探讨近年我国数控刀具的发展

【编者按】全球机械加工工业市场，机床市场和切削刀具工业。国内外金属切削刀具行业的差异。国外金属切削刀具的现状和发展态势。

一、全球机械加工工业市场，机床市场和切削刀具工业

    全球机械加工工业市场变得既活跃又具有过度的全球竞争性。在贸易和技术的频繁往来之中，发达国家与发展中国家在竞争能力上的差别也日趋混同。同时，对产品的低成本、高性能、高品质、更快捷的交货期的需求，使新产品和新技术的发展有了史无前例的发展速度和空间。

    在近年来，金属切削和金属成型机床的消费市场从390亿美元减少到360亿美元，其原因之一是加工中心的广泛使用。在美国加工中心的拥有量由20世纪80年代初的11%提高到现在的25%，在世界范围内，预期在1998年到2005年将由45亿美元可望达到66亿美元。在此同时，传统的铣削机床市场预计在同期内将从16亿美元下降到15亿美元。在未来的十年中，超过50%的制造业的加工需求可能将由加工中心来完成。

    在2000年，许多刀具制造商都发现硬质合金刀具需求量的增长超过40%以上。这种增长可能标志着HSS刀具越来越多地在许多制造领域内被硬质合金刀具取代而失去了往日的辉煌。

二、 1. 现代金属切削刀具与传统工具的对比分析

    我们称谓的“数控刀具”，特指与加工中心、数控车床、数控镗铣床、数控钻等先进高效的CNC制造系统相配套使用的刀具和工具辅具系统。它包括整体合金刀具、超硬刀具、可转位刀片、工具辅助系统、可转位刀具、超硬材料及涂层技术等。这些应属于现代金属切削刀具范畴，其技术水平、性能和质量直接影响到国内数百万台昂贵的CNC制造系统的生产效率和加工产品质量的好坏，直接影响到整个国家机械制造工业的生产技术水平和经济效益

三、国外金属切削刀具的现状和发展态势

 1. 切削工具材料和涂层技术

    不同种类的切削工具材料都有所进步，包括高速工具钢、硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、聚晶立方氮化硼（PCBN）和聚晶金刚石（PCD）。高速工具钢（HSS）是高韧性的刀具材料，能制作成其他材料不能制作的各种复杂几何形状和尺寸的锋利切削刀具。而高耐磨性的CBN和PCD超硬材料则适用于高速、小进给量加工。介于上述两种材料之间的是硬质合金、金属陶瓷和陶瓷刀具材料，这些材料广泛使用于各种切削速度和进刀量需求的加工工业领域。

    与刀具材料同步发展的还有化学涂层CVD和物理涂层PVD技术，如今几乎75%的硬质合金刀具为涂层刀具，其中CVD涂层约80%。

    当代CVD涂层的特点是多层涂层。其涂层结构包括TiCN、TiC、TiN、ZnCN和Al2O3。通过对CVD工艺的良好控制，刀具制造商现在可提供质量稳定的从5μm到20μm厚度的涂层刀具，以及用于高硬度材料工件加工的单层涂层厚度不超过0.2μm的多层涂层合金刀具。

    切削工具制造商正通过开发像MoS2或者WC/C这样的固体润滑剂来满足这一需要。当与PVD TiAlN涂层刀具和固体润滑剂结合使用时，能显著的提高金属切削的性能，尤其是对于钢和铝合金进行钻孔和攻丝的加工。

    如今的超耐磨切削刀具，金刚石刀具用于有色金属，CBN刀具用于黑色金属的高速切削和磨削已成为大量的典范。尽管其刀具采购成本高于传统工具的20到50倍，但因其至少具有比其它刀具长100倍的使用寿命，采用此类超耐磨刀具也是相当合算的。

 2．切削刀具的设计

    高速加工的使用者要求经过动平衡的切削刀具，以便减少调整刀具平衡的时间，延长刀具使用寿命，改进被加工零件的精度以及增加主轴轴承的寿命。

    钻削、镗削工具系统也在不断的改进和发展。可更换钻头合金刀片已成趋势。因钻尖磨损后钻头无需从刀架上卸下也可更换切削刃。现在市场已可以提供直径小到0.5英寸的这类钻头。目前工具制造商正在制造直径为0.25英寸的此类钻头。带有0.5微米调整机构的高速精密微调镗刀系统也已进入市场。

    对于高的金属去除率的钛金属类加工，新开发的重切削立铣刀可安装多达72个可转位刀片。这种刀具在设计上通过各个刀片的搭接提供各种变化多样的刀具螺旋角和轴向刃倾度。这种变化扰乱了切削加工时的共振，从而可以无共振地进行深度的铣削加工。

 3．工具系统结构

    制造商对HSK工具系统支持高速机械加工的运用越来越感兴趣。虽然这种工具系统最初十分昂贵，但HSK似乎能够提高系统的刚性和稳定性以及在高速加工时的产品精度，并缩短刀具更换的时间。工具供应商正在不断地改进HSK工具系统，使其适应机床主轴转速达到60000r/min。

 4．刀具质量与精度

    在20年前，CNC机床达到25μm的精度被视为极限。如今机床制造精度接近原来精度值的1/10已经不困难。与此同时，SPC控制和在线检测对解决被加工零件质量的一致性起到了很好的控制作用。在零部件装配时不再需要根据零件加工误差进行分组选配。据报道高精密机床及被其加工的精密产品在过去的20年中对驱动美国生产力的提高起到了决定性的作用。虽然很多因素对于加工精度的重大改进有重大的贡献，但是在进一步提升制造业的精度水平中，数据收集、计量设备、工序过程标准化的应用等已经起到关键的作用。

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