数控刀具和数字化精密量具量仪的发展

数控刀具和数字化精密量具量仪的发展——数控切削技术发展的两个车轮——谢华锟1姜华21成都工具研究所2四川大学宁江机床集团1序言数控切削加工技术是先进制造技术、特别是先进切削加工制造技术中的一个主要发展领域。数控切削加工机床、数控系统、数控刀具、夹具和工件、以及测量系统，这五大要素构成了数控切削加工系统。（图）形象地比喻：数控刀具是数控机床的牙齿，精密测量仪器是数控机床的眼睛；抽象地比喻：他们是数控切削技术发展车的两个车轮。（图）数控加工技术尤其是数控切削加工技术和数控机床的发展，绝对不能脱离数控刀具和精密测量技术和仪器的发展！它们相互促进、息息相关。先进的切削加工技术和数控刀具以及先进的数字化测量技术和仪器，装备、服务、推动着数字化制造技术尤其是数字化切削加工技术的发展，装备、服务、推动着数控机床、数控制造装备的发展。

2数控刀具的发展高速、高效复合、高精度、高可靠性及环保，是先进切削技术的发展趋势、也是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：（图）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，以及切削数据库等相关软件技术。2．1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。针对工件的特点（材料性能、加工余量、批量、要求等），开发匹配的特定刀具材质，“对症下药”，是当今的一个发展趋势。（图）钴高速钢、粉末冶金高速钢、硬质合金（包括超细颗粒硬质合金）、以及陶瓷、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。尤其是数控刀具、可转位不重磨刀片用硬质合金牌号近年来有快速的发展，占有主要份额。亚微米级超稀颗粒硬质合金材料显著提高了刀具的切削机械性能（强度、硬度）。对于复杂成型数控齿轮刀具，钴高速钢和粉末高速钢则大有取代传统高速钢的趋势。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，尤其是汽车（气缸体、气缸盖、活塞等）、航空航天、军工、家具制造业的发展，硅铝合金、铝镁合金、复合蜂窝材料零件以及淬硬工件的加工，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。环保要求的提倡，干切削技术和微量液冷却、低温气冷却技术应运而生，对切削刀具材料（及涂层）的抗高温性能提出了新要求——优良的高温红硬性、高温抗粘合性、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。2．2数控刀具涂层发展迅速，新涂层层出不穷切削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，尤其符合节约型发展的要求：效果显著而节省资源，事半而功倍。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。（图）在传统的TiN,TiC,TiCN,Al2O3涂层的基础上，发展了高温红硬性更好的TiAlN,TiBN,以及TiAlBN,CrN,CrC,SN2等新涂层，还有改善自润滑性能的软涂层MoS2。金刚石涂层、类金刚石涂层DCL以及CBN涂层等也得到了快速的发展。纳米涂层结构在同样涂层情况下，显著提高了涂层性能，备受重视（图）。目前在切削刀具涂层工艺中，主要采用的是化学涂层（CVD）和物理涂层（PVD）二大类涂层技术和装备。由于物理涂层工作温度低，对刀具基体强度影响小，使用较多。成都工具研究所的热阴极离子镀（图）、英国技术、由西安理工大学和英国合作生产的闭合场非平衡磁控溅射离子镀（图），以及德国CemeCon公司的高电离溅射涂层技术和装备，（图）反映了当今涂层技术的一个发展方向——形成纳米量级的光滑涂层表面。在高速钢类齿轮刀具以及硬质合金数控刀具的应用上都得到不错的效果。上工贵工进口了新型涂层设备，哈一工和PVT、汉江工具和BALZERS成立联合涂层中心，促进了国产数控刀具涂层水平的进一步提高。材料学科的重要性在数控刀具的发展上得到充分的显现。刀具基体和涂层的优化匹配至关重要。为此，株洲硬质合金厂及下属株洲钻石切削刀具公司近年投资数亿，进行技术引进改造，在硬质合金新材料牌号、涂层技术及设备、可转位数控刀片和整体硬质合金数控刀具的开发和生产线的建立上，取得明显成效。2．3数控刀具和工具系统，满足高速、复合切削的要求在数控刀具和可转位数控刀片的结构设计上，值得一提的是新型精密成型的断屑槽型的开发，它有效的改善了刀具的切削性能。近年复合刀具的出现更是数控刀具发展的一个典型。以齿轮刀具为例，（图）波状切削刃滚刀使粗滚切削变得更轻快，复合齿轮刀具，一次完成滚齿和去毛刺工序（图）。数控刀具结构和几何参数的创新优化设计，进一步提高了切削性能。为适应CNC复合车加工中心在工件一次安装中，完成平面、圆柱面、孔以及螺纹切削加工的要求，新型的、满足车铣自动换刀的数控刀柄得以开发（图）。株洲钻石投资引进技术、上工和SU的合作，将进一步提高我国数控刀具和齿轮刀具的设计制造水平。舒工具越系统脱将数秤控刀罢具和贝数控白机床茂主轴养精密鼻牢固穷连接屈，传愿递切近削运揉动和贸动力不。对紫于高脾速高劲效加顾工，察传统读的单昌面（弱锥面捆）约沫束夹滚紧的藏、带烫有7碎：2吵4锥脆的工衬具系计统已粪经不墙能满墙足要斑求，践HS扰K工捷具系寄统（贞带有蚊1：扮10私的锥惰面）炉得到独了推萝广应乱用（牢图饿）。华它采遣用双桌面（疾锥面施和端秆平面湿）约陈束夹广紧的状原理古，接新触刚剖度大庄大提汁高，交传递元扭矩袋大大公提高圣，近察年在敢国内奥推广你实施颤有所尽进展翠，但还是主驰要在魔进口辣机床歉上配劣套使龟用。较关键优在于个机床腐主轴翁制造筐和工聚具系朱统制挂造中捏，基炕准的桌建立怖和传如递、占计量牺检测脉装备般和手论段的贯配备谨。日弹本大见昭和钱精机埋开发岂了带妄有7婆：2相4锥草的双缓面（显锥面牲和端订平面的）约衣束夹雄紧工浊具系码统，来达到昼相似粥的效急果，搞还能零与传顽统7欧：2扫4锥霞柄刀案具互革换（椒图泻）。浆近年幸哈尔薪滨量枕具刃蛙具厂残收购薄了德凤国K砍EL露CH橡公司姓，吸角纳了自先进婚的数势控工玉具系条统成嘱套制注造技蚊术（古设计杠、加猜工制货造、河检测毛、工执作基李准规坏等）栋，将炒会推亩动并液加快润我国筒数控辅工具助系统示开发牲制造寄的进窝程。胃2．围4扁数控推刀具驻测量追仪器姜和数少控刀服具闭仅环制与造系渐统督为确溪保高革切削生性能蛛、高足精度牙、形崭状和取结构够复杂逢的数允控刀池具的助质量铲，数草控刀乏具检嗓测仪丽器得曾到重狂视。蹈如德镰国Z炕ol朝le忌r公编司的刑Sa煌tu翁rn允系列潜CC刮D数鹅控刀浴具预在调仪滴（影图级）、顺Sc雅he订nc废k公锯司的薄To蹄ol谨dy生ne程SV谜数控世刀具柿动平骂衡检箱测仪齐（冒图霜），左近年鼻发展酿迅速愧,国示外高碑端新桥产品万不断王进入鄙市场线。非享接触音式在趁机数恭控刀台具检仔测仪霉（萍图鬼），哭采用禾了喷江气装君置，英能在柜数控纯机床躬加工沸过程询中，钢在机缝床上拦快速伶检测墨刀具椒的长沸度、遥半径栽、径那向跳哨动，励也可菜监控耻刀具借刃口哪形状笨误差示和破菊损。尤将测蹈量技摄术和蛮装备质，集泼成于些数控羡刀具斩的机负械加株工制日造过戚程中蚁，推恩动了总数控羞刀具筑制造哪技术季的发夸展。染德国祸WA荣LT番ER占公司姨的数内控刀澡具闭百环制图造系职统（虑图交）和梦Kl脊in汤ge臭ln蹈be厉rg刃公司哥的弧在锥齿漫轮刀悟具闭礼环制奉造系巨统（火图号），轰是当雪代数窃控刀吨具先罩进制船造技舰术的仁实例革。系贩统通炭过计和算机房通讯骂，实辽现了时从C师AD丸设计勉,C涨AM造加工覆,C饶AI犬检测债,C已AM何再加彼工直秋至质免量达赴到要气求，法实现盲数控透刀具虹‘馒零废盖品许’纤制造启。数践控刀秘具整皇个制包造系衰统信唤息实忽现了拣集成肉和融爬合。筛数控习刀具找切削某数据杆库集神成于梅数控蝴机床箩，也也是数仙控切宝削技恩术发忧展的浓一个茅重要茎内容撤。我姓国也师已起惧步。叫关键投是数筑据的醉可行访性和缓实用红性。脾工具匙所已质经在惨网上糠开通彼了金惜属切研削数工据库格查询姐服务组（虾图胸）。偏该数经据库逃是集趋成了晌工具瓣所从爽‘尘六五掀’肉以来棚的研农究成汉果。统随着咽切削坝技术少的发悔展，邀尤其各是高速速高烤效切茶削技桌术的羊发展级，数弟据库丽应适趴应发女展，饥不断批动态林更新摆、补烦充提辅高。田总之愤，从祥数控敏切削蒜加工议系统涂而言制，数什控刀技具和触工件君构成拾了切端削加箭工的把主要算矛盾裂。我阿们必快须重悼视数改控刀订具制络造技屿术的隐发展夫，重纹视切业削机榴理、让数控斗刀具劲的设坏计、颈材料屿、制惠造工贴艺、勇刃口身强化餐技术晋、表武面强锦化技消术、满数控努刀具铁的检底测技塌术、凯直至亡数控瓜刀具纵切削指数据裕库等瞧数控荣刀具红制造怪全过例程中颂的技撤术发果展和丛质量扁管理阵（惕图窃）。固采用且先进完信息幅技术剂，将晃数控尽刀具早制造仇闭环弓系统肾中各旨个环享节（漏包括木应用免）的妈信息晓进行律集成篇、分陆析、胞诊断酬、反惹馈，呼以提宵高制都造质散量和柱水平锹，对谁于数吼控刀虽具制才造技板术的置发展高至关址重要菠，对答于数油控切虫削加复工技担术的糖发展揉也是止至关观重要鸽的。校3兄数字散化精挥密量殿具量毛仪器才的发极展染数字太化测念量技喂术是退数字煎化制软造技跟术中挪的关虾键技矮术。近高速沃高效哀、高均精度扮、高廉可靠驶性、溜多功摘能先涌进数崖字化跨测量意技术华和仪亿器，趁装备鲁、服池务、给推动绕着数趁字化靠制造推技术道和数亡控机蛮床、们装备惜的发诱展。巷开发爸亚微辟米、愚纳米胁级高灾精度匀测量稿仪器匪，提硬高环迎境适稀应能斑力，控增强色鲁棒登性，独使精咏密测栏量装龄备从星计量纲室进奴入生叮产现矮场，梦集成府、融武入于晴加工铅机床孙和制规造系粉统，弱形成限先进巧的数捏字化久闭环跨制造攀系统牵，是兵当今烟精密讨测量乓技术代的发吗展趋劈势。饼1派数字较化量森具/画传感翻器技东术新巡发展故——都适应坟加工极环境期，实罢现纳材米高吩精度预测量猫1）多IP久67妙防水汁电子身数显湖卡尺仆，能沿在冷仇却液滑直接叠喷淋粘工况遥下实盘施检俭测勒数显璃量具姐量大呆面广考，尤细其以关数显栋卡尺愤应用栗普及蝴。传寄统电弃子数析显卡际尺采治用容绒栅位糠移传梦感器狮来实解现测断量，赏具有项分辨省力高庭、重啦复性踪好、嫁耗电碎低等负优点嫂，但锣是介毕质状僻况对升测量颈可靠牌性影幼响很木大，架在有医切削体液及命油污卧的工炸况下默难以子正常盛工作记，生递产现轧场的剑使用治受到逮了限海制。聪日本忙三丰予公司连在世栋界上粘首先械成功乐开发燕出防灵水型弃数显每卡尺肾，它寸采用帝的原违理基打于电她感位蝇移传烧感器店。瑞清士T爱ES浇A公隆司的伙防水副数显晕卡尺僵基于吐磁阻吊式位仿移传废感器规，瑞仍士S冶YL厅VA羊C和劫德国思MA简HR海公司扫则采遵用了劝感应廊同步次器工废作原崭理。秧上述投防水浩型数换显卡丢尺的劈防护覆等级竖都达生到I刷P6堆7规抛定，荷为当惭今最甩高水余平。码国内覆最大洞的数券显卡极尺生禽产出弟口企塌业桂侮林广赌陆数购字测廊控公犯司和倡上海闭交通疏大学榨联合妄，于铲20连04怕年底食成功昏开发编出一拾种基弯于电缓涡流点栅位目移传雕感器著的新叉型防蓝水数打显卡域尺，榜防护厅等级责也达解到I拌P6树7国扒际先田进水冠平（惩图帮）。藏其核熔心技解术具绸有自阶主知肝识产堤权和瞒专利范。卡扎尺尺缠框内绒安装敏的电耳涡流吗传感淘器线弊圈既恶是发顷射线汗圈同创时也由是接盈受线轧圈，氧卡尺圣尺身茧上带哗有规那则排液列的洒双码君道金注属反价射体站。传籍感器抄通过干电涡骄流效午应实纪现数匹显卡吗尺绝否对位覆移和准相对组位移奇的测锋量。浴（策图称）据裤称该芦厂今监年已爹经建端成生训产线琴，开隆始批忍量化嘴生产缴。青骂海量位具刃滔具厂异开发吸出新削颖的踏双面闸数显廊外径异千分安尺（宝图提），唯适用适于不闯同操侦作形盟式，隐便于枯测量刘，体芬现了暑人性奸化的峰设计驳理念奴，受暴到国笔内外庸同行敢的关芹注和俯市场跌的兴墓趣。培为提植高光株栅传俘感器爬的抗迟污染远、抗肝干扰讨能力权，著秃名的爪长度雕/角气度位茎移传氧感器景制造炼厂商圈德国穗He痕in某de钓nh络ai完n公鼓司介沟绍了读不同埋于传肝统特‘桃四场验成像柳式扫谷描艺’钩方法祖的昨‘颤单场蝴扫描原’涌技术献（枝图怜）。爪在新毫型的端单场糊扫描衔技术咸中，嚷扫描翠光栅须（掩霉膜）锅与标右尺光凶栅的携栅距社略有会不同楚，由琴此在翼扫描夏光栅柳长度天范围煮内会含产生恐明暗姿交替糟条纹唱，在馒相对来移动炒时产负生均桨匀的枪位移累正弦株信号湖。特经制的日栅状晌感光色元件列取代骂了传长统的良四个巧独立正感光耍元件眯，用愈来生焰成四允个相冈位差懂为9惨0窑º规的扫趋描信单号。屠由于双扫描负面积叶大又瞧具有警特殊主光学轨过滤加功能拐，故于新的心单场械扫描鲁技术支对污绕染干扶扰不联敏感禾，可见以提凝供质状量更凤好的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