10年来的20项重大技术发展

　　十多年来，中国金属加工领域取得了巨大技术进步，这些成就的获得主要归功于在刀具材料、涂层技术、驱动技术、测量、监控和CNC等诸多技术领域里不断的技术创新，由此加速了新型机床的不断问世，推动了金属加工进一步向高速、高效、高精度和智能化发展。

　　这些技术过去10年来在中国金属加工业得到了广泛应用，提高了生产效率，改善了赢利水平，解决了生产难题，提供了新的方法，拓展了新的加工领域等。有许多技术不仅代表着金属加工业的过去，也开启着未来。

　　1．涂层刀具和涂层技术

　　由于涂层可以改变切削刀刃上整个切屑的成形过程，因此，刀具涂层对刀具性能的改善和加工技术的进步起着重要作用，致使涂层刀具成为现代刀具的标志。通过刀具涂层，可以减少刀具磨损、提高切削速度、减少摩擦热、避免形成积屑瘤、提高加工表面质量、减少对硬质合金刀体的热传导和提高刀具耐用度等，使涂层刀具在切削加工得到广泛应用，特别在干切削和硬加工中起着十分重要的作用。

　　近年来，涂层刀具的使用越来越多，而涂层材料的种类也日益增多，如硬涂层有：TiN、TiCN、TiAlN、AlTiN、Al2O3、AlCrN、CrN、Zr（CN）和多晶体金刚石等；软涂层有：WC/C、MoS2等。主要的涂层刀具制造厂家有：Sandvik Coromant、Kennametal、SECO、Mapal、Walter等。

　　为了在刀体上牢固地沉积涂层，目前主要是采用CVD和PVD工艺，通过新的研究，开发了中温CVD和PCVD（等离子体化学气相沉积）等先进工艺。目前从事涂层的专业厂家主要有CemeCon、Balzers、Fraisa等。

　　2.机电受控刀具

　　微电子技术与刀具技术的结合，不仅为受控刀具的开发开拓了新的途径，并且更为刀具的智能化提供了可能。这种应用微电子技术开发的机电受控刀具，是在刀体中装有用于刀具移动或进给的伺服电动机，并通过非接触式的电流传输和数据传送将刀体中的伺服电动机与机床的CNC控制系统连接起来，这就使这类机电受控刀具能够实现刀具通常不能完成，而由机床或由设在机床主轴中的附加装置来完成的一些功能，从而为这种刀具的多方面应用创造了条件。

　　由于集成了NC轴，使这类机电受控刀具成为加工中心的一个附加的和可更换的U轴。目前，由Komet和Mapal公司开发的这类机电受控刀具，既可用来实现车端面、切槽、扩孔和铰孔等工序，又可与Z轴进行直线插补和圆弧插补而用来进行轮廓（斜面、圆弧、球面等）加工。

　　这类机电受控刀具装上相应的传感器（测量加工的实际直径和切削力），就可对刀具的磨损进行补偿或对刀具的耐用度进行监控。
目前，这种机电受控刀具已应用于对缸盖的气门阀座和导管孔的综合加工（如德国Makino和Grob公司在加工缸盖设备上已应用了这种刀具）。

　　3.HSK刀柄

　　对于高速加工，机床主轴和刀具之间的接口具有特别重要的意义。由德国亚琛工业大学牵头，组织大学、科研机构、供应商等开发的HSK空心锥柄。通过其刀柄锥面（1∶10）和法兰端面在主轴上进行双向定位和夹紧，与传统的7∶24刀柄（SK）相比，具有较高的静、动态刚度、较高的轴向和径向定位精度、较小的重量和较短的换刀行程，因此特别适合于应用在高速加工场合。

　　1996年，HSK刀柄被列入德国DIN标准，并于2001年12月成为国际ISO 12164标准，为全球广大厂商所采用。

　　近年来，Mapal公司开发了一种“HFS”刀头更换系统，这种系统通过锥面、端面支承以及传动块和夹紧螺栓，可使切削刀头连接在HSK刀柄的刀杆上，具有很高的更换重复精度，这种特别高的精度（＜3μm＝使标准刀头能方便地进行更换。

　　4.热胀冷缩式刀夹

　　刀夹是机床主轴和刀具之间的连接装置。在上世纪90年代中期，为满足高速加工时对刀夹提出的夹紧可靠和圆跳动小的要求，开发出了热胀冷缩式刀夹。这种刀夹具有回转对称的结构和小于0.003mm的圆跳动（在其检验棒3×d悬伸处测得）。最初采用热空气加热，目前均采用电感应加热。德国Bilz、Kelch和Schunk等公司均能提供这类刀夹。目前，在加工模具的加工中心上已普遍使用这种刀夹。

　　5.电主轴

　　电主轴（内装式电机主轴）是机床的重要功能部件，特别是高速主轴被公认为是高速加工机床最重要的部件。它是一种智能型的功能部件，不但转速高、功率大，而且要配备一系列能控制主轴温升及振功等功能的相关装置，以保证其高速运行时的安全性及可靠性。电主轴最早应用于高速磨头上面，至上世纪90年代初，逐渐应用于车、铣、钻等加工领域。

　　电主轴的应用，极大推动了机床加工速度的提高。上世纪80年代末，加工中心最高主轴转速为6000～10000r/min，随着主轴轴承和润滑技术的发展，现在加工中心的主轴转速普遍达到15000～24000r/min。用于模具的加工中心主轴转速则高达42000r/min。 <