日本切削技術(shù)和刀具的發(fā)展動(dòng)向
日本的生產(chǎn)技術(shù)雖然在世界上處于領(lǐng)先地位欣挠，但面對(duì)經(jīng)濟(jì)全球化苦频、技術(shù)的快速發(fā)展以及激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，為了保持其優(yōu)勢(shì)地位，日本的機(jī)械制造業(yè)和工具行業(yè)正在制訂新的企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略孟掺，大力發(fā)展先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和新型機(jī)床及工具系統(tǒng)效荷。目前，正重點(diǎn)發(fā)展CNC多功能復(fù)合切削加工喂搬、高速銑削加工密士、超精密/微細(xì)切削加工等先進(jìn)技術(shù)以及與此相適應(yīng)的機(jī)床和工具系統(tǒng)。
1．可簡(jiǎn)化工序提高效率的CNC多功能復(fù)合切削技術(shù)
CNC多功能復(fù)合切削用機(jī)床由加工中心和刀具主軸可作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)塔式刀架構(gòu)成熙拐，具有刀具旋轉(zhuǎn)孙般、分度和自動(dòng)換刀等多種功能。因此搏翎，當(dāng)進(jìn)行車削加工時(shí)谊蚣，由于機(jī)床具有刀具旋轉(zhuǎn)和多軸控制功能，能在一道工序完成多種形狀的加工沐恨，從而可簡(jiǎn)化加工工序物忠，實(shí)現(xiàn)工序的集約化。在切削加工模具零件時(shí)狡忙，可在一道工序中完成過去需數(shù)道工序才能完成的金屬模具各種孔梳虽、溝槽和三維形狀型腔及陽(yáng)模的加工，不僅簡(jiǎn)化了工序灾茁，還能減少多次裝夾工件產(chǎn)生的誤差窜觉，實(shí)現(xiàn)高精度高效率加工，減少生產(chǎn)場(chǎng)地面積北专。多種CNC多功能復(fù)合刀具及專用設(shè)備工具系統(tǒng)在市場(chǎng)已有銷售禀挫。近年來(lái)正積極開展工具系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，如可與加工中心通用的拓颓、以HSK刀柄為基礎(chǔ)的工具系統(tǒng)已納入ISO標(biāo)準(zhǔn)化研究工作中语婴。這些工具系統(tǒng)能夠適應(yīng)可充分發(fā)揮多軸控制功能的多種形狀加工，也能實(shí)現(xiàn)工具種類的集約化驶睦。與過去的工具系統(tǒng)功能不同的新型工具系統(tǒng)正在不斷面市砰左。
但是，CNC多功能復(fù)合切削加工還是一門較新的技術(shù)场航，仍有許多課題需要研究缠导，如完善多軸控制CNC程序，工具系統(tǒng)的開發(fā)呼笨，適用的加工形狀恋晃，加工精度的提高，刀具的選擇方法和使用技術(shù)等肪吁。例如陷立，需要研究開發(fā)利用刀具的三維形狀數(shù)據(jù)來(lái)模擬判定機(jī)械干涉的功能肥寺，通過復(fù)雜動(dòng)作多軸控制切削預(yù)測(cè)，能夠防止刀具與夾具等發(fā)生干涉柱炼。此外癣偶，需要構(gòu)建最佳刀具的選擇、開發(fā)以及刀具軌跡和切削條件等數(shù)據(jù)庫(kù)据滑，形成高新加工技術(shù)。
2．高速銑削加工技術(shù)
高速銑削加工是一種在小切深垢蔑、高轉(zhuǎn)速培晓、快進(jìn)給條件下進(jìn)行銑削的加工方法。由于切削刃所承受的切削力小菩擦，因此是易產(chǎn)生加工變形的薄壁零件及高硬鋼件等的最佳切削方式廓握。高速銑削是突破了對(duì)常規(guī)切削中刀具選擇和切削條件的認(rèn)識(shí)而開創(chuàng)的一種新的切削領(lǐng)域。在合理設(shè)定切深量的高速銑削中嘁酿，切削速度的提高降低了刀具切削刃與工件切削點(diǎn)的熱影響隙券，有利于延長(zhǎng)刀具使用壽命，顯著改善已加工面表面粗糙度闹司，提高零件加工精度娱仔。
試驗(yàn)證明，在小切深游桩、快進(jìn)給條件下用涂層硬質(zhì)合金立銑刀高速銑削高硬鋼時(shí)牲迫，刀具切削刃的切削軌跡能真實(shí)復(fù)映在已加工表面上，從而可獲得接近理論粗糙度的優(yōu)質(zhì)表面借卧。因此盹憎，在加工高硬度鋼件時(shí)，高速銑削條件與最佳刀具切削軌跡的合理組合是實(shí)現(xiàn)以銑代磨的關(guān)鍵铐刘。
在推廣應(yīng)用高速銑削加工的同時(shí)陪每，切削加工技術(shù)也不斷朝著更高的水平發(fā)展，通過進(jìn)一步優(yōu)化CAD/CAM镰吵，生成更高水準(zhǔn)的NC數(shù)據(jù)檩禾，可開發(fā)出更先進(jìn)的切削刀具和工具系統(tǒng)。
3．超精密/微細(xì)切削加工技術(shù)
用于電子設(shè)備恃打、醫(yī)療器械等領(lǐng)域的高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)倍受關(guān)注钟唯，加工這些產(chǎn)品需要應(yīng)用超精密/微細(xì)切削加工技術(shù)。根據(jù)上述需求開發(fā)的CNC超高速加工中心在3根主軸上各裝有2臺(tái)線性電機(jī)市缠，分別作相對(duì)運(yùn)動(dòng)（控制加速度）以抑制驅(qū)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)焚痰。主軸上裝有φ0.1mm以下的微型刀具，其轉(zhuǎn)速達(dá)到120000～200000r/min羔辉，主軸采用空氣靜壓軸承盯萄，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)能將推力方向的熱位移控制在亞微米范圍內(nèi)，以確保微型刀具實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高精度切削。微型刀具自動(dòng)裝卸系統(tǒng)在刀夾入口處的夾持精度可保持在1μm以下用牲，此外還配置有刀具自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)塌纯，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的連續(xù)切削加工。為了充分發(fā)揮CNC超高速加工中心的功能勋酿，立銑刀等刀具的微型化及長(zhǎng)壽命的切削性能至關(guān)重要隆肪。目前的發(fā)展現(xiàn)狀是：涂層硬質(zhì)合金立銑刀和CBN立銑刀的最小直徑已達(dá)到φ0.1mm。由于微細(xì)切削加工零件很難進(jìn)行修正博个，因此要求所用刀具應(yīng)具有較長(zhǎng)工作壽命怀樟，可以預(yù)見，具有長(zhǎng)壽命特性的CBN立銑刀的應(yīng)用今后將不斷擴(kuò)大盆佣。
4．新型刀具涂層材料
上世紀(jì)90年代中期開發(fā)成功的（Ti往堡，Al）N涂層硬質(zhì)合金刀具對(duì)高速切削加工和高硬材料加工作出了重要貢獻(xiàn)，但這些涂層在抗高溫?cái)U(kuò)散性能共耍、潤(rùn)滑性能等方面還不夠理想虑灰。最近，研發(fā)成功了號(hào)稱跨世紀(jì)水平的CrSiN痹兜、TiSiN穆咐、TiBON等新型刀具涂層材料。
日本的島順彥等開發(fā)了添加B字旭、O元素的TiBON系列涂層材料庸娱，與（Ti，Al）N涂層相比谐算，其涂層刀具的前刀面在高溫下鐵元素?cái)U(kuò)散極少熟尉，顯示出優(yōu)良的潤(rùn)滑性能，切屑不粘刀佳抗；在富氧氛圍中使用TiBON涂層硬質(zhì)合金刀具時(shí)坠街，涂層的潤(rùn)滑效果更為顯著，延長(zhǎng)了刀具使用壽命灵科，這是因?yàn)樵诟谎醴諊猩傻难趸锞哂辛己脻?rùn)滑性能的結(jié)果墅失。這種利用富氧氛圍生成氧化物以消除或減少粘刀，延長(zhǎng)刀具壽命和提高加工質(zhì)量的方法適用于鈦合金及718鎳鉻鐵耐熱合金的切削加工揭轰。在富氧氛圍和不加冷卻液條件下筑渴，用TiBON涂層硬質(zhì)合金立銑刀加工718鎳鉻鐵耐熱合金時(shí)，取得了改善粘刀和減少刀具磨損的良好效果少炎。
1．可簡(jiǎn)化工序提高效率的CNC多功能復(fù)合切削技術(shù)
CNC多功能復(fù)合切削用機(jī)床由加工中心和刀具主軸可作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)塔式刀架構(gòu)成熙拐，具有刀具旋轉(zhuǎn)孙般、分度和自動(dòng)換刀等多種功能。因此搏翎，當(dāng)進(jìn)行車削加工時(shí)谊蚣，由于機(jī)床具有刀具旋轉(zhuǎn)和多軸控制功能，能在一道工序完成多種形狀的加工沐恨，從而可簡(jiǎn)化加工工序物忠，實(shí)現(xiàn)工序的集約化。在切削加工模具零件時(shí)狡忙，可在一道工序中完成過去需數(shù)道工序才能完成的金屬模具各種孔梳虽、溝槽和三維形狀型腔及陽(yáng)模的加工，不僅簡(jiǎn)化了工序灾茁，還能減少多次裝夾工件產(chǎn)生的誤差窜觉，實(shí)現(xiàn)高精度高效率加工，減少生產(chǎn)場(chǎng)地面積北专。多種CNC多功能復(fù)合刀具及專用設(shè)備工具系統(tǒng)在市場(chǎng)已有銷售禀挫。近年來(lái)正積極開展工具系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，如可與加工中心通用的拓颓、以HSK刀柄為基礎(chǔ)的工具系統(tǒng)已納入ISO標(biāo)準(zhǔn)化研究工作中语婴。這些工具系統(tǒng)能夠適應(yīng)可充分發(fā)揮多軸控制功能的多種形狀加工，也能實(shí)現(xiàn)工具種類的集約化驶睦。與過去的工具系統(tǒng)功能不同的新型工具系統(tǒng)正在不斷面市砰左。
但是，CNC多功能復(fù)合切削加工還是一門較新的技術(shù)场航，仍有許多課題需要研究缠导，如完善多軸控制CNC程序，工具系統(tǒng)的開發(fā)呼笨，適用的加工形狀恋晃，加工精度的提高，刀具的選擇方法和使用技術(shù)等肪吁。例如陷立，需要研究開發(fā)利用刀具的三維形狀數(shù)據(jù)來(lái)模擬判定機(jī)械干涉的功能肥寺，通過復(fù)雜動(dòng)作多軸控制切削預(yù)測(cè)，能夠防止刀具與夾具等發(fā)生干涉柱炼。此外癣偶，需要構(gòu)建最佳刀具的選擇、開發(fā)以及刀具軌跡和切削條件等數(shù)據(jù)庫(kù)据滑，形成高新加工技術(shù)。
2．高速銑削加工技術(shù)
高速銑削加工是一種在小切深垢蔑、高轉(zhuǎn)速培晓、快進(jìn)給條件下進(jìn)行銑削的加工方法。由于切削刃所承受的切削力小菩擦，因此是易產(chǎn)生加工變形的薄壁零件及高硬鋼件等的最佳切削方式廓握。高速銑削是突破了對(duì)常規(guī)切削中刀具選擇和切削條件的認(rèn)識(shí)而開創(chuàng)的一種新的切削領(lǐng)域。在合理設(shè)定切深量的高速銑削中嘁酿，切削速度的提高降低了刀具切削刃與工件切削點(diǎn)的熱影響隙券，有利于延長(zhǎng)刀具使用壽命，顯著改善已加工面表面粗糙度闹司，提高零件加工精度娱仔。
試驗(yàn)證明，在小切深游桩、快進(jìn)給條件下用涂層硬質(zhì)合金立銑刀高速銑削高硬鋼時(shí)牲迫，刀具切削刃的切削軌跡能真實(shí)復(fù)映在已加工表面上，從而可獲得接近理論粗糙度的優(yōu)質(zhì)表面借卧。因此盹憎，在加工高硬度鋼件時(shí)，高速銑削條件與最佳刀具切削軌跡的合理組合是實(shí)現(xiàn)以銑代磨的關(guān)鍵铐刘。
在推廣應(yīng)用高速銑削加工的同時(shí)陪每，切削加工技術(shù)也不斷朝著更高的水平發(fā)展，通過進(jìn)一步優(yōu)化CAD/CAM镰吵，生成更高水準(zhǔn)的NC數(shù)據(jù)檩禾，可開發(fā)出更先進(jìn)的切削刀具和工具系統(tǒng)。
3．超精密/微細(xì)切削加工技術(shù)
用于電子設(shè)備恃打、醫(yī)療器械等領(lǐng)域的高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)倍受關(guān)注钟唯，加工這些產(chǎn)品需要應(yīng)用超精密/微細(xì)切削加工技術(shù)。根據(jù)上述需求開發(fā)的CNC超高速加工中心在3根主軸上各裝有2臺(tái)線性電機(jī)市缠，分別作相對(duì)運(yùn)動(dòng)（控制加速度）以抑制驅(qū)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)焚痰。主軸上裝有φ0.1mm以下的微型刀具，其轉(zhuǎn)速達(dá)到120000～200000r/min羔辉，主軸采用空氣靜壓軸承盯萄，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)能將推力方向的熱位移控制在亞微米范圍內(nèi)，以確保微型刀具實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高精度切削。微型刀具自動(dòng)裝卸系統(tǒng)在刀夾入口處的夾持精度可保持在1μm以下用牲，此外還配置有刀具自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)塌纯，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的連續(xù)切削加工。為了充分發(fā)揮CNC超高速加工中心的功能勋酿，立銑刀等刀具的微型化及長(zhǎng)壽命的切削性能至關(guān)重要隆肪。目前的發(fā)展現(xiàn)狀是：涂層硬質(zhì)合金立銑刀和CBN立銑刀的最小直徑已達(dá)到φ0.1mm。由于微細(xì)切削加工零件很難進(jìn)行修正博个，因此要求所用刀具應(yīng)具有較長(zhǎng)工作壽命怀樟，可以預(yù)見，具有長(zhǎng)壽命特性的CBN立銑刀的應(yīng)用今后將不斷擴(kuò)大盆佣。
4．新型刀具涂層材料
上世紀(jì)90年代中期開發(fā)成功的（Ti往堡，Al）N涂層硬質(zhì)合金刀具對(duì)高速切削加工和高硬材料加工作出了重要貢獻(xiàn)，但這些涂層在抗高溫?cái)U(kuò)散性能共耍、潤(rùn)滑性能等方面還不夠理想虑灰。最近，研發(fā)成功了號(hào)稱跨世紀(jì)水平的CrSiN痹兜、TiSiN穆咐、TiBON等新型刀具涂層材料。
日本的島順彥等開發(fā)了添加B字旭、O元素的TiBON系列涂層材料庸娱，與（Ti，Al）N涂層相比谐算，其涂層刀具的前刀面在高溫下鐵元素?cái)U(kuò)散極少熟尉，顯示出優(yōu)良的潤(rùn)滑性能，切屑不粘刀佳抗；在富氧氛圍中使用TiBON涂層硬質(zhì)合金刀具時(shí)坠街，涂層的潤(rùn)滑效果更為顯著，延長(zhǎng)了刀具使用壽命灵科，這是因?yàn)樵诟谎醴諊猩傻难趸锞哂辛己脻?rùn)滑性能的結(jié)果墅失。這種利用富氧氛圍生成氧化物以消除或減少粘刀，延長(zhǎng)刀具壽命和提高加工質(zhì)量的方法適用于鈦合金及718鎳鉻鐵耐熱合金的切削加工揭轰。在富氧氛圍和不加冷卻液條件下筑渴，用TiBON涂層硬質(zhì)合金立銑刀加工718鎳鉻鐵耐熱合金時(shí)，取得了改善粘刀和減少刀具磨損的良好效果少炎。
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