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 數控切削加工技術是先進制造技術、特別是先進切削加工制造技術中的一個主要發展領域。數控切削加工機床、數控系統、數控刀具和夾具、工件以及測量系統這五大要素構成了數控切削加工系統。數控加工技術尤其是數控切削加工技術和數控機床的發展,不能脫離數控刀具和精密測量技術和儀器的發展,它們相互依存、相互促進、息息相關。先進的切削加工技術和數控刀具以及先進的數字化測量技術和儀器、裝備及服務推動著數字化制造技術尤其是數字化切削加工技術的發展,裝備與服務還推動著數控機床、數控制造裝備的發展。

數控刀具的發展

高速、高效、復合、高精度、高可靠性及環保是先進切削技術的發展趨勢,也是對數控刀具提出的要求。數控刀具制造技術的發展主要集中在如下幾個方面:刀具材料制造技術、刀具涂層制造技術、刀具結構設計制造技術、連接數控刀具和數控機床的工具系統制造技術以及切削數據庫等相關軟件技術。

·數控刀具材料“對癥下藥”,重視超硬超細材料的開發

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。“對癥下藥”,針對工件的特點開發匹配的特定刀具材質是當今的一個發展趨勢。鈷高速鋼、粉末冶金高速鋼、硬質合金(包括超細顆粒硬質合金)以及陶瓷、金屬陶瓷等材料在數控刀具上得到了迅速推廣和廣泛應用。尤其是數控刀具、可轉位不重磨刀片用硬質合金牌號近年來發展迅速,占主要份額。亞微米級超細顆粒硬質合金材料顯著提高了刀具的切削機械性能。對于復雜成型數控齒輪刀具,鈷高速鋼和粉末高速鋼則大有取代傳統高速鋼的趨勢。隨著有色金屬材料、有機復合材料甚至木材等切削加工需求的增加,尤其是汽車、航空航天、軍工、家具制造業的發展,硅鋁合金、鋁鎂合金、復合蜂窩材料零件以及淬硬工件的加工,推動了聚晶金剛石(PCD)、立方氮化硼(CBN)等超硬刀具材料制造技術的進步。環保要求的提倡,干切削技術和微量冷液卻、低溫氣冷卻技術應運而生,對切削刀具材料(及涂層)的抗高溫性能提出了新要求——優良的高溫紅硬性、高溫抗粘合性、高溫摩擦性能等對實施干切削數控刀具的使用性能至關重要。

·數控刀具涂層發展迅速,新涂層層出不窮

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關鍵技術,符合節約型發展的要求:切削效率顯著提高,刀具性能明顯改善、使用壽命成倍增加,既節省了資源,又降低了成本。近年來,刀具涂層技術發展空前迅猛,新的涂層裝備和涂層材料層出不窮。在傳統的TiN、TiC、TiCN、Al2O3涂層的基礎上,發展了高溫紅硬性更好的TiAlN、TiBN、TiAlBN、CrN、CrC、SN2等新涂層,以及可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展。納米涂層結構在同樣的涂層情況下可顯著提高涂層性能,備受重視。

目前。切削刀具的涂層工藝主要采用化學涂層(CVD)和物理涂層(PVD)二大類。由于物理涂層工作溫度低,對刀具基體強度影響小,保持刀具幾何精度和刃口切削性能好,因此使用較多。成都工具研究所的熱陰極離子鍍技術和設備、西安理工大學和英國合作生產的閉合場非平衡磁控濺射離子鍍及設備,以及德國CemeCon公司的高電離濺射涂層技術和設備,部分反映了當今涂層技術及裝備的現狀和發展趨勢,在高速鋼復雜成型刀具以及硬質合金數控刀具的涂層應用上獲得了很好效果。近年來,上海工具廠和貴陽工具廠分別引進了新型涂層設備,哈一工和PVT、漢江工具和BALZERS也分別成立了聯合涂層中心,以及多家國外公司在國內開設的刀具涂層服務中心推動了國產復雜成型刀具、數控刀具及刀片涂層質量的迅速提高,向國際先進水平進一步靠攏。