数控刀具新科技发展近况与趋势

数控刀具新科技进展近况与趋势

一、数控刀具材料新产品科技近况与进展趋势

1、概述：

近年来，数控刀具材料基础科研和新产品的成果集中应用在高速

（超高速）、硬质（含耐热、难加工）、干式、精细（超精）数控机加

工技术领域。刀具材料新产品的研发在超硬材料（金刚石、表面改性涂

层材料、TiC基类金属陶瓷、立方氮化硼、A1203、Si3N4基类陶瓷），

W、Co类涂层和细颗粒（超细颗粒）硬质合金基体及含Go类粉末冶金高

速钢等领域进展速度较快。

2、超硬材料领域：

金刚石（钎焊娶晶、单晶）各类刀具已快速应用于高硬度、高强

度、难加工有色金（合金）及有色金属一非金属复合材料零部件的高速、

高效、干（湿）式机械切削加工行业中。其概况分述如下：

汽车、摩托车行业：聚晶、人造单晶金刚石面铳刀、键刀、车刀、

较刀、复合（组合）孔加工等数控刀具等正大量应用于高强度、高硬度

Si——A1合金零部件自动生产线上；

竹木地板、保具行业：聚晶、CVD厚膜沉积金刚石（复合片）立钱

刀、三面刃成形铳刀、面铳刀等类刀具正大量应用于高硬度复合竹木地

板、像具及门窗等零部件自动生产线上；

航空、航天、汽车及电子信息技术行业：金刚石CVD薄膜涂层数

控刀具（以整体WCo类硬质合金刀具为主）多应用于铳削、车削、钻削、

较削及钩削加工高强度铝合金（铸、锻）、纤维一金属层板、碳纤维热

塑性复合材料、镁合金、石墨、陶瓷等零部件，充足高速、高寿命、干

式机加工技术要求。各厂商正不断地改进金刚石涂层工艺技术，提高金

刚石薄膜与刀具基体的结合牢度和致密度；

精细（超精）机加工技术领域：单晶天然、人造金刚石刀具应用

于各种精密仪器透镜、反射镜、计算机磁盘、复印机（录像机）磁鼓等

工件的精细（超精、纳米级）车削加工；

单晶金刚石刀具还被应用于眼科角膜手术精细切割和印刷制板精

细雕刻等行业。

各厂商正在不断改进金刚石各类刀具的刃磨工艺技术、刃磨精度

及刃磨效率。

•表面改性涂层材料重要有：TiN、TiCN、TiALN、ALTiN、A1203、

CrN、ZrC、MoS2、WS2等，采纳计算机掌控PVD、PCVD、CVD涂层工艺技

术，将上述涂层材料用于对立铳刀、较刀、钻头、复合（组合）孔加工

刀具、齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、成形拉（推）刀及各种机夹可转位

刀片的表面改性涂层处理（基体为高速钢、WCo类硬质合金、Ti基类金

属陶瓷），充足高速、高寿命切削加工高强度、高硬度铸铁（钢）、锻

钢、不锈钢、钛合金、镁合金、镁合金、铝合金、粉末冶金、竹木等材

质工件的生产技术不同要求。刀具表面改性涂层工艺技术对于大幅度提

高数控刀具的切削性能，具有成本低、见效快的特点，该工艺技术可依

据各种切削加工技术要求，机动快捷地变换涂层材料，工艺技术较优。

各厂商正在不断提高涂层工艺技术、改进涂层材料及开发纳米级多功能

涂层材料，旨在不断提高涂层结合牢度、耐磨性、抗冲击韧性等，尽力

扩大应用范围。

•Ti基类金属陶瓷（TiCN系）各种机夹可转位车刀、铃刀、较刀、

铳刀、复合（组合）孔加工数控刀具及整体式立（球头）铳刀、较刀等

数控刀具正在应用于高强度、高硬度铸铁（钢）合金、锻钢合金、淬火

钢合金、耐热合金、粉末冶金零部件自动生产线上，以充足高速、高效、

硬质、干（湿）式精细机加工技术要求。各厂商正采纳添加不同的微量

元素及烧结工艺技术，研发新型金属陶瓷材料产品，旨在不断提高其抗

弯强度、抗冲击韧性、耐磨性。日本的金属陶鎏刀具已经占硬质合金刀

具总量的30%〜40虬世界上，该类刀具应用面也呈快速扩大的趋势。

•立方氮化硼聚晶复合片铳刀（面铳刀、玉米齿立铳刀、球头立

铳刀）、铃刀、车刀、较刀、复合（组合）孔加工等数控刀具（钎焊、

机夹可转位两种结构形式）大量应用于高强度、高硬度铸铁（钢）合金、

锻钢合金、淬火钢合金、粉末冶金等零部件自动生产线上，充足高速、

高效、硬质、精细机加工技术要求。

•A1203.Si3N4基类陶瓷（晶须增韧类）各种机夹可转位车刀、

铳刀等数控刀具应用于高强度、高硬度、耐磨铸铁（钢）、锻钢、高镒

钢、淬火钢、粉末冶金、工程塑料、耐磨复合材料等零部件生产线上，

充足高速、高效、硬质、干式机加工技术要求。目前，各厂商通过对

A1203、Si3N4基类陶鎏材料添加不同微量元素及创新生产工艺技术，研

发新型中、细颗粒陶瓷材料和功能梯度（多相）陶瓷材料产品，留在不

断提高其抗弯强度、抗冲击韧性。

3、W、Co类涂层和细颗粒（超细颗粒）硬质合金材料领城：

W、Co类细（中）颗粒硬质合金基体材料为适应各种表面改性涂层

材料的涂覆工艺技术要求添加各种微量元素，充足于各种机加工工艺技

术对可转位刀片切削性能的要求而进展的；超细颗粒硬质合金基体材料

研发和应用分两个方面：在电子、信息技术产业用于加工纤维一金属复

合层板材料工件的微型钻头、立铳刀，其基体材料向着高韧性方向进展,

表面涂覆金刚石薄膜，以加添刀具表面硬度和耐磨性；模具行业、飞机、

汽轮机、汽车等制造行业，用于切削加工高强度、高硬度铸铁（钢）、

锻钢、铝合金（铸、锻）、粉末冶金材料工件的整体式立（球头）铳刀、

专用挤压刀具、较刀（30mmV直径＞4mm）、钻头、复合（组合）孔加

工刀具等数控刀具，其基体材料向着高硬度、高韧性方向进展。一般不

涂层，多次重磨使用。

4、含Co类粉末冶金高速钢材料领城：

以改进制粉、热压工艺、添加微量元素创新的粉末冶金高速钢

（含Co类）材料，制成各种成形拉刀（整体式、组合式）、高速滚刀、

剃（插）齿刀、丝锥、波纹刃立铳刀、成形立铳刀及滚（挤、碾压）压

刀具，大量应用于轿车、摩托车、航空发动机、汽轮机等制造行业，加

工高强度、高硬度铸铁（钢）合金、合金结构钢（锻）、耐热合金钢、

不锈钢、整体铝合金（热锻）、高Si一—Al合金材料工件。依据切削

加工技术不同的要求，其表面分别配涂TiN、TiCN、TiALN、CrN、MoS2、

ZrC等涂层材料，充足高速、高效、硬质精密机加工技术要求。

数控刀具材料是较活跃的材料科技领城，其每一新产品的面市，

会使机加工技术跃上一个新台阶，各厂商历来非常重视该领城的研发科

技。

二、数控刀具新结构、新品种科技进展近况与趋势

1、概述：

近年来，数控刀具的科技成果重要体现在研发一刀多切削功能、

提高其刀刃切削性能方面，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加工切削技术要求。随

着零件毛坯制造技术进步，零件毛坯几何尺寸及切削余量掌控较为精准

明确，数控刀具新结构、新品种的研发重要集中在轻、中负荷切削范围

内，并以专用孔加工、拉削、滚（挤、碾压）压、铳削及车削等五类刀

具的变革较为活跃，配套研发其相应刀片断屑槽形。

2、数控工具系统：

近几年国际上显现了以“HSK”工具系统渐渐替代各厂商研发的其它

各类工具系统的进展趋势。欧州发达国家沿用德国DIN69893-1号HSK

工具系统标准，国际标准化组委会为其订立了ISO/DIS标准。HSK工具

系统具有动、静刚度高、定位（迥转）精度好、充许转速高

（150000p.r.m）等特点。既便于规箔工具管理，又总体上节省了工具

费用、降低生产成本。其首先应用于加工中心、数控键锐床，渐渐扩大

到各类车床（车削中心）、磨床（磨削中心）、数控专机及数控加工自

动生线上，使用范围几乎覆盖全部刀具领域。

3、孔加工刀具类:

在刀具门类中，孔加工刀具是一大家族，其小改小革层出不穷，

在此就其重要突出的新结构、新品种简要分述如下：

・数控钻头：

整体式钻头：钻尖切削刃由对称直线型改进为对称圆弧型（r=l

/2D）,以增长切削刃、提高钻尖寿命；钻芯加厚，提高其钻体刚度，

用"S"型横刃（或螺旋中心刃）替代传统横刃，减小轴向钻削阻力，提

高横刃寿命；采纳不同顶角阶梯钻尖及负倒刃，提高分屑、断屑、钻孔

性能和孔的加工精度；镶嵌模块式硬质（超硬）材料齿冠；油孔内冷却

及大螺旋升角（40）结构等。近来研制出整体式细颗粒陶瓷（Si3N4）、

Ti基类金属陶瓷材料钻头。

机夹式钻头：钻尖采纳长方异形专用对称切削刃、钻削力径向自

成平衡的可转位刀片替代其它几何形状、钻削力径向总体合成平衡的可

转位刀片，以减小钻削振动，提高钻尖自定心性能、寿命和孔的加工精

度。

•复合（组合）孔加工数控刀具：

集合了钻头、较刀、扩（钩）孔刀及挤压刀具的新结构、新技术,

整体式、机夹式、专用复合（组合）孔加工数控刀具研发速度很快。总

体而言：采纳镶嵌模块式硬质（超硬）材料切削刃（含齿冠）及油孔内

冷却、大螺旋槽等结构是其目前进展趋势。

・数控较刀：

大螺旋升角（45）切削刃、无刃挤压绞削及油孔内冷却的结构是

其总体进展方向，最大较削孔径己达400mm。

・镇刀：

单刃微调精密键刀正被多刃扩（钩）孔刀、较刀及复合（组合）

孔加工专用数控刀具替代。国外研制出采纳工具系统内部推拉杆轴向运

动或高速离心力带平衡滑块移动，一次走刀完成辕削球面（曲面）、斜

面及反向走刀切削加工零件背面的数控智能精密键刀，代表了镇刀进展

方向。

•丝锥：

研发出大螺旋升角（45）丝锥，其切削锥视被加工零件材料软、

硬情形，设计专用刃倾角、前角等。

•扩（钩）孔刀:

多刃、配置各种数控工具柄及模块式可调微型刀夹的结构形式是

目前扩（钩）孔刀具进展方向。

4、数控铳刀类：

整体式立铳刀：硬质合金立铳刀侧刃采纳大螺旋升角（62）结构,

立铳刀头部的过中心端刃往往呈弧线（或螺旋中心刃）形、负刃倾角，

加添切削刃长度，提高了切削平稳性、工件表精度及刀具寿命。适应数

控高速、平稳三维空间铳削加工技术的要求。

机夹式立铳刀：由各类机夹立铳刀的由可转位刀片（往往设有三

维断屑槽形）组合而成的侧齿、端齿与过中心刃端齿（均为短切削刃），

可充足数控高速、平稳三维空间铳削加工技术要求。

数控铳刀均已采计算机辅佑襄助设计、切削摸拟仿真及数控加工

技术成形制造。

机夹式数控面铁刀：刀体趋向于用轻质高强度铝、镁合金制造，

切削刃采纳大前角、负刃倾角，可转位刀片（几何形状多种）带有三维

断屑槽形。

数控铳刀、专用复合孔加工刀具均应用了高速退转体动平衡及安

全夹固技术，一些高速退转刀体上还应用空气动力学原理，利用旋风冷

切削刃，在干式切削加工时降低切削刃的温度，提高刀具寿命。

5、车刀、

切槽、切断类型车刀进展了集车端面、外园、仿形、切槽、切断、

倒角加工的一刀多功能车削刀具，刀片夹紧方式采纳镶嵌式弹性刀体、

切削力自位固定的结构，非常适用和新奇。

6、拉削刀具类：

在现代数控加工技术的支持下，研发出各种专用外轮廓精密成形、

组合拉刀