微細(xì)切削刀具及其相關(guān)技術(shù)研究進(jìn)展

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1、中國機(jī)械工程第21卷第14期2010年7月下半月微細(xì)切削刀具及其相關(guān)技術(shù)研究進(jìn)展劉志兵暋王西彬北京理工大學(xué)先進(jìn)加工技術(shù)國防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室,北京,100081摘要:微細(xì)切削是實(shí)現(xiàn)金屬、合金、復(fù)合材料、陶瓷、玻璃、硅等多種工程材料微小型結(jié)構(gòu)件微細(xì)加工的有效技術(shù)途徑,微細(xì)切削刀具的設(shè)計(jì)與制造是其中的基礎(chǔ)性關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)合國內(nèi)外關(guān)于微細(xì)切削及其刀具的研究進(jìn)展,從刀具材料、刀具設(shè)計(jì)思想、刀具精確成形方法、表面涂層處理等方面分析了微細(xì)切削刀具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。同時介紹了刀具安裝調(diào)整、變形補(bǔ)償、切削狀態(tài)監(jiān)控、刀位路徑優(yōu)化,以及刀具磨損和破損失效特征、機(jī)理與預(yù)報(bào)等

2、微細(xì)切削刀具相關(guān)技術(shù)。關(guān)鍵詞:微細(xì)切削;刀具設(shè)計(jì);刀具制造;磨損;破損中圖分類號:TG501暋暋暋文章編號:1004—132X(2010)14—1758—06State-of-the-artofMicroCuttingToolandItsRelatedTechnologiesLiuZhibing暋WangXibinKeyLaboratoryofFundamentalScienceforAdvancedMachining,BeijingInstituteofTechnology,Beijing,100081Abstract:Microcuttingtool

3、isthekeyandfundamentaltechnologyofmicrocuttingwhichisaneffectivemicromachiningtechnologyformicrostructuremadeofmulti-materialssuchasmetal,alloy,compositematerial,ceramic,glassandsilicon.Thestate-of-the-artofmicrocuttingtoolwerereviewedherein.Designandmanufacturetechnologyofmicroc

4、uttingtoolwereanalyzedfromtheviewpointofadvancedcuttingtoolmaterial,designphilosophy,fabricationmethodandcoating.Furthermore,relatedtechnologiessuchasadjustment,deflectioncompensation,toolconditionmonitoring,toolpathoptimizationaswellascharacteristics,mechanismandestimationofwear

5、andbreakageofmicrocuttingtoolwereintroduced.Keywords:microcutting;cuttingtooldesign;cuttingtoolmanufacture;wear;breakage0暋引言1暋典型微細(xì)切削刀具微細(xì)切削是一項(xiàng)在精密與超精密的切削機(jī)床上,借助高精度的切削刀具,利用機(jī)械力的作用對微細(xì)切削刀具不是傳統(tǒng)切削刀具在整體尺度金屬、合金、復(fù)合材料、陶瓷、玻璃、硅等工程材料或局部特征尺度上的簡單縮小,而是針對微細(xì)切進(jìn)行微量去除,獲得微小尺度零件或結(jié)構(gòu)的微細(xì)削的特點(diǎn)和加工機(jī)理,面向多種工程材料微小零

6、加工技術(shù)。件或結(jié)構(gòu)具體加工需求的一類特種切削刀具。美國、德國、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家對微細(xì)切削刀具的近年來,隨著微細(xì)切削技術(shù)在國防軍工、航空基礎(chǔ)研究與技術(shù)開發(fā)比較重視,相繼研制出一系航天、儀器儀表、汽車、能源動力、生物醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)列微細(xì)切削刀具(表1),有力地推動了微細(xì)切削領(lǐng)域應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大,對于具有極小特征尺技術(shù)的進(jìn)步。但由于微細(xì)切削刀具涉及的理論與度的小直徑銑刀和鉆頭、微輪廓成形車刀、小模數(shù)技術(shù)領(lǐng)域眾多,目前國內(nèi)外關(guān)于微細(xì)切削刀具的齒輪加工刀具等微細(xì)切削刀具的需求顯著增加。設(shè)計(jì)理論和規(guī)范、制造方法和工藝、作用機(jī)制和失目前,與微細(xì)切削刀具密切相關(guān)的刀具-

7、工件摩[1][2]效機(jī)理,以及刀具應(yīng)用技術(shù)的研究仍處于探索階擦、刀具鈍圓半徑效應(yīng)、刀具磨破損特征與機(jī)段,相關(guān)理論體系和技術(shù)手段均不健全,尚不能從[3]理等刀具作用機(jī)制,精密微細(xì)磨削、電火花線電根本上滿足微細(xì)切削對于刀具的要求。極磨削(wireelectrodischargegriding,WEDG)、聚焦離子束濺射、激光束刻蝕等微細(xì)切削刀具成2暋微細(xì)切削刀具的材料技術(shù)[4飊5][6]形方法,以及刀具安裝調(diào)整、刀具變形補(bǔ)償、為了保證良好的綜合加工性能,微細(xì)切削的[7飊8][9飊10]刀具切削狀態(tài)監(jiān)控、刀位路徑規(guī)劃等刀具刀具材料主要選用高性能高速鋼、細(xì)晶粒與

8、超細(xì)應(yīng)用技術(shù)是國內(nèi)外微細(xì)切削領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。晶粒硬質(zhì)合金、PCD和單晶金剛石等。