机械制造技术论文

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课程论文题目：数控刀具技术现状及发展课程名称：

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数控刀具技术现状及发展

摘要:本文简介现代数控刀具科普性知识和近几年来在刀具材料、结构科技领域里的现状及发展趋势。指出拉削、滚压、搓挤刀具和复合(组合)孔加工数控刀具的创新成果往往会引起机加工观念上的巨大变革，再集成刀具材料及特种数控机床领域的创新科技成果，会产生巨大的社会效益和经济效益。

关键词：数控刀具趋势

1 刀具材料的进展

当前，刀具材料进展的主要特点是：一方面硬质合金取代高速钢成为主要的刀具材料；另一方面超硬刀具材料使用比重大幅增加。

1在硬质合金基体方面。

硬质合金新牌号的开发越来越具有很强的针对性如美国Kennametal公司仅针对不同被加工材料的车削加工牌号就有：加工钢材的KC9110、加工不锈钢的KC9225、加工铸铁的KY1310、加工耐热合金的KC5410、加工淬硬材料的KC5510、加工非铁材料的KY1615，新牌号比原牌号平均可提高切削效率15%～20%。山高公司推出的加工铸铁的TK1000、TK2000新牌号，可提高切削速度20%～30%，而该公司为加工钢件开发的TP3000在重切削、断续切削、大进给的应用中则有很好的可靠性。铸铁和不锈钢是目前两种应用较多的工件材料，然而两者的可加工性有很大的差异，很多公司都开发出了加工这两种材料的专用牌号。如株洲钻石切削刀具股份有限公司开发的黑金刚刀片系列，是专门加工铸铁的硬质合金刀片，包括可干式高速加工灰铸铁的YBD052、可高速加工球墨铸铁的YBD102、可用于中高速或铣削的YBD152 及适用中低速湿式铣削或断续条件下车削的YBD252等牌号。这些新牌号比原有的牌号可提高切削速度30%～40%，使用寿命可提高将近40%～50%。在加工不锈钢方面，瑞典Sandvik公司车削奥氏体不锈钢的GC2015是具有梯度区的抗塑性变形和改进热硬性的基体，加上专为此牌号而设计的TiN-TiN/Al2O3(多层)-TiCN涂层，并对涂层表面进行平滑处理，提高了抗磨料磨损、抗剥落、抗积屑瘤的能力。而韩国KORLOY公司的PC9530为铣削不锈钢的牌号，采用超细颗粒的基体和PVD涂层。在新牌号的开发中重视基体和涂层的优化组合对于适合高速加工的牌号，其基体应有较高抗塑性变形的能力和富钴的表层及抗月牙磨损的涂层；对于适合断续切削的牌号，基体和涂层都要有较好的韧性。Sandvik公司车削铸铁的专用牌号GC3205、GC3210、GC3215为CVD涂层硬质合金，分别用于灰铸铁的高速加工、球墨铸铁的高速加工、各种铸铁的中低速的断续切削加工，这三种牌号分别采用不同的硬质合金基体和不同厚度的Al2O3、MT-TiCN涂层。日本三菱综合材料公司开发的车削铸铁用的UC5105、UC5115硬质合金CVD涂层牌号，前者用于灰铸铁或球墨铸铁的高速连续切削，采用高硬度的基体，后者用于球墨铸铁的不稳定条件加工，采用强韧的基体；两者均涂覆微粒Al2O3和微粒且纤维状的TiCN厚膜。蓝帜集团的BOEHLERIT公司的车削铸铁牌号Casttec LC620H采用强韧基体，可用于断续切削，而Al2O3的表面涂层可减小月牙洼磨损，下面还有一层互锁的中间层提高结合强度，能以400m/min 高速加工灰铸铁。

2在超硬刀具材料方面

随着干切削、硬切削的发展，近年来，国外各公司都推出了陶瓷及超硬刀具材料的新牌号，如Kennametal公司的KY4400陶瓷刀片，是一种适合于硬车削的混合陶瓷材料，在1µm晶粒度的Al2O3基体中加入了TiCN硬材料，以提高刀片的硬度和韧性，适合于精车或半精车硬度达40～67HRC的淬火钢或铸铁。Sandvik公司的CT5005无镍金属陶瓷车刀片，是用于超精加工的新牌号，适用于高效干切削或湿切削。Iscar公司推出了两种超细颗粒硬质合金基体加PVD TiAlN涂层的908、907牌号，前者有高的抗塑性变形的能力，适用于钻孔刀片和车螺纹刀片；后者适用耐热合金、奥氏体不锈钢和淬硬钢的低中速加工。

二、数控刀具新结构、新品种科技发展近况与趋势

1、概述：

近年来，数控刀具的科技成果主要体现在研发一刀多切削功能、提高其刀刃切削性能方面，适应高速(超高速)、硬质(含耐热、难加工)、干式、精细(超精)切削及高效率数控机加工切削技术要求。随着零件毛坯制造技术进步，零件毛坯几何尺寸及切削余量控制较为精确，数控刀具新结构、新品种的研发主要集中在轻、中负荷切削范围内，并以专用孔加工、拉削、滚(挤、碾压)压、铣削及车削等五类刀具的变革较为活跃，配套研发其相应刀片断屑槽形。2、数控工具系统：

近几年国际上出现了以"ＨSＫ"工具系统逐步替代各厂商研发的其它各类工具系统的发展趋势。欧州发达国家沿用德国DIN69893－1号ＨSＫ工具系统标准，国际标准化组委会为其制定了ISO／DIS标准。ＨSＫ工具系统具有动、静刚度高、定位(迥转)精度好、充许转速高(≤150000ｐ．r．ｍ)等特点。既便于规笵工具管理，又总体上节约了工具费用、降低生产成本。其首先应用于加工中心、数控镗铣床，逐渐扩大到各类车床(车削中心)、磨床(磨削中心)、数控专机及数控加工自动生线上，使用范围几乎覆盖所有刀具领域。

3、孔加工刀具类：

在刀具门类中，孔加工刀具是一大家族，其小改小革层出不穷，在此就其主要突出的新结构、新品种简要分述如下：

● 数控钻头：整体式钻头：钻尖切削刃由对称直线型改进为对称圆弧型(r＝1／2D)，以增长切削刃、提高钻尖寿命；钻芯加厚，提高其钻体刚度，用"S"型横刃(或螺旋中心刃)替代传统横刃，减小轴向钻削阻力，提高横刃寿命；采用不同顶角阶梯钻尖及负倒刃，提高分屑、断屑、钻孔性能和孔的加工精度；镶嵌模块式硬质(超硬)材料齿冠；油孔内冷却及大螺旋升角(≤40°)结构等。最近研制出整体式细颗粒陶瓷(Si3N4)、Ｔi基类金属陶瓷材料钻头。

机夹式钻头：钻尖采用长方异形专用对称切削刃、钻削力径向自成平衡的可转位刀片替代其它几何形状、钻削力径向总体合成平衡的可转位刀片，以减小钻削振动，提高钻尖自定心性能、寿命和孔的加工精度。

● 复合(组合)孔加工数控刀具：集合了钻头、铰刀、扩(锪)孔刀及挤压刀具的新结构、新技术，整体式、机夹式、专用复合(组合)孔加工数控刀具研发速度很快。总体而言：采用镶嵌模块式硬质(超硬)材料切削刃(含齿冠)及油孔内冷却、大螺旋槽等结构是其目前发展趋势。

● 数控铰刀：大螺旋升角(≤45°)切削刃、无刃挤压铰削及油孔内冷却的结构是其总体发展方向，最大铰削孔径己达φ≤400ｍｍ。

● 镗刀：单刃微调精密镗刀正被多刃扩(锪)孔刀、铰刀及复合(组合)孔加工专用数控刀具替代。国外研制出采用工具系统内部推拉杆轴向运动或高速离心力带平衡滑块移动，一次走刀完成镗削球面(曲面)、斜面及反向走刀切削加工零件背面的数控智能精密镗刀，代表了镗刀发展方向。

● 丝锥：研发出大螺旋升角(≤45°)丝锥，其切削锥视被加工零件材料软、硬状况，设计专用刃倾角、前角等。

● 扩(锪)孔刀：多刃、配置各种数控工具柄及模块式可调微型刀夹的结构形式是目前扩(锪)孔刀具发展方向。

4、数控铣刀类：

整体式立铣刀：硬质合金立铣刀侧刃采用大螺旋升角(≤62°)结构，立铣刀头部的过中心端刃往往呈弧线(或螺旋中心刃)形、负刃倾角，增加切削刃长度，提高了切削平稳性、工件表精度及刀具寿命。适应数控高速、平稳三维空间铣削加工技术的要求。机夹式立铣刀：由各类机夹立铣刀的由可转位刀片(往往设有三维断屑槽形)组合而成的侧齿、端齿与过中心刃端齿(均为短切削刃)，可满足数控高速、平稳三维空间铣削加工技术要求。数控铣刀均已采计算机辅助设计、切削摸拟仿真及数控加工技术成形制造。机夹式数控面铣刀：刀体趋向