数控刀具技术的发展现状

近年来，数控刀具技术发展主要体现在研发一刀多切削功能、提高其切削刃切削性能方面，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床加工切削技术要求，高速、高效、复合、高精度、高可靠性是先进切削技术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：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等方面。

（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，尤其是刀具切削效率和可靠性的基础。“对症下药”是指针对工件的特点（材料性能、加工余量、批量、要求等）开发匹配的特定材质的刀具，新材料刀具的研发是现代数控刀具一个重要的发展趋势。例如粉末冶金高速钢、钴高速钢、超细颗粒硬质合金及陶瓷、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，尤其是以硬质合金为材质的可转位不重磨刀片近年来发展迅速，在数控刀具应用中占主要份额。其次是随着有色金属材料、有机复合材料甚至木材等切削加工需求的增加，特别是汽车、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。第三是环保要求的提倡，干切削技术和微量冷却、低温气冷技术应运而生，对切削刀具材料（及涂层）的抗高温性能提出了新要求——优良的高温热稳定性、高温抗黏合性、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）数控刀具涂层发展迅速，新涂层层出不穷 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。涂层刀具相对普通刀具切削效率提高显著，刀具性能改善明显，使用寿命成倍增加，既节省了资源，又降低了成本。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。在传统的TiN、TiC、TiCN、Al₂O₃涂层的基础上，发展了高温热稳定性更好的TiAlN、TiBN、TiAlBN、CrN、CrC、SN₂等新涂层，以及可改善自润滑性能的软涂层MoS₂。金刚石涂层、类金刚石涂层及立方氮化硼涂层等也得到了快速发展。纳米涂层在同样的涂层情况下可显著提高涂层性能，备受重视。

目前，切削刀具的涂层工艺主要采用化学涂层（Chemical Vapor Deposition，CVD）和物理涂层（Physical Vapor Deposition，PVD）两大类。由于物理涂层工作温度低，对刀具基体强度影响小，保持刀具几何精度和刃口切削性能好，因此使用较多。

（3）数控刀具和工具系统向高速、复合切削方向发展 数控刀具和可转位数控刀片结构及几何参数的创新优化设计，如新型精密成型的断屑槽型的开发，有效地改善了刀具的切削性能。近年来，数控组合刀具和复合刀具的开发步伐加快，如波状切削刃粗切滚刀和精切滚刀组合、齿轮滚刀和去毛刺刀具组合均使滚削加工效率得到了提高。为了适应复合车铣加工中心的要求，即在工件一次安装中完成平面、圆柱面、孔及螺纹切削加工的要求，开发了满足车铣自动换刀的新型数控刀具和刀柄。(www.xing528.com)

工具系统是连接数控刀具与数控机床主轴，传递切削运动和动力的接口部件。随着高速高效加工技术发展，传统的采用单面（锥面）约束夹紧、带7∶24锥度的工具系统已经不能满足要求，而HSK工具系统（带有1∶10锥面）得到了推广应用。它采用双面（锥面和端平面）约束夹紧原理，接触刚度和传递扭矩大大提高，具有定位（回转）精度好、允许转速高（≤150000r/min）等特点，使其在高速数控加工设备得到了广泛的应用。

（4）刀具结构设计制造技术发展 近年来，高速切削技术应用和发展给数控刀具结构及其制造技术带来了重大的影响，三维参数化设计技术、基于单元刀具的设计方法、有限元分析方法等新技术在数控刀具设计与分析中得到了广泛应用，推进了可转位刀具设计技术的发展，极大地加快了刀片三维断屑槽形开发，使可转位刀具在车削、铣削、钻削等加工方面得到迅速的发展，同时也使刀杆结构设计得到极大优化、切削负荷分布更加合理。

CIRP（国际生产工程研究学会）曾公布一项研究报告指出“由于刀具材料的改进，刀具的切削速度每隔十年提高一倍；而由于刀具结构和几何参数的改进，刀具的使用寿命每隔十年几乎提高两倍”。采用新型刀具材料可以提高刀具的切削性能，而优化刀具切削部分的几何形状则能充分发挥新型材料的威力。

对于数控切削加工系统而言，必须重视数控刀具制造技术的发展，重视切削机理、数控刀具的设计、材料、制造工艺、刃口强化技术、表面强化技术、数控刀具检测技术以及数控刀具切削数据库等数控刀具制造全过程的技术发展和质量管理。采用先进信息技术，将数控刀具制造闭环系统中各个环节（包括应用）的信息进行集成、分析、诊断、反馈，以提高制造质量和水平，这对于数控刀具制造技术的发展至关重要，对数控切削加工技术的发展也至关重要。