金刚石刀具在数控机床中的应用

机加工中刀具的使用和发展情况

摘 要：随着材料工业及精密机械工业的发展，精密切削、超精密切削和难切削材料使用的增多，超硬刀具材料的应用日益广泛。本文通过分析超硬刀具材料的发展状况，对主要品种的应用进行探讨。

关键词：超硬刀具 刀具材料 金刚石

一、超硬刀具材料发展概况

超硬刀具材料是指天然金刚石及硬度、性能与之相近的人造金刚石和cbn(立方氮化硼)。由于天然金刚石价格比较昂贵，所以生产上大多采用人造聚晶金刚石(pcd)、聚晶立方氮化硼(pcbn)以及它们的复合材料。

早在20世纪50年代，美国就利用人造金刚石微粉和cbn微粉在高温、高压、触媒和结合剂的作用下烧结成尺寸较大的聚晶块作为刀具材料。之后，南非戴比尔斯(debeem)公司、前苏联和日本也相继研制成功。20世纪70年代初又推出了金刚石或cbn和硬质合金的复合片，它们是在硬质合金基体上烧结或压制一层0.5mm～1mm的pcd或pcbn而成，从而解决了超硬刀具材料抗弯强度低、镶焊困难等问题，使超硬刀具的应用进入实用阶段。

我国超硬刀具材料的研究与应用开始于上个世纪70年代，并于1970年在贵阳建造了我国第一座超硬材料及制品的专业生产厂第六砂轮厂，从1970—1990年整整20年中，超硬材料年产量从仅46万克拉增至3500万克拉。上个世纪90年代前后，不少超硬材料生

产专业厂从国外引进成套的超硬材料合成设备及技术，使产量得以迅速提高，至1997年，我国人造金刚石年产量就已达到5亿克拉左右，cbn年产量达800万克拉，跃居世界超硬材料生产大国之首。

金刚石具有极高的硬度和耐磨性，其显微硬度可达10000hv，是刀具材料中最硬的材料。同时它的摩擦系数小，与非铁金属无亲和力，切屑易流出，热导率高，切削时不易产生积屑瘤，加工表面质量好，能有效地加工非铁金属材料和非金属材料，如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、末烧结的硬质合金、各种纤维和颗粒加强的复合材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃和各种耐磨的木材(尤其是实心木和胶合板等复合材料)。

科　科ｊ技ｌ论Ｉ坛　

浅析数控加工刀具的正确选择及运用　

钱鹏　

（江苏省盐城技师学院数控系，江苏盐城２２４０００）　

摘要：数控机床所用的刀具有许多性能上的要求，只有达到这些要求才能使数控机床的效率真正发挥出来。数控加工所用的刀具不仅要求精　

度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便，道具的材料也极大的影响着切削性能。所以数控机床的刀具需正确合理地选用。　关键词：￣－ｌｇ．选择；刀具结构；切削用量；材料　

１数控刀具的分类　

１．１数控刀具根据结构可分为：　

（１）整体式。刀具为一体，由一个胚料制造　而成，不分体；（２）镶嵌式。采用焊接或机夹式联　

接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；（３）　特殊型式。如复合式刀具、减震式刀具等。　

１．２根据制造刀具所用的材料可分为：　（１）高速钢刀具。有足够的强度和韧性，有　

较好的工艺性。目前高速钢作为主要的刀具材　料已经被较为广泛的的应用于各种铣刀、丝锥、　

钻头等刀具的加工。（２）硬质合金刀具。与高速　钢刀具相比硬度高、耐磨性好、耐热性高、允许　

的切削速度比高速钢高５—１Ｏ倍。因此常用于高　速的切削加工，例如加工中心中的大进给、小切　

深、无切削液的精加工。（３）金刚石刀具。耐磨性　好摩擦系数是目前最小的。但由于其硬度较高，　

不能加工成任意的形状，因此主要用于磨削类　刀具，如金刚石砂轮等。同时由于金刚石会与某　

些材料发生化学反应，在加工中需特别注意。　

（４）其他材料刀具。如立方氮化硼刀具、陶瓷刀　具等。（５）涂层刀具。通过化学或物理方法在表　面涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物。如　

ＴｉＣ涂层、ＴｉＮ涂层、Ａｌ　，涂层、ＴｉＮ和ＴｉＣ复合　涂层。　

１．３从切削工艺上可分为：　

（１）车削刀具；（２）钻削刀具：（３）镗削刀具；　

（４）铣削刀具。　

２刀具选择应考虑的主要因素　（１）被加工工件的材料、性能：金属、非金　

属，强度、刚度、塑性、韧性及耐磨性能等。（２）加　工工艺的类别。车削、钻削、铣削、磨削等。（３）加　

金刚石木工铣．７２专用线切割机　及数控系统的研究　

权喜，金维洙，腾玉彬　（东北林业大学，黑龙江哈尔滨１５００４０）　摘要：介绍了五轴金刚石木工铣刀线切割机的加工特点以及新增数控分度回转轴的机械结构和控制系统，　并研究了该线切割机数控系统的硬件和软件构成。　关键词：金刚石铣刀；数控分度；线切割机；控制系统；　中图分类号：ＴＳ６４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—４４６２（２００６）０８—００１０—０４　Ｔｈｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｓｐｅｃｉａｌ　ＷＥＤＭ　Ｍａｃｈｉｎｅ　ｆｏｒ　ＰＣＤ　Ｗｏｏｄｗｏｒｋｉｎｇ　Ｍｉｌｌｉｎｇ　Ｃｕｔｔｅｒｓ　ａｎｄ　Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ＱＵＡＮ　Ｘｉ，ＪＩＮ　Ｗｅｉ－ｚｈｕ，ＴＥＮＧ　Ｙｕ－ｂｉｎ　（Ｎ０ｒｔｈｅａｓｔ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｈａｒｂｉｎ　１５００４０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｉｎ　ｆｉｖｅ－ａｘｉｓ　ＷＥＤＭ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｆｏｒ　ＰＣＤ　ｗｏｏｄｗｏｒｋｉｎｇ　ｍｉｌｌｉｎｇ　ｃｕｔｔｅｒｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ＣＮＣ　ｄｉｖｉｄｉｎｇ　ｒｏｔｏｒ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅｓ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ＷＥＤＭ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＰＣＤ　ｍｉｌｌｉｎｇ　ｃｕｔｔｅｒ；ＣＮＣ　ｄｉｖｉｄｉｎｇ　ｈｅａｄ；ＷＥＤＭ　ｍａｃｈｉｎｅ；ＮＣ　ｓｙｓｔｅｍ　

近年来，由于地板行业的迅速发展，特别是俗称　“金刚板”的强化木地板迎合了现代人快节奏和轻松便　捷的生活方式，成为２ｌ世纪地面装饰材料的“生力　军”。强化木地板的表层含三氧化二铝，表面硬度极　高，传统刀具无法加工，必须采用高精度的金刚石刀具　

机床特点：

超精密单点金刚石车床具有超精密加工的特点，利用计算机数控单点金刚石车削

技术，非球面光学零件加工技术。在超精密数控车床上，采用天然单晶金刚石刀具，在

对机床和加工环境进行精确控制条件下，直

接利用金刚石刀具单点车削加工出符合光学质量要求的非球面光学零件。单晶金刚石

刀具与有色金属亲和力小，其硬度、耐磨性以及导热性都非常优越，且刀具刃口极为锋

锐，刃口半径为0.5～0.01um，车削时金刚

石刀具与工件单点或接近单点接触，切削深度多在lnm至数微米 加工元件表面粗糙度可达纳米级，面形精度

可达λ/10量级，口径最大可达到400mm,可

加工各种高精度平面、球面、非球面及离轴元件和自由曲面元件。可加工铜、铝、单晶

锗、硒化锌、树脂、PMMA等材料。在三轴联动模式下还可加离轴元件、柱面、子午面等

非回转对称元件和自由曲面；配以特殊刀具可以实现微结构元件的加工，如各种衍射元

件和菲涅尔透镜等。

机床设计特点 ● PA开放式操作系统；

● 天然花岗岩基座，保证机床长久稳定

性； ● 超精密高刚性空气静压主轴；

● 超精密液体静压导轨，具有较好的刚性和阻尼性；

● X/Z轴均采用直线电机驱动，全闭环控

制； ● 气浮支承隔振系统最大的减少外界振

动干扰；

主要技术指标：

（1）Z轴 最大行程： 210mm

直线度： 0.2μm/100mm

定位精度 0.5μm±0.5μm×Lmm/100mm

重复定位精度： 0.3μm 分辨率： 10nm 最大进给速度： 20mm/s

（2）X轴 最大行程： 210mm

直线度： 0.2μm/100mm 定位精度 0.5μm±0.5μm×

Lmm/100mm

重复定位精度： 0.3μm 分辨率： 10nm

最大进给速度： 20mm/s （3）C轴

高精度气浮轴承回转精度 0.1μm

转速 0-3000rpm 转角定位精度 30″

转角重复性定位精度 10″

联系电话：133****9700