数控加工编程的基本概念

数控加工编程的基本概念

2006-7-1915:40:28【文章字体：太史小】打印收藏关闭

1.数控编程

所谓数控编程就是把零件的工艺过程、工艺参数、机床的运动以及

刀具位移量等信息用数控语言记录在程序单上，并经校核的全过程。为了与

数控系统的内部程序（系统软件）及自动编程用的零件源程序相区别，把从

外部输入的直接用于加工的程序称为数控加工程序，简称为数控程序。

数控机床所使用的程序是按照一定的格式并以代码的形式编制的。

数控系统的种类繁多，它们使用的数控程序的语言规则和格式也不尽相同，

编制程序时应该严格按照机床编程手册中的规定进行。编制程序时，编程人

员应对图样规定的技术要求、零件的几何形状、尺寸精度要求等内容进行分

析，确定加工方法和加工路线；进行数学计算，获得刀具轨迹数据；然后按

数控机床规定的代码和程序格式，将被加工工件的尺寸、刀具运动中心轨迹、

切削参数以及辅助功能（如换刀、主轴正反转、切削液开关等）信息编制成

加工程序，并输入数控系统，由数控系统控制机床自动地进行加工。理想的

数控程序不仅应该保证能加工出符合图纸要求的合格工件，还应该使数控机

床的功能得到合理的应用与充分的发挥，以使数控机床能安全、可靠、高效

地工作。

2.数控加工程序编制的方法

数控编程大体经过了机器语言编程、高级语言编程、代码格式编程

和人机对话编程与动态仿真这样几个阶段。在上个世纪70年代，美国电子

工业协会（EIA）和国际标准化组织（ISO）先后对数控机床坐标轴和运动方

向、数控程序编程的代码、字符和程序段格式等制定了若干标准和规范(我

国按照ISO标准也制定了相应的国家标准和部颁标准)，从而出现了用代码

和标示符号，按照严格的格式书写的数控加工源程序一一代码格式编程程

序。这种编写源程序技术的重大进步，意义极为深远。在这种编程方式出现

后，凡是数控系统不论档次高低，均具有编程功能。因为编程过程的大为简

化，使得机床操作者只要查阅、细读系统说明书就有能力编程。从而使数控

机床走向大范围、广领域的应用。

数控加工程序编制方法主要分为手工编程与自动编程两种：

(1)手工编程

手工编程是指从零件图纸分析、工艺处理、数值计算、编写程序单、

直到程序校核等各步骤的数控编程工作均由人工完成的全过程。手工编程适

合于编写进行点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工程序，以及程序坐

标计算较为简单、程序段不多、程序编制易于实现的场合。这种方法比较简

单，容易掌握，适应性较强。手工编程方法是编制加工程序的基础，也是机

床现场加工调试的主要方法，对机床操作人员来讲是必须掌握的基本功，其

重要性是不容忽视的。

(2)自动编程

自动编程是指在计算机及相应的软件系统的支持下，自动生成数控

加工程序的过程。它充分发挥了计算机快速运算和存储的功能。其特点是采

用简单、习惯的语言对加工对象的几何形状、加工工艺、切削参数及辅助信

息等内容按规则进行描述，再由计算机自动地进行数值计算、刀具中心运动

轨迹计算、后置处理，产生出零件加工程序单，并且对加工过程进行模拟。

对于形状复杂，具有非圆曲线轮廓、三维曲面等零件编写加工程序，采用自

动编程方法效率高，可靠性好。在编程过程中，程序编制人可及时检查程序

是否正确，需要时可及时修改。由于使用计算机代替编程人员完成了繁琐的

数值计算工作，并省去了书写程序单等工作量，因而可提高编程效率几十倍

乃至上百倍，解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题。

CNC技术的发展相当迅速，这大大提高了模具加工的生产率，其中运

算速度更快捷的CPU是CNC技术发展的核心。CPU的改进不仅仅是运算速度

的提高，而且速度本身也涉及到了其它方面CNC技术的改进。正因为近几年

CNC技术发生了如此大的变化，才值得我们对当前CNC技术在模具制造业的

应用情况作一个综述。

程序块处理时间及其它由于CPU处理速度的提高，以及CNC制造商

将高速度CPU应用到高度集成化的CNC系统中，CNC的性能有了显著的改善。

反应更快、更灵敏的系统实现的不仅仅是更高的程序处理速度。事实上，一

个能够以相当高的速度处理零件加工程序的系统在运行过程中也有可能象

一个低速处理系统，因为即使是功能完备的CNC系统也存在着一些潜在的问

题，这些问题有可能成为限制加工速度的瓶颈。

目前大多数模具厂都意识到高速加工需要的不仅仅是较短的加工程

序处理时间。在很多方面，这种情况和赛车的驾驶很相似。速度最快的赛车

就一定能赢得比赛吗？即使是一个偶尔才观看车赛的观众都知道除速度以

外，还有许多因素影响着比赛的结果。

首先，车手对于赛道的了解程度很重要：他必须知道何处有急转弯,

以便能恰如其分地减速，从而安全高效地通过弯道。在采用高进给速度加工

模具的过程中，CNC中的待加工轨迹监控技术可预先获取锐曲线出现的信息,

这一功能起着同样的作用。

同样的，车手对其他车手动作以及不可确定因素的反应灵敏程度与

CNC中的伺服反馈的次数类似。CNC中伺服反馈主要包括位置反馈、速度反

馈和电流反馈。

当车手驾车绕赛道行驶时，动作的连贯性，能否熟练地刹车、加速

等对车手的临场表现有着非常重要的影响。同样地，CNC系统的钟形加速/

减速和待加工轨迹监控功能利用缓慢加速/减速来代替突然变速，以保证机

床的平稳加速。

除此以外，赛车和CNC系统还有其它相似的地方。赛车发动机的功

率类似于CNC的驱动装置和电机，赛车的重量可以和机床中运动构件的重量

相提并论，赛车的刚度和强度则类似于机床的强度和刚度。CNC修正特定路

径误差的能力与车手具备的将赛车控制在车道内的能力极其相似。

另一个与目前CNC相似的情况是，那些速度不是最快的赛车往往需

要技术全面的车手。过去只有高档的CNC才能在高速切削的同时保证较高的

加工精度。如今，中、低档的CNC所具备的功能也有可能令人满意地完成工

作。虽然高档CNC具备目前所能获得的最佳性能，但也存在着这种可能，即

你所使用的低档CNC具有与同类产品中高档CNC一样的加工特性。过去，限

制模具加工最高进给速度的因素是CNC,今天则是机床的机械结构。在机床

已处于性能极限的情况下，更好的CNC也不会使性能再提高。

CNC系统的内在特性

以下是目前模具加工过程中的一些基本的CNC特性:

曲线曲面的非均匀有理B样条(NURBS)插补

该项技术采用沿曲线插补的方式，而不是采用一系列短直线来拟合

曲线。这一技术的应用已经相当普遍。许多模具行业目前使用的CAM软件都

提供了一个选项，即生成NURBS插补格式的零件程序。同时，功能强大的CNC

还提供了五轴插补功能以及与此相关的特性。这些性能提高了表面精加工的

质量，改善了电机运行的平稳度，提高了切削速度，并使零件加工程序更小。

更小的指令单位

大多数的CNC系统向机床主轴传递运动和定位指令的单位不小于1

微米。在充分利用CPU处理能力提高这一优势后，一些CNC系统的最小指令

单位甚至可达到1纳米(0.000001mm)0在指令单位缩小1000倍后，可获得

更高的加工精度，可使电机运行得更平稳。电机运行的平稳使得一些机床能

够在床身振动不加大的前提下，以更高的加速度运行。

钟形曲线加速/减速

也称作为S曲线加速/减速，或爬行控制。与使用直线加速方式相比,

这种方式可使机床获得更好的加速效果。与其它加速方式相比，也包括直线

方式和指数方式，采用钟形曲线方式可获得更小的定位误差。

待加工轨迹监控

这一技术已被广泛使用，该技术具有众多性能差异，使其在低档控

制系统中的工作方式与高档控制系统中的工作方式得以区别开来。总的来

讲，CNC就是通过加工轨迹监控来实现对程序的预处理，以此来确保能获得

更优异的加速/减速控制。根据不同的CNC的性能，待加工轨迹监控所需的

程序块数量从两个到上百个不等，这主要取决于零件程序的最短加工时间和

加速/减速的时间常数。一般而言，要想满足加工要求，至少需要十五个待

加工轨迹监控程序块。

数字伺服控制

数字伺服系统的发展如此迅速，以至于大多数机床制造商都选择该

系统作为机床的伺服控制系统。使用该系统后，CNC能够更及时地控制伺服

系统，而且CNC对机床的控制也变得更精确。

数字伺服系统的作用如下：

将提高电流环路的采样速度，再加上电流环控制的改善，从而降低

电机温升。这样，不仅可以延长电机的寿命，还可以减少传递到滚珠丝杠的

热量，从而提高丝杠的精度。除此之外，采样速度的加快还可以提高速度回

路的增益，这些都有助于提高机床的整体性能。

由于许多新的CNC使用高速序列与伺服回路相连，因此通过通讯链

路，CNC可获得更多的电机和驱动装置的工作信息。这可提高机床的维护性

能。

连续的位置反馈允许在高速进给的情况下进行高精度的加工。CNC

运算速度的加快使得位置反馈的速率成为制约机床运行速度的瓶颈。在传统

的反馈方式中，随着CNC和电子设备的外部编码器的采样速度的变化，反馈

速度受到信号类型的制约。采用串行反馈，这一问题将得到很好的解决。即

使机床以很高的速度运行，也可达到精密的反馈精度。

直线电机

近几年来，直线电机的工作性能和欢迎度有了显著的提高，所以很

多加工中心采用了这一装置。至今，Fanuc公司至少已经安装了1000台直线

电机。GEFanuc的一些先进技术使得机床上的直线电机的最大输出力为

15,500N,最大加速度为30g。另一些先进技术的应用使机床的尺寸得以减小,

重量得以减轻，冷却效率大为提高。所有这些技术上的进步使直线电机在与

旋转电机相比时，优势更强：更高的加/减速率；更准确的定位控制，更高

的刚度；更高的可靠性；内部的动态制动。

外部附加特性：开放式CNC系统

采用开放式CNC系统的机床发展非常迅速。目前可供选择的通讯系

统的通讯速度都较高，因而出现多种类型的开放式CNC结构。绝大多数的开

放式系统将标准的PC机的开放性与传统CNC的功能相结合。这样做最大的

好处在于：即使机床的硬件已经过时，开放式的CNC仍然允许其性能随现有

技术和加工要求改变。借助于其它软件，还可以向开放式CNC中添加其它功

能。这些性能可以是与模具加工密切相关的，也可以是与模具加工关系不大

的。通常情况下，模具车间使用的开放式CNC系统具有以下这些常用的功能

选择：

价格低廉的网络通讯；

以太网；

自适应控制功能；

可供连接条形码阅读器、刀具序列号阅读器和/或托盘序列号系统的

接口；

保存和编辑大量零件程序的功能；

存储程序控制信息的采集；

文件处理功能;

CAD/CAM技术的集成和车间规划；

通用的操作界面。

最后一点极为重要。因为模具加工对操作简单的CNC的需求越来越

大。在这个概念中，最重要就是不同的CNC具有相同的操作界面。就一般情

况而言，不同机床的操作人员必须分开培训，因为不同类型的机床，以及不

同制造商生产的机床使用的CNC界面都不相同。开放式CNC系统为整个车间

使用同一个CNC控制界面创造了机会。

现在，机床的所有者即使不懂C语言，也可以为CNC操作设计自己

的界面了。此外，开放式系统的控制器允许根据个人的需要，设定不同的机

器运转方式。这样操作者、编程人员和维修者可按自己的要求进行设置。在

使用时，屏幕上只出现他们需要的特定信息。采用这样的方式可减少不必要

的页面显示，有助于简化CNC操作。

五轴加工

在制造复杂模具的过程中，五轴加工的应用变得越来越广。使用五

轴加工，可以减少加工一个零件所需的工装或/和机床的数量，加工过程所

需的设备数量将被减至最低，与此同时也降低了总的加工时间。CNC的功能

越来越强，这使得CNC制造商能够提供更多的五轴特性。

从前只有高档CNC才具备的功能，如今也被用在中档产品上。对于

那些从未使用过五轴加工技术的厂家而言，这些特性的应用使得五轴加工变

得更简单。将目前的CNC技术用于五轴加工，使得五轴加工具备以下优势：

减少专用工具的需求;

允许在完成零件程序后再设定刀具的偏置；

支持通用程序的设计，这样经过后处理的程序可以在不同机床之间

互换使用；

提高精加工的质量；

可用于不同结构的机床，这样就不必在程序中说明是主轴还是工件

在绕中心点转动。因为这将由CNC的参数来解决。

我们可以用球形铳刀的补偿的例子来说明为何五轴特别适用于模具

加工。在零件和刀具绕中枢轴旋转时，为了准确地补偿球形铳刀的偏置，CNC

必须能够在X、Y、Z三个方向动态地调整刀具的补偿量。保证刀具切触点的

连续，有利于提高精加工的质量。

此外，五轴CNC的用途还表现在：与绕主轴旋转刀具相关的特性，

与绕主轴旋转零件相关的特性，以及允许操作者采用手动方式改变刀具矢量

的特性。

当采用刀具的中轴线作为回转轴线时，原来Z轴方向的刀具长度偏

置将被分成X、Y、Z三个方向的分量。另外，原来X、Y轴方向的工具直径

偏置也被分为X、Y、Z轴三个方向的分量。由于在切削工程中，刀具可以沿

旋转轴方向做进给运动，所有这些偏置必须动态更新，以便说明连续变化的

刀具的方位。

CNC另一项被称为“刀具中心点编程”的特性，允许编程人员定义刀

具的路径和中心点速度，CNC通过旋转轴和直线轴方向的命令来保证刀具按

照程序运动。这一特性使得刀具的中心点不再随刀具的变化而变化，这也意

味着：在五轴加工中可以象三轴加工一样直接输入刀具的偏置，还可以通过

再一次后置程序来说明刀具长度的改变。这种通过使主轴旋转来实现转轴的

运动特性简化了刀具的编程后置处理。

利用同样的功能，使工件绕中枢轴旋，机床也可以获得旋转运动。

新研制的CNC能够通过动态地调整固定偏置和旋转坐标轴来配合零件的运

动。当操作人员采用手动方式来实现机床的慢速进给时，CNC系统同样起着

重要的作用。新研制的CNC系统同样允许轴沿着刀具向量的方向缓慢进给，

在没有刀尖位置变化的前提下，还允许改变刀尖向量的方向（参看上面的插

图）。

这些特性使得操作人员在使用五轴加工机床的过程中，能够很容易

地使用目前在模具业广泛使用的3+2编程法。然而，随着新的五轴加工功能

的逐渐发展和这种功能逐浙被接受，真正的五轴模具加工机床可能会更普

遍。

1刀具材料的进展

在当今制造业快速发展中，切削加工起着十分重要的作用。制造经济学认为:

通过提高切削加工的效率，降低制造成本中固定费用的比例，从而较大程度地降低

零件制造的总成本，是提高企业市场竞争力的有效途径。

刀具材料的性能是提高刀具切削效率的基础和关键技术。本届展览会所展示

的刀具材料进展的特点是，开发刀具材料的新牌号，使之更加适应被加工的材料和

切削的条件，从而达到提高切削效率的目的。

首先，新牌号的开发有很强的针对性，面对复杂的多样化的应用场合和加工

条件，刀具制造商采取“对症下药”的做法，取得显著效果。如肯纳公司仅就车削

加工新推出可加工不同材料的牌号就有：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。新牌号比老牌号平均可提高切削效率15Q20九山高公司推出的加

工铸铁的TK1000、TK2000新牌号，比两年前推出的TX100、TX150可提高切削速度

20%~30乳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

有很好的可靠性。

铸铁和不锈钢是目前两种应用较多的材料，提高这两种材料的加工效率具有

普遍的意义，然而两者的加工性有很大的差异，有很多公司展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展出的黑金刚刀片系列，是专门加

工铸铁的硬质合金刀片，覆盖了各种应用场合，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、可用于中高速或铳削的YBD152及适用中

低速湿式铳削或断续条件下车削的YBD252等牌号。试验数据表明，这些新牌号比现

有的牌号可提高切削速度30婷40%,使用寿命可提高将近40喧50版该公司的YC30T、

YC40T是专门加工不锈钢的牌号，前者可用250m/min的高速加工lCrl8Ni9Ti,而后

者可大进给大切深加工不锈钢，提高加工效率，降低加工成本30机

其次，在新牌号的开发中重视基体和涂层的优化组合，只有这样才能更好地

实现适应性开发的目的。对于高速加工的牌号，其基体应有较高抗塑性变形的能力

和富钻的表层及抗月牙磨损的涂层；对用于有冲击的断续切削牌号，基体和涂层都

要有较好的韧性。山特维克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

AI2O3、MT-TiCN涂层。日本三菱综合材料公司车削铸铁用的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A1◎和微

粒且纤维状的TiCN厚膜。蓝帜集团BOEHLERIT公司的车削铸铁牌号CasttecLC620H

采用强韧基体，可用于断续切削，而A1203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。

在加工不锈钢方面，山特维克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/A1203（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K0RL0Y公司的PC9530为铳削不锈钢的牌号，采用超细颗粒的基

体和PDV涂层。

涂层对新牌号开发的作用还体现在开发陶瓷、金属陶瓷和PCBN的新牌号方

面，这类材料通过适当牺牲基体的硬度来提高韧性，然后再涂覆耐磨涂层找回耐磨

性，获得韧而耐磨的综合性能，成为新的牌号，扩大应用领域，如TaeguTec公司的

PV3010为金属陶瓷基体的PVDTiAlN涂层牌号。又如肯纳公司的KY315为PVD的

TiN/TiCN/TiN涂层金属陶瓷刀片，扩大了加工范围，刀具寿命长，加工表面质量好。

第三，新牌号的开发通常还包括相应的槽形和几何参数的改进，以更好适应

被加工材料的特性及不同工序对断屑的要求，并起到降低切削力、减小振动等作用，

使切削更加轻快高效。三菱综合材料公司为加工钢材开发的四种UE系列硬质合金刀

片牌号所对应的四种槽形。据CemeCon公司介绍，该公司与瑞士Fraise公司合作，

专门根据Fraise公司铳刀的材料、几何角度、应用场合开发相应的涂层，保证三者

最佳的组合，取得了很好的效果。

从展览会所展示的新牌号开发的强劲势头，显现出一些具有材料、涂层等开

发能力的大型刀具制造商在新产品开发上的明显优势，它们利用在刀具材料和涂层

研发上的综合实力，不断研发新的制造工艺技术，改进现有的牌号，提高切削加工

的效率，引领着切削技术的进步，也在市场竞争中处于有利的地位。事实说明，在

当今硬质合金成为主要刀具材料，与各种刀具材料全面进步的态势中，刀具材料和

涂层是一个刀具企业最核心的技术，不具备这个核心技术的刀具企业很难做强做大。

一些大公司所以能经久不衰，韩国的TaeguTec、KORLOY、DINE所以能迅速崛起和它

们具备这项核心技术有着密切的关系。

类似的情形也发生在高速钢刀具领域，参展的DORMER公司的高速钢铳刀，

采用了与高速钢制造商合作开发的新一代粉末冶金钻高速钢(HSCO-XP)»这种高速钢

与一般方法制造的粉末冶金高速钢比较，在冶炼过程中去除了90%以上的杂质，强

度提高了20%,从而显著减少了刀具的崩刃，提高了刀具的可靠性，减少停机时间。

该公司还与高等学校合作开发了专用于铳削的SuperR涂层，是一种复合涂层，底

层为TiN,上面是多层涂层，有很好的物理、机械综合性能(硬度2800~3000Hv、结

合强度50~70N、耐氧化温度450~500℃＞摩擦系数0.3~0.4)。

2刀具涂层的多样化和系列化

在现代切削技术的发展中，涂层技术的贡献及其对提高切削效率的作用越来

越突现，受到刀具制造商和刀具用户的高度关注，应用面不断扩大。据肯纳公司的

专家介绍，该公司涂层刀具的比例达85%。在本届展览会上既可看到专业涂层公司

为开发新的PVD涂层技术和装备所取得的进展，也可看到刀具制造商在应用涂层技

术开发新的涂层牌号方面所取得的成绩。在采访中，CemeCon公司的专家介绍了该

公司CC800/9涂层设备有很好的柔性，从涂覆简单的TiN到Supernitride的系列涂

层和氧化物涂层，多达30种高性能涂层，用户可根据所需要的特定的涂层性能，通

过对参与反应的气体、压力、工件台转速及偏压、磁场等参数的控制，生成不同成

分比例、不同组织与结构的涂层。该公司提供开放式的软件，并对用户进行自我开

发工作的培训。这也是参展的其它涂层公司设备的共同特点。

先进的涂层设备使涂层产品的发展出现了两个趋势：

第一是出现了涂层产品的多样化和系列化。在原有的TiN、TiCN、TiAlN涂

层的基础上，展出了很多新的涂层，使涂层更好地适应切削加工多样性的需求，有

适应高速切削、干切削、硬切削的耐磨、耐热涂层，有适应断续切削的韧性涂层，

还有适用于干切削及需要降低摩擦系数的润滑涂层。如Balzers的CrAlN涂层，以

Cr元素代替Ti元素，具有3200Hv硬度和1100℃的氧化温度的高性能，与TiAlN

比较，韧性更好，更适合用于断续切削如铳削、滚削。又如日立公司开发的9种涂

层，自成体系，除了常规的TiN、TiCN、TiAlN以外，还开发了以Si元素代替Al

元素的涂层，有适用于硬切削的TiSiN涂层，有润滑性的CrSiN涂层（该公司称在

Cr中添加Si使涂层细微化，进一步降低摩擦系数，更适用于铝、不锈钢等粘附性

强的材料的加工），有超强耐氧化能力的AlCrSiN涂层和在高温下具有低摩擦系数的

TiBON涂层。这些有别于TiAlN的涂层，具有不同于TiAlN的特殊性能，为新涂层

的开发打开了更加宽广的视野。由哈尔滨第一工具有限公司和德国PVT公司合资成

立的哈尔滨超硬镀膜中心可提供系列化的涂层，满足车、铳、钻、攻丝等不同的工

序和各种被加工材料的需要。

PVD涂层发展的另一个特点是多种纳米涂层的实用化，包括纳米结晶、纳米

层厚和纳米结构涂层，使涂层的性能得到更大的提高。如前面提到的日立公司的

TiSiN为5nm的结晶复合材料，涂层硬度可达3600Hv,开始氧化温度1100C,涂覆

的刀具可加工45飞OHRC的淬硬钢，也适用于干切削。Balzers公司开发的并已被一

些刀具制造商应用的FUTUNANANO和FUTUNATOP是两种TiAlN纳米结构涂层，涂层

硬度均为3300IIV,开始氧化温度900℃o又如PLATIT公司的nACo纳米结构涂层，

涂层硬度高达4500Hv,开始氧化温度1100C,显著提高了涂层的性能。纳米涂层的

开发和推广应用，将进一步提高切削加工的效率。

与此同时，为了提高加工铝合金等非铁金属和非金属材料的效率，金刚石涂

层得到进一步的应用，产品覆盖了可转位刀具和整体硬质合金刀具。厦门金鹭特种

材料有限公司展出了利用引进的Balzers设备开发的金刚石涂层整体硬质合金球头

立铳刀。OSG公司展出了超微粒结晶的金刚石涂层铳刀，结晶粒度为1W,使刀具的

刃口更加锋利，减少切削中的粘结，降低了工件表面的粗糙度。

此外，提高涂层表面光洁度也是涂层技术发展的一个动向，以提高涂层刀具

抗摩擦、抗粘结的能力。在CVD涂层中，通过晶粒细化技术，使涂层表面光滑，如

株洲钻石公司用于铸铁精加工的YBD052黑金刚刀片，表层是细晶的A1203,刀片外

观光亮平滑。三菱公司的UE系列加工钢材的CVD涂层硬质合金刀片，采用平滑氧化

铝和平滑涂层技术，对微粒氧化铝进行平滑涂层处理，即在上层涂覆特殊钛化物沉

积层，表面组织极其平滑且化学稳定性好，可减少刀具粘结磨损。日本不二越公司

为GS立铳刀开发的GS涂层，采用平滑化技术，涂层表面的粗糙度Ra=O.08碗，

Rz=l.iWn,显著改善了涂层表面的特性。

3创新的刀具结构

现代刀具制造商已从脱离用户、脱离使用、大批量生产千遍一律标准通用刀

具进入到面向用户、面向使用、研发新工艺、创新刀具结构的发展新阶段，其显著

的特点是刀具结构的创新速度加快。肯纳公司的专家在展览会上告诉我们，该公司

2001年的销售额中5年内开发的新产品占17%,而到2004年这个比例上升至45%；

现在每广2周就会有一种新品投放市场。他还说，在推出的新产品中刀片牌号与刀

具结构各占50%,可见刀具结构创新在刀具制造商心目中的重要地位。目前，刀具

制造商是制造技术体系中切削技术的专业化社会力量，在为制造业的服务过程中获

得丰富的创新源泉。

当前新品开发的一个特点是面向制造业的需求。从国内工具展商的展品看，

国内的工具行业抓住当前我国能源、交通高速发展的时机，为发电设备、机车、铁

路、汽车、石油等工业部门开发了一批高性能刀具。四平兴工刃具有限公司面向发

电设备行业的需求，引进数控设备，调整产品结构，开发了汽轮机的叶根槽铳刀、

梯槽拉刀等高档刀具。成量工具公司针对不同行业开发了特色的螺纹工具，展品中

有汽车行业用的带导向的丝锥，有铁道行业机车提速用的变牙形防松螺母丝锥，有

桥梁建设用的预应力丝锥，并开发了配套的板牙、量规；该公司还展出了加工铁轨

焊缝的可转位成形铳刀。哈尔滨第一工具有限公司展出的各种可转位成形铳刀，包

括铁轨道叉铳刀，石油抽油机专用铳刀，火车挂钓铳刀、模块式曲轴铳刀及机床床

身可转位组合铳刀等产品，显示出该公司开发可转位铳刀的强大实力。成都工具研

究所工研科技股份有限公司依托该公司开发高精度硬质合金成形刀片成套技术的优

势，展出了新开发的加工高强度石油管螺纹的硬质合金梳刀、加工高压锅炉管的扒

皮刀、加工高速机车轮毂的可转位刀片、加工曲轴的车拉刀刀片及加工轴承滚道的

可转位成形刀片。汉江工具有限责任公司展出了为南京汽轮机厂开发的双切滚刀，

以及叶根铳刀、变速箱同步器筒形插齿刀、特形插齿刀等专用刀具。上海工具厂有

限公司展出了高精度PCD成形铳刀、HSK整体PCD组合像刀、波形刃叶根铳刀及整

体硬质合金系列刀具。无锡瑞邦工具技术有限公司为加工制冷机散热器孔板开发的

内冷却齿冠式硬质合金钻头，采用独特的S刃形和沟槽形状，刀具寿命长达27m。

这样的例子不胜枚举，说明我国工具行业在面向用户需求的过程中，新品的开发能

力得到发掘。

国外工具工业在刀具结构创新上处在更加前沿的位置，紧跟着制造技术的发

展，又推动了制造技术的进步。复合加工是一种新的加工模式，适合多品种单件的

生产，工件在一次安装中完成车、铳、钻、攻丝甚至磨削等不同的工序。为了充分

发挥这种复合加工机床的效率，要求尽可能减少换刀的时间。山特维克公司展出的

用于复合加工机床的小型转塔刀杆，可携带4个切削头，根据加工需要转位换刀，

节省了不同工序间的换刀时间，刀杆利用该公司的Capto接柄与机床连接，装夹可

靠，为复合加工新技术提供了有力的支撑。又如Mapal公司为加工铝合金变速箱壳

体开发的4刃金刚石圆周铳刀，一把刀可加工该零件的9个部位，包括插补铳H8

的孔，有很高的加工效率和加工质量。此外，如汽车行业的变速箱淬硬齿轮的加工,

采用CBN车刀的以车代磨，不仅提高加工效率，而且减少设备投资。山特维克公司

展出的CBN镶块的Safe-lok结构，提高了加工的可靠性。蓝帜集团展出的加工汽车

等速万向节球笼的CBN成形铳刀，可加工65HRC,提高了球笼成形面的加工效率和

质量。

模具工业是快速发展的新兴工业，有着显著的加工工艺特色，近年来，很多

创新的刀具都是围绕着模具加工而开发的，如插铳刀、每齿进给量3.5mm的小吃深

大进给铳刀、模具加工的工具系统等，现已成为大宗展品。此次，有美国MILLSTAR、

ISCAR、株洲钻石等公司分别展出的圆角铳刀，兼有球头铳刀和平头铳刀的优点，但

避免了球头铳刀刀片在中心处切削速度为零的缺点，改善了平头铳刀尖角处的强度

和散热条件，相当于两把球头铳刀在同时工作，大大加快了走刀的步距，而且获得

较小的粗糙度，机夹式圆角铳刀，也有整体式的圆角铳刀。

从展出的众多的创新刀具中一个共的特点是，都出自于对切削理论的科学应

用。有的刀具加大前角，降低切削力，收到很好的效果。山高公司的Quattromill

平面铳刀，刀片槽是10°正前角，加上正前角的刀片，安装后最大有效前角高达

35°,显著降低切削力和功率消耗，也扩大刀具的应用范围。如Walter公司的

Xtra.tec钻头，是机夹刀片硬质合金钻头，较大的前角，较短的横刃，以及对刀体

(槽)表面的硬化处理和可靠的定位装夹方式，使钻削轻快，排屑畅通，加上应用了

该公司的Quartec的材质和Tiger,tec的涂层技术，据称可提高切削效率100%。该

系列的台肩铳刀、面铳刀的可转位刀片都有较大的前角。改变切削图形，也可降低

切削力。山特维克公司的CoroDrill880浅孔钻，开发了台阶形的中心刀片与4方

形的外周刀片，工作时两个刃的切削图形相互搭接，形成分屑的效果，从而降低切

削力，提高进给速度；钻头切削负荷的分配还顾及到径向力的平衡，加上外周刀片

很小的副偏角，产生修光作用，这样，在高进给率时仍能获得较好的尺寸精度和表

面质量。ISCAR公司的风火轮铳刀配置的齿形刀片与圆刀片比较也具有分屑的效果，

不仅降低切削力，而且细小的切屑有利排屑。为了避免切削加工中的振动，各公司

各显神通，日立公司的四刃圆角铳刀，两个被称为副刃的外径略小于铳刀的公称尺

寸，使四刃处在椭圆形的截形上，副刃与端刃连接的“圆”弧也是椭圆的一部分；

切削时主刃与副刃分别切下不同长度、厚度的切屑，改变了切削力的周期性，抑制

了刀具的振动，可提高铳刀每齿进给量(0.5~0.7mm/z),实现高效加工。

总之，刀具创新有着非常广阔的天地，即使是最常见的麻花钻，在刀具制造

商眼里仍然有巨大的开发潜力和创新空间。Mapal公司展出了一把8棱带的麻花钻，

在麻花钻的钻背上又开出了三条槽，形成三个新的棱带，每个棱带在端头形成切削

刃，这样，该麻花钻除了原有的二个钻削刃外，又新增四个扩孔的切削刃和两个较

孔的切削刃，成为一把钻、扩、钱复合刀具，H7的梢孔一次走刀完成。此次展会上

有多家公司展出了可钻削20D、30D孔深的整体硬质合金麻花钻，加工钢制曲轴，20D

或30D的深孔一次走刀“一气呵成”，内冷却的结构，特殊槽形和光滑的表面、修

磨的钻尖、细颗粒的材质、光滑的涂层表面，创造了提高切削效率15倍的优异效果，

在麻花钻上做成了大文章。

在现代刀具发展及创新的过程中，数控工具磨床的快速发展功不可没。随着

我国制造业对高档刀具需求量的迅速增加，工具行业大力调整产品结构，使高档的

数控工具磨床在我国的销售量大幅度上升。在此次展览会上，国外著名的数控工具

磨床制造商均有产品参展，如WALTER、ANCA、EWAG等公司。瑞士Rollomatic公司

展出的620XS工具磨床，在原有磨削整体硬质合金刀具功能的基础上，增加磨削可

转位刀片的附件，可高精度磨削硬质合金可转位成形刀片，扩大了机床的使用范围。

意大利SAMPLTENSILI公司展出的S400GS剃齿刀磨床，是该公司的第三代剃齿刀磨

床产品，配置直线电机传动，在保证精度不变的条件下，循环时间可减少50%,并

自动在线测量齿形、齿距、齿向误差，可把需要修正的值反馈给CNC系统，提高了

刃磨的精度和效率。美国的N0RMAC公司展出了适合大批量生产的GT77CNC高速螺纹

磨床，每小时可生产M12丝锥110件，机床采用机械式凸轮铲梢，工作可靠。德国

的Vollmer公司展出了QWD760/750型线电极金刚石工具磨床，该机床配置有

CAD-CAM系统和专家系统。美国Star公司展出的ETG+型号为经济型5轴CNC工具磨

床，除了常规的功能以外，还具备刃磨超长刀具的能力，可磨削最长达21英寸的刀

具。

4向刀柄及刀具装夹要效率、要精度

现代切削技术把刀柄及刀具装夹视为切削系统的重要组成部分，关系着刀具

加工效率的发挥和加工精度的好坏，使刀柄和刀具装夹技术受到国内外刀柄专业制

造商和刀具制造商越来越大的关注。

以HSK为代表的短锥柄两面接触刀柄和机床接口技术，显著提高了连接的刚

性和精度，推动着接口技术的不断发展。首先是实现7:24锥柄的两面接触成为主攻

方向，上届展会上有大昭和公司的BigPlus7:24两面接触刀柄，在本届展会上有

日本的NTTOOL公司推出的AH07:24空心锥柄，拉紧时靠空心锥柄的收缩变形达到

端面的接触，在高速旋转时主轴锥孔扩胀，锥柄恢复弹性变形，继续保持锥面和端

面的接触，应用这样的刀柄刀具的金属切除率可提高50%,连接的精度也比一般的

BT柄有显著的提高。标准的HSK柄的最小规格是25,再小的刀具怎么办？Mapal公

司展出的HFS短锥工具系统，其法蓝直径系列在25以下还有14、12、10、8、6。

肯纳公司为了把该公司的KM系统用于瑞士式加工机床，也推出了小规格的KM微型

车削工具系统。

山高公司推出的Accu-Fit静压膨胀式高精度铳刀刀柄，克服了传统盘铳刀

在装入刀柄心轴后，由于存在径向间隙所带来的一系列弊端，使铳刀的径向跳动量

控制在5微米以下，刀片的使用寿命提高20%以上，并改善了加工的表面质量。

随着高速切削的发展，对刀柄提出了动平衡的要求。成都森泰英格公司全面

展示了刀柄系列包括HSK、BT、热装柄、ER夹头等，不仅制造精度高外观精美，而

且对刀柄都做了预平衡。为了抑制加工中的振动，日研公司展出了一种内装弹簧的

7:24刀柄，对振动产生阻尼作用，可提高加工质量，延长刀具寿命，据称可分别提

高整体硬质合金立铳刀的寿命3倍和高速钢立铳刀寿命1.5倍，很适合系统刚性较

差的薄壁件加工和悬伸较长的獴孔加工。

为了提高加工螺纹的效率，采用高速攻丝和刚性攻丝，EMUGE公司展出了一

种“软同步(Soft-Syncro)”攻丝夹头，可在拉伸或压缩方向提供0.5mm的补偿量,

以减小由于同步误差引起的轴向切削力(可高达1300N),提高刀具寿命。该公司还

展出了ARTIS公司的攻丝监控夹头，可测量轴向力和扭矩，信号可传输至CNC系统,

对丝锥的折断、崩齿、磨损等不正常现象进行监控。

5努力求索的中国工具工业

俗话说，“不怕不识货，就怕货比货。”两年一届的CIMT又一次把国内外

的刀具产品放在同台进行比较。展览会让我们既看到了国内刀具产品所取得的进步,

也感受到与国外产品存在的显而易见的差距，以及产品后面存在的深层次的差距。

我们在采访山特维克（中国）有限公司产品经理段彦先生和肯纳公司的专家

Greenfield先生时，不仅了解到它们巨额的科研投入、强大的开发队伍和核心竞争

力，也了解到世界一流大公司的科研创新与现有产品升级、改制并存的开发机制；

一方面通过科研开发全新的产品，另一方面通过老产品的升级或对标准产品的特殊

订货不断推出改型产品。它们善于自主开发，能不断从制造业重要工业部门的需求

中和市场信息反馈中洞察产品开发的方向，利用刀具材料、涂层、设计的综合优势,

开发出创新的产品，继而又全力推向市场。山特维克公司在本届展览会上重点推出

的CoroDrill880浅孔钻，是该公司继在车削领域推出CoroTurnRC、铳削领域推

出CoroMiH300等新系列以后，向钻削领域进军的信号和战略举措。学习国外的做

法和先进经验，提高我国工具工业自主开发的能力，将为我国工具工业的发展注入

新的活力，提高产品的档次。

在此次的展览会上，我们同样感受到国内工具企业为缩小技术上和经营管理

上的差距正在努力探索发展的途径。就在展会期间，先有上海工具厂有限公司与意

大利SU公司就合资成立上优机床工具（上海）有限公司举行了新闻发布会，接着又有

汉江工具有限公司与Balzers涂层公司合资成立涂层中心举行签字仪式和哈尔滨第

一工具有限公司与美国格里逊公司草签合资协议。在此之前已有哈尔滨第一工具有

限公司与德国PVT涂层公司合资成立了涂层中心、哈量集团收购德国Kelch公司的

消息，说明国内的工具企业已从合资入手加快提高企业素质的步伐。

我们曾到已成立的森泰英格合资公司的展台采访公司的总经理王虹女士，当

我们问到合资后企业的变化时，这位长期从事刀具技术工作的企业家的回答竟然是

“真真知道怎样做刀具了。”她说合资后企业最大的变化是人的认识的提高，是企

业上下对刀具产品有了新认识，对如何制造刀具也有了新的理念，整个企业确立了

严格的科学的态度，提出了“一点一滴精铸，一丝一毫细砺”踏踏实实做事的精神。

精神变物质，在不到二年的时间里，人还是这些人，产品还是这些产品，可是产品

从内到外整个变了样。公司新推出的车刀系列，刚性、排屑、定位、装夹都作了精

心的设计，加工、热处理、外观、刻字每道工序严格把关，硬是把一般人看不起的

普通车刀做成了精品。公司另一个重点产品工具系统，不仅品种多而且制造精度高

使用性能好。克莱斯勒公司采购经理在考察以后，把森泰英格列入了供应商名单。

有位外商第一次订货就要5万个ER夹头的螺帽。王总对公司的前景充满着信心，要

努力成为世界一流的工具企业。

我们确实需要一批一流的工具企业，推动我国制造业的快速发展。但是，我

们离这个目标还有很长的距离，缩短这个距离既需要我国工具制造商自身的努力，

更需要政府政策的支持和引导。我们相信，中国工具工业振兴之日也将是制造强国

建成之时。

电火花线切割加工(WirecutElectricalDischargeMachining,简称WEDM),

有时又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝(称为电极丝)作电

极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。

它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，例如冲裁模的凸模、凹模、

凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极，各

种微细孔槽、窄缝、任意曲线等，具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制

造成本低等突出优点，已在生产中获得广泛的应用，目前国内外的电火花线切割机

床已占电加工机床总数的60%以上。

根据电极丝的运行速度不同，电火花线切割机床通常分为两类：一类是高速走

丝电火花线切割机床(WEDM-HS),其电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为8〜

lOm/s,电极丝可重复使用，加工速度较高，但快速走丝容易造成电极丝抖动和反向

时停顿，使加工质量下降，是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花

线切割加工模式；另一类是低速走丝电火花线切割机床(WEDM-LS),其电极丝作低

速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s,电极丝放电后不再使用，工作平稳、均匀、

抖动小、加工质量较好，但加工速度较低，是国外生产和使用的主要机种。

根据对电极丝运动轨迹的控制形式不同，电火花线切割机床又可分为三种：一

种是靠模仿形控制，其在进行线切割加工前，预先制造出与工件形状相同的靠模，

加工时把工件毛坯和靠模同时装夹在机床工作台上，在切割过程中电极丝紧紧地贴

着靠模边缘作轨迹移动，从而切割出与靠模形状和精度相同的工件来；另一种是光

电跟踪控制，其在进行线切割加工前，先根据零件图样按一定放大比例描绘出一张

光电跟踪图，加工时将图样置于机床的光电跟踪台上，跟踪台上的光电头始终追随

墨线图形的轨迹运动，再借助于电气、机械的联动，控制机床工作台连同工件相对

电极丝做相似形的运动，从而切割出与图样形状相同的工件来；再一种是数字程序

控制，采用先进的数字化自动控制技术，驱动机床按照加工前根据工件几何形状参

数预先编制好的数控加工程序自动完成加工，不需要制作靠模样板也无需绘制放大

图，比前面两种控制形式具有更高的加工精度和广阔的应用范围，目前国内外95%

以上的电火花线切割机床都已采用数控化。

切割属电加工范畴，是由前苏联人发明的，我国是第一个用于工业生产的国家,

当时由复但大学和苏州长风机械厂合作生产的这是最早的机型叫复旦型，我们国内

在此基础上发展了快走丝系统(HS).欧美和日本发展了慢走系统(LS),

主要区别是：

1,电极丝我国采用鸨铝合金丝，国外采用黄铜丝；

2,我国采用皂化工作液，国外采用去离子水；

3,我国的走丝速度为11米/秒左右，国外为3~5米/分；

4,我们的电极丝是重复利用的直到断丝为至，国外是走过后不再重用；

5,我们的精度不如国外高。

1、塑料的概念

♦聚合物(polymer),又可称为高分子或巨分子(macromolecules),也是一般

所俗称的塑料(plastics)或树脂(resin)。所谓塑料，其实它是合成树脂中的一种，

形状跟天然树脂中的松树脂相似，但因又经过化学的力量来合成，而被称之为塑

料。

♦根据美国材料试验协会所下的定义，塑料乃是一种以高分子量有机物质为主

要成分的材料，它在加工完成时呈现固态形状，在制造以及加工过程中，可以借流

动(flow)来造型。

因此，经由此说明我们可以得到以下几项了解：

•它是高分子有机化合物

・它可以多种型态存在例如液体固体胶体溶液等

•它可以成形(moldable)

•种类繁多因为不同的单体组成所以造成不同之塑料

・用途广泛产品呈现多样化

・具有不同的性质

•可以用不同的加工方法(processingmethod)

2、塑料的分类

聚合物是由许多较小而结构简单的小分子(monomer),借共价键来组合而成的。

聚合物的种类繁多，一般若是以对热之变化来分类，它可以分为两大类：

♦热固性塑料(ThermosetPlastics):指的是加热后，会使分子构造结合

成网状型态。一旦结合成网状聚合体，即使再加热也不会软化，显示出所谓的非可

逆变化，是分子构造发生变化(化学变化)所致。

♦热塑性塑料(Therm。plastics)：指加热后会熔化，可流动至模具冷却后

成型，再加热后又会熔化的塑料；即可运用加热及冷却，使其产生可逆变化(液态一

一固态)，是所谓的物理变化。

・按照塑料的应用情况，热塑性塑料又可分为通用塑料、工程塑料、高性能工

程塑料等三类。

通用的热塑性塑料其连续的使用温度在100℃以下，聚乙烯、聚氯乙稀、聚丙

烯、聚苯乙烯并称为四大通用塑料。

工程塑料一般是指工作应力大于150MPa,连续工作温度能超过150℃以上的塑

料。通常把聚酰胺（尼龙）、聚碳酸脂、聚甲醛、聚苯酸和热塑性聚酯称为五大工

程塑料。

三坐标测量机的日常维护及保养注意事项

2006-9-1315:41:48【文章字体：大史小】打印收藏关闭

三坐标测量机做为一种精密的测量仪器，如果维护及保养做得及时,

就能延长机器的使用寿命，并使精度得到保障、故障率降低。为使客户更好

地掌握和用好测量机，现列出测量机简单的维护及保养规程。如果要详细了

解，请参加Brown&sharpe前哨公司组织的定期硬件培训。

一.开机前的准备

1.三坐标测量机对环境要求比较严格，应按合同要求严格控制温

度及湿度；

2.三坐标测量机使用气浮轴承，理论上是永不磨损结构，但是如

果气源不干净，有油.水或杂质，就会造成气浮轴承阻塞，严重时会造成气

浮轴承和气浮导轨划伤，后果严重。所以每天要检查机床气源，放水放油。

定期清洗过滤器及油水分离器。还应注意机床气源前级空气来源，（空气压

缩机或集中供气的储气罐）也要定期检查；

3.三坐标测量机的导轨加工精度很高，与空气轴承的间隙很小，

如果导轨上面有灰尘或其它杂质，就容易造成气浮轴承和导轨划伤。所以每

次开机前应清洁机器的导轨，金属导轨用航空汽油擦拭（120或180号汽油）,

花岗岩导轨用无水乙醇擦拭。

4.切记在保养过程中不能给任何导轨上任何性质的油脂;

5.定期给光杆、丝杆、齿条上少量防锈油；

6.在长时间没有使用三坐标测量机时，在开机前应做好准备工作:

控制室内的温度和湿度（24小时以上），在南方湿润的环境中还应该定期把电

控柜打开，使电路板也得到充分的干燥，避免电控系统由于受潮后突然加电

后损坏。然后检查气源、电源是否正常；

7.开机前检查电源，如有条件应配置稳压电源，定期检查接地，

接地电阻小于4欧姆。

二.工作过程中：

1.被测零件在放到工作台上检测之前，应先清洗去毛刺，防止在

加工完成后零件表面残留的冷却液及加工残留物影响测量机的测量精度及

测尖使用寿命；

2.被测零件在测量之前应在室内恒温，如果温度相差过大就会影

响测量精度；

3.大型及重型零件在放置到工作台上的过程中应轻放，以避免造

成剧烈碰撞，致使工作台或零件损伤。必要时可以在工作台上放置一块厚橡

胶以防止碰撞；

4.小型及轻型零件放到工作台后，应紧固后再进行测量，否则会

影响测量精度；

5.在工作过程中，测座在转动时（特别是带有加长杆的情况下）一

定要远离零件，以避免碰撞；

6.在工作过程中如果发生异常响声或突然应急，切勿自行拆卸及

维修，请及时与我公司联系，本公司会安排经过严格培训的人员前往，并承

诺以最快的速度帮助客户解决问题。

三、操作结束后

1.请将Z轴移动到下方，但应避免测尖撞到工作台;

2.工作完成后要清洁工作台面；

3.检查导轨，如有水印请及时检查过滤器。如有划伤或碰伤也请

及时与本公司联系，避免造成更大损失；

4.工作结束后将机器总气源关闭。

随着大规模集成电路技术和表面安装技术的发展，CNC系统硬件模块及安装方式不

断改进。从CNC系统的总体安装结构看，有整体式结构和分体式结构两种。

所谓整体式结构是把CRT和MDI面板、操作面板以及功能模块板组成的电路

板等安装在同一机箱内。这种方式的优点是结构紧凑，便于安装，但有时可能造成

某些信号连线过长。分体式结构通常把CRT和MDI面板、操作面板等做成一个部

件，而把功能模块组成的电路板安装在一个机箱内，两者之间用导线或光纤连接。

许多CNC机床把操作面板也单独作为一个部件，这是由于所控制机床的要求不同，

操作面板相应地要改变，做成分体式有利于更换和安装。

CNC操作面板在机床上的安装形式有吊挂式、床头式、控制柜式、控制台式

等多种。

从组成CNC系统的电路板的结构特点来看，有两种常见的结构，即大板式结

构和模块化结构。大板式结构的特点是，一个系统一般都有一块大板，称为主板。

主板上装有主CPU和各轴的位置控制电路等。其他相关的子板（完成一定功能的电

路板），如ROM板、零件程序存储器板和PLC板都直接插在主板上面，组成CNC系

统的核心部分。由此可见，大板式结构紧凑，体积小，可靠性高，价格低，有很高

的性能/价格比，也便于机床的一体化设计，大板结构虽有上述优点，但它的硬件

功能不易变动，不利于组织生产。

另外一种柔性比较高的结构就是总线模块化的开放系统结构，其特点是将

CPU、存储器、输入输出控制分别做成插件板（称为硬件模块），甚至将CPU、存储

器、输入输出控制组成独立微型计算机级的硬件模块，相应的软件也是模块结构，

固化在硬件模块中。硬软件模块形成一个特定的功能单元，称为功能模块。功能模

块间有明确定义的接口，接口是固定的，成为工厂标准或工业标准，彼此可以进行

信息交换。于是可以积木式组成CNC系统，使设计简单，有良好的适应性和扩展性,

试制周期短，调整维护方便，效率高。

从CNC系统使用的CPU及结构来分，CNC系统的硬件结构一般分为单CPU和

多CPU结构两大类。初期的CNC系统和现在的一些经济型CNC系统采用单CPU结构，

而多CPU结构可以满足数控机床高进给速度、高加工精度和许多复杂功能的要求，

也适应于并入FMS和CIMS运行的需要，从而得到了迅速的发展，它反映了当今数控

系统的新水平。

刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。广义的切削工具既包括刀

具，还包括磨具。

绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。由于机械制造中使用的刀具基本

上都用于切削金属材料，所以“刀具”一词一般就理解为金属切削刀具。切削木材

用的刀具则称为木工刀具。

刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。中国早在公元前28〜前

20世纪，就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。战国后期（公元前三世

纪），由于掌握了渗碳技术，制成了铜质刀具。当时的钻头和锯，与现代的扁钻和

锯已有些相似之处。

然而，刀具的快速发展是在18世纪后期，伴随蒸汽机等机器的发展而来的。

1783年，法国的勒内首先制出铳刀。1792年，英国的莫兹利制出丝锥和板牙。有关

麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年，但直到1864年才作为商品生产。

那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，许用的切削速度约为5米/分。1868

年，英国的穆舍特制成含鸨的合金工具钢。1898年，美国的泰勒和.怀特发明高速

钢。1923年，德国的施勒特尔发明硬质合金。

在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约8米/分，采用高速钢时，

又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢提高两倍以上，切削加工出的

工件表面质量和尺寸精度也大大提高。

由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵，刀具出现焊接和机械夹固式结构。

1949~1950年间，美国开始在车刀上采用可转位刀片，不久即应用在铳刀和其他刀

具上。1938年，德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。1972年，美国通用电气

公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。这些非金属刀具材料可使刀具

以更高的速度切削。

1969年，瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法，生产碳化钛涂层硬质

合金刀片的专利。1972年，美国的邦沙和拉古兰发展了物理气相沉积法，在硬质合

金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。表面涂层方法把基体材料的高强

度和韧性，与表层的高硬度和耐磨性结合起来，从而使这种复合材料具有更好的切

削性能。

刀具按工件加工表面的形式可分为五类。加工各种外表面的刀具，包括车刀、

刨刀、铳刀、外表面拉刀和铿刀等；孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镶刀、较刀

和内表面拉刀等；螺纹加工工具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀

和螺纹铳刀等；齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等；

切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铳刀等等。此外，还有

组合刀具。

按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类。通用刀具，如车刀、

刨刀、铳刀（不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铳刀）、锋刀、钻头、扩孔钻、较

刀和锯等；成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形

状，如成形车刀、成形刨刀、成形铳刀、拉刀、圆锥较刀和各种螺纹加工刀具等；

展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥

齿轮刨刀和锥齿轮铳刀盘等。

各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具的装夹部分和

工作部分都做在刀体上；镶齿结构刀具的工作部分（刀齿或刀片）则镶装在刀体上。

刀具的装夹部分有带孔和带柄两类。带孔刀具依*内孔套装在机床的主轴或

心轴上，借助轴向键或端面键传递扭转力矩，如圆柱形铳刀、套式面铳刀等。

带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。车刀、刨刀等一般为矩形

柄；圆锥柄*锥度承受轴向推力，并借助摩擦力传递扭矩；圆柱柄一般适用于较小的

麻花钻、立铳刀等刀具，切削时借助夹紧时所产生的摩擦力传递扭转力矩。很多带

柄的刀具的柄部用低合金钢制成，而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成。

刀具的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢

的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。有的刀具的工作部分

就是切削部分，如车刀、刨刀、链刀和铳刀等；有的刀具的工作部分则包含切削部

分和校准部分，如钻头、扩孔钻、较刀、内表面拉刀和丝锥等。切削部分的作用是

用刀刃切除切屑，校准部分的作用是修光已切削的加工表面和引导刀具。

刀具工作部分的结构有整体式、焊接式和机械夹固式三种。整体结构是在刀

体上做出切削刃；焊接结构是把刀片钎焊到钢的刀体上；机械夹固结构又有两种，

一种是把刀片夹固在刀体上，另一种是把钎焊好的刀头夹固在刀体上。硬质合金刀

具一般制成焊接结构或机械夹固结构；瓷刀具都采用机械夹固结构。

刀具切削部分的儿何参数对切削效率的高低和加工质量的好坏有很大影响。

增大前角，可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，减小切屑流经前面的摩擦阻力，

从而减小切削力和切削热。但增大前角，同时会降低切削刃的强度，减小刀头的散

热体积。

在选择刀具的角度时，需要考虑多种因素的影响，如工件材料、刀具材料、

加工性质（粗、精加工）等，必须根据具体情况合理选择。通常讲的刀具角度，是指

制造和测量用的标注角度在实际工作时，由于刀具的安装位置不同和切削运动方向

的改变，实际工作的角度和标注的角度有所不同，但通常相差很小。

制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击

韧性和化学惰性，良好的工艺性（切削加工、锻造和热处理等），并不易变形。

通常当材料硬度高时，耐磨性也高；抗弯强度高时，冲击韧性也高。但材料

硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧

性，以及良好的可加工性，现代仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。

聚晶立方氮化硼适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等；聚晶金刚石适用于切

削不含铁的