)用了高速退轉(zhuǎn)體動平衡及安全夾固技術(shù)， 一 些高速退轉(zhuǎn)刀體上還應(yīng)用空氣動力學(xué)原理，利用旋風(fēng)冷切削刃，在干式切削加工 時降低切削刃的溫度，提高刀具壽命。5、車刀、切槽、切斷類型車刀發(fā)展了集車端面、外園、仿形、切槽、切斷、倒角加工的一刀多功能車削刀具， 刀片夾緊方式采用鑲嵌式彈性刀體、 切削力自位固定的結(jié)構(gòu)，十分適用和新穎。6、拉削刀具類：在現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)的支持下， 研發(fā)出各種專用外輪廓精密成形、 組合拉刀