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我国数控刀具与测量仪器技术的现状与发展

 
 


目前,我国数控工具和仪器的发展滞后于数控机床的发展,已成为阻碍我国数控切削技术和数控切削机床发展的瓶颈。改变现状势在必行。

“十一五”期间,中国制造业重大项目包括与国民经济和民生有关的能源,汽车,航空航天等重要领域,以及主要装备制造业的典型和关键部分。在这些行业。特点是:大,重,复杂,精确。新型难加工材料(如硅铝合金,钛合金,高强度耐热钢,碳纤维和复合材料)的切削加工占很大比例。这给数控加工技术和数控切割机设备带来了新的挑战。它还对数控工具和数字测量技术及测量仪器提出了新的要求和挑战,并提供了新的发展机遇和阶段。目前,我国数控工具和仪器的发展滞后于数控机床的发展,已成为阻碍我国数控切削技术和数控切削机床发展的瓶颈。改变现状势在必行。

为了解中国主要机械设备制造业数控机床和测量仪器的需求和应用现状,为进一步明确国内数控刀具和测量仪器在关键零件切削加工中的现状。它与国外先进技术和产品的差距,以帮助客观和科学的确认:在“十一五”期间和未来一段时间,中国的工具行业在数控工具和数字测量仪器领域研究方向和方向,2008年6月,笔者有幸参与了中国机床工业协会组织的核电风电设备制造和工具制造厂家的调查,以及中国数控工具的现状和测量仪器在国家重要机械设备制造业。而发展则有更深刻的感受。 #页#

一,数控工具和数字测量仪器在核电风电设备制造业中的应用现状

能源设备制造,特别是核电和风电设备制造等清洁能源,近年来发展迅速。发电设备中的一些典型关键部件,如汽轮机叶片,转子轮槽和涡轮发电机转子编织槽,是因为待加工材料是难加工材料,如耐热高强度合金。钢和不锈钢。切削负荷很重,并且非常需要数控工具的切削性能,例如高温红硬度,弯曲剪切强度,耐磨性,耐粘附性,摩擦系数等。同时,高精度复杂型材的切割对CNC工具本身的精度提出了更高的要求。因此,这些典型发电设备的加工和测试,在一定程度上代表和反映了先进切削技术和先进数控工具,先进数字测量技术和测量仪器的最新成果和水平,工具制造业的关注。此外,高精度,大型风电传动齿轮箱齿轮成形加工和测量,以及传动滚动螺杆硬切削成形工艺的新技术,也深受打动。1.汽轮机叶片型材的数控加工

目前,汽轮机叶片的五轴联动数控加工工艺已得到广泛应用。汽轮机叶片数量多,规格大,轮廓形状复杂,精度高,加工困难。具有耐热性,高强度和耐腐蚀性的高性能合金钢工件增加了切削难度。因此,CNC工具的可转位刀片基座的材料和涂层性能非常高。目前,大多数工厂加工仍使用国外碳化物涂层刀具/刀片。在研究中,可以理解,整体锻造冲击式涡轮机的叶轮叶片的加工尚未得到解决。关于汽轮机叶片的形状精度的检测,坐标测量通常由坐标测量机执行,例如用于CMM的测量和叶片参数分析的PC-DMIS BLADE软件;或者在现场采用光学间隙法进行采样,但之后缺乏定量判断。该公司希望提供可轻松应用于生产现场的数字仪器,并可快速准确地测量批量刀片。

2.涡轮转子桉木轮槽的数控加工

用于加工汽轮机转子的草皮式轮槽的成形铣刀具有高精度,轮廓线的精度达到微米级。目前,桉树型轮槽铣刀(M42高速钢基TiAlN涂层)的定制(包括汽轮机厂自行开发)的切削性能和精度基本可以满足用户的需求,它正在逐步进入生产现场以取代进口。

3.涡轮发电机旋转轴槽的数控加工

涡轮发电机轴嵌入槽使用特殊的可转位转子槽铣刀在CNC转子槽铣床上加工。由于轴采用高强度合金钢制造,切削槽深,铣刀直径大,切削速度快,切削负荷大,非再磨削数控碳化物涂层质量好刀片很高。生产基地仍然以外国工具产品为主。

4.风力传动齿轮箱齿轮的数控加工

风力发电设备清洁,环保,可再生,近年来在中国发展迅速。为满足风电传动齿轮箱高精度大模量硬齿面齿轮批量生产的要求,齿轮数控成形技术和设备得到了推广和应用。中国重要的风电齿轮箱开发制造基地南京高速齿轮箱厂,采用先进的齿轮成型干磨技术和成型磨削技术,以及相应的大型CNC数控成形齿轮铣床和CNC数控成形齿轮磨床生产设备是为了实现高品质风电齿轮箱产品的快速增长。在加工过程中和完成后,对每个齿轮进行规定的精度检测和监控,这是制造高性能,长寿命风力传动齿轮箱的重要保证。 Grison-Pfalz大型成形磨齿机采用数控机上齿轮测量装置,可对齿廓进行在线扫描测量,齿轮齿偏差;新型Klingberg P300 3米座椅CNC齿轮测量仪可以高精度测量齿轮加工的几何精度。该仪器采用工作面气浮技术,便于重型工件的安全装配和调整。高精度光栅传感器探头可以快速校正工件安装偏心,实现软件补偿。值得一提的是,国内大型数控成形齿轮铣床和数控铣刀头已在工厂应用。5.传动滚珠丝杠的CNC加工

近年来,南京工艺设备厂引进了德国先进的滚珠丝杠硬切削成形技术和数控切割设备。 CBN成型铣刀板用于淬硬钢筋的精密车削和硬切削,传动滚珠丝杠的精度一次完成。成型加工。由于它不使用冷却液,因此符合环保要求并实现高效,高性能的加工。值得一提的是,国产激光滚动螺杆检测仪已在工厂得到很好的应用。 #页#

二,中国刀具制造业数控机床刀具与测量仪器技术的现状与发展

这次,我们调查了三大工具行业的主要制造商:上海工具厂有限公司,哈尔滨量具工具集团有限公司和哈尔滨第一工具制造有限公司。我深深感受到中国的经济实力发展迅速,尤其是机械制造业多年的快速发展,为中国的工具制造业创造了前所未有的机遇。国家“十一五”规划的启动和重大特殊项目提供了新的发展机遇。根据各自的特点,相关工厂制定了短期发展政策和长远发展战略目标,并已实施了实施阶段,取得了显着成效,加快了技术进步,不断提高产品质量,提高企业竞争力。和可持续发展能力。增强。

总之,有几个特点:

1,立足传统强势产品,加大技术改造投入,引进先进技术,产品和设备,提高质量,扩大规模,树立和巩固行业主导地位。

根据上海工具厂制定的发展目标,有计划地投入大量技术改造,引进和发展自己的先进硬质合金孔加工工具和丝锥加工数控设备和技术,先进的超硬工具CNC制造设备。技术,先进的数控刀具/刀片涂层设备和技术,以及高速钢热处理技术。在消化吸收的基础上,积极开发创新,重视数控刀具制造核心技术的开发和发展,提升产品结构,确保加工工具和龙头产品在行业中的领先地位。新一轮技术改造投资发展规划的实施,为公司快速发展做出了积极贡献,成为国内生产规模最大,产品种类最齐全,配套能力最强的工具制造企业。在过去的十年中,公司不断加强在齿轮测量仪器,表面粗糙度测量仪器和轮廓测量仪器等精密仪器的开发和制造方面的优势,并成功开发出国内最大的2米数控齿轮测量仪器,已成为中国最具竞争力的。精密测量仪器制造商。 2005年,通过收购德国凯仕公司,引进国外先进的设计和制造技术和专利,迅速建立先进,双面约束定位和夹紧HSK刀具系统生产线,并形成批量生产;快速制造CCD数控刀具预调节测量仪器该系列产品的生产车间每年可生产500-600台,并已批量出口到欧洲。成功的合并,引进,开发和创新以及本地化使Haliang能够在精密测量仪器方面迅速建立其在该国的领先地位。它在相关技术和产品方面迅速缩小与国际先进水平的差距。

哈一公通过了国债技术改革(两年投入数亿元),建新工厂,投资新设备,改变了面貌。特别是在拳头产品拉刀,国外先进的数控拉刀磨床和检测仪器的引进,为了在国内继续领先,可转位刀具和齿轮滚刀等数控刀具的传统优势得到进一步加强。硬质合金弧齿锥齿轮铣刀和新开发的数控圆柱齿轮成形铣刀已成功应用,深受用户好评。株洲钻石刀具有限公司近年来已投资10亿元。它引进了一整套先进的制造技术和设备,以实现整体硬质合金刀具和CNC可转位刀片(包括硬质合金材料和CNC刀具)领域的产品开发能力。并且制造质量得到了很大提高,成为国内竞争力最强,研发投入最大,生产规模最大的耐磨数控刀具/可转位刀片制造企业。

2.根据工具行业的发展,我们将扩大上下游延伸技术和产品领域。为了更好地满足和适应市场/国家发展需求,为实现企业战略发展目标奠定基础。

株洲钻石以硬质合金原材料和半成品制造为基础,已发展成为数控刀具和可转位刀片的深加工领域,成为中国最大的硬质合金刀具制造商。上工计划从工具制造发展到工具材料(硬质合金)制造,高档数控工具制造设备制造等。目标是在中国建立领先的大型综合金属切削刀具制造商,整合刀具研究,制造业和国内领先的服务公司之一。3,注重关键技术的基础,共性,研究和开发,积极开展国家和地方科技攻关项目,建立“生产,学习,研究”研发体系,快速提升创新能力和技术/产品优势企业。

近年来,研发资金占销售收入的4%以上,已开发出30多种新产品,已发放165项专利。 2005年,他为国家863计划起草了“HSK工具锥测量工具”标准。 2006年,他承担了哈尔滨“高速数控机床HSK刀具系统的研究与应用”。 2007年,承担了国家标准“刀具预调测量仪”的制定和哈尔滨市“数控与CCD自动瞄准高精度刀具预调测量仪”的科技攻关项目。近年来,上工承担了中华人民共和国科技部创新基金,“精密复合孔加工工具和汽车制造业高效复合涂层工具的开发”,上海经济技术研究院“工具研发计算机平台建设”和“高速切削涂层工具”项目。 “研发”,“高效精密数控刀具制造和应用技术”等,获得了多项刀具涂层专利。

4,通过收购兼并,专业人才和技术引进,优化资源整合,提升公司整体实力。哈良于2005年成功与德国凯士公司合并,奠定了国际级HSK刀具系统和数控刀具预测量测量仪器批量生产的制造和开发技术和能力。上工依托上海吉友有限公司在香港上市筹集资金。 2007年,公司投入巨资开发“数控刀具生产技术改造项目”。通过与意大利公司SU公司的合作,公司引进了先进的齿轮工具制造技术和专有技术,并增强了齿轮刀具制造的实力。

通过研究,我们认为工具行业的技术水平和生产规模已经快速发展和进步,我们也看到与国外先进水平的差距仍然很大。在风能和核电等能源设备制造业中,用于切割关键部件的数控工具和测量仪器几乎完全被国外产品垄断。主要制造商有山特维克,肯纳,伊斯卡,赛科等。国内工具主要用于非关键零件和粗加工和半精加工工艺。与国外产品相比,除了切削性能指标差距较大外,更大的问题是质量不稳定,不可靠,产品性能高度分散。此外,用户服务的差距很小。中国主要的数控切削技术和数控刀具的研发和制造,与国外的主要差距体现在以下三个方面:(1)数控切削的基本理论和技术,特别是微观质量控制技术,与材料有关学科金相结构分析与质量控制技术,深入研究新型难加工材料的切削机理和技术。 (2)数控刀具制造技术和设备,特别是在关键制造工艺和工艺稳定性方面进行质量控制,如超细晶粒硬??质合金基体,涂层工艺质量控制,超硬刀刃加固技术等。设备:开发与开发数控刀具磨床,边缘强化设备和涂装设备。 (3)数控刀具应用技术和实验研究,针对不同行业,用户需求,特别是新型难加工材料,如高温合金,钛合金,硅铝合金,复合材料等工件加工,提供用户具有科学,可靠和实用的信息平台,可用于切削参数的可行数控刀具/可转位刀片和切削数据库。

在衡量工具方面,与国外的差距更大。在本次调查中,显然在以下三个技术领域存在较大差距:(1)数控机床测量技术和仪表,特别是以激光测量系统为代表的高精度动静态数控机床的精度和性能。测试技术和精密补偿技术。 (2)数控刀具测量技术和仪表,特别是高精度数控数控刀具测量技术,数控刀具在线测量技术,以及数控刀具预调节测量技术和仪器。 (3)适用于生产现场的机上/在线数字测量技术和仪器,特别是用于复杂精密轮廓加工的机上测量和反馈校正补偿技术和装置,如数控成形齿轮磨床测量和测量技术和设备,汽轮机现场叶片在线测量技术与设备。

为了尽快缩短和赶超国外先进水平,在国家政策的指导和支持下,选择涉及工具行业技术发展的关键技术开展研究项目,将提升中国工具业的竞争力及其维持发展的能力。适应国家装备制造业的发展需求具有重要意义。在国家的支持和行业企业自身的努力下,中国的工具行业完全有可能大大加快缩小与国外先进水平差距的进程。 #页#第三,装备制造业需要对工具行业进行分析

1.用于高速数控机床的新工具系统—— HSK适用于高速和高精度切削,双面夹紧和定位刀具系统。以HSK为代表的双面夹紧定位新刀具系统是为了适应当今高速,高精度的精密数控加工技术。开发满足高端数控切割机床的先进加工性能要求。新的刀具系统的特点是,当拧紧与机床主轴的连接时,锥形表面和端面同时接触和定位,以实现双侧约束的过度定位,从而提高动态刚性/连接性。高速加工时的数控机床主轴 - 刀具系统。强度和定位精度。典型的例子是已成为国际标准的HSK工具系统和Sandtoc Capto工具系统。

国内许多企业都进行了少量的HSK工具系统的试生产和生产。由于缺乏对关键技术的深入研究和开发,尚未形成完整的制造技术和大规模生产能力。 2005年德国凯仕公司合并后,哈吉逐步掌握了从产品设计到动平衡和精密检测的HSK刀具系列批量生产技术和工艺。现在它的年产量超过50,000。该套装(全部出口)的能力取得了显着成效。当然,大规模生产技术,工艺路线,产品质量检测和控制仍存在不足,仍有必要继续吸收和创新,以进一步缩小与国外的差距。上海工具厂和四川莺歌也能够小批量生产HSK锥柄数控刀具,为上海通用汽车等用户提供服务。收购上海附件1工厂后,上工有能力批量生产传统的工具系统。规划了“高速数控机床新型刀架系统项目”,引进设计制造技术,人才和关键设备,实现HSK刀年产量。生产能力为20,000件手柄夹头。事实上,中国尚未建立国家和行业级HSK工具系统测试系统,基准交付系统,各级物理基准,以及产品质量认证体系。这项工作是必不可少的,应该尽快计划和实施。

2.高效的可转位刀具系列和超硬刀具高效的可转位刀具系列和超硬刀具是CNC刀具中非常重要的领域。应用范围广泛,涉及不同应用领域的关键技术和研究内容将有所不同。:可采用可转位刀片基材,涂层要求,刀片几何参数,刀片夹紧方法,整体刀具结构设计等都将大不相同,技术难度大,研究内容多。此外,3D断屑槽可转位刀片的设计和制造技术,包括精密坯料的压制和烧结以及边缘强化,都是悬而未决的问题。硬切削,超精密切削和新材料切削,包括复合材料,进一步推动了超硬刀具的需求和发展。在开发和生产高质量的超硬工具材料方面,中国仍存在很大差距。即使对于国内超硬刀具,大多数超硬刀片(PCD,CBN)材料都是从GE和戴比尔斯进口的。采用三维形状超硬刀片是近年来超硬刀具发展的新趋势,其制造工艺难度较大。在高效率可转位刀具系列方面,株洲钻石,厦门金鹭,自贡硬质合金,陕西硬质,成泉等国内企业均已生产。其中,株洲钻石规模最大,实力最强,总体水平最高。据说CNC数控可转位刀片生产线已达到世界一流水平。该研究中心成立于近几年,包括设计开发,使用技术研究,材料性能测试和切割实验设备,具有良好的开发平台。上工是在开发和生产超硬工具,拥有更成熟的设计和加工经验,先进精密的制造设备和成功的服务应用效果。

3.超细晶粒整体硬质合金涂层刀具系列超细晶粒整体硬质合金涂层刀具用于汽车工业,航空航天和能源工业。目前,整体硬质合金涂层刀具用于关键的数控机床。其中大多数都是由进口刀具垄断的。国产刀具通常从超细晶粒硬??质合金棒材中进行加工,其开发受到限制。近年来,我国一些具有整体硬质合金粉末生产能力的工具厂,如株洲钻石,厦门金鹭,陕西硬质等,通过技术改造,技术和设备的引进,开发出超细晶粒硬??质合金刀具材料。获得初步成果(达到亚微米级别。近年来,采用先进的纳米涂层技术,工具性能质量得到显着提高。工作计划将实施“超细晶粒整体硬质合金涂层刀具项目” “实现超精细开发模具硬质合金材料和工具制造的完整技术。国内企业需要使硬质合金的批量生产稳定到超细0.3-0.5?m,进一步提高质量,缩小与国外先进产品的差距。技术,工艺和其他基础技术都在努力开展技术研究。此外,如何在工具加工后在涂层前表面上有足够的富钴层是改善工艺的关键技术。涂层质量仍有待解决。4.高效,高性能,精密的数控工具,包括高性能,高性能,精密的数控工具,由齿轮滚刀,小齿轮刀具,剃须刀和各种类型的拉刀代表,适用于汽车,风力发电,航空航天,船舶,铁路在工业中使用齿轮传动装置被广泛使用和重要。

项目中列出的目标参数是合理且必要的。国内精密齿轮铣刀和拉刀存在两个主要问题。:材料和涂层。目前,关键场合均为U-钴高速钢和粉末冶金高速钢材料。最近,许多生产厂进行了技术改造和设备投资,采用先进的涂料(如TiAlN,TiAlCN等)和高速钢热处理技术而未做好准备,使国产齿轮刀具和拉刀的质量性能已经大大改善,并已在国外减少。差距部分取代了国外产品。近两年来,“哈一公”投入近1.2亿元建设国内外新厂房和先进设备。它是一家复杂的数控刀具制造商,已成为国内第一台拉刀生产,齿轮刀具和可转位数控刀具。并努力工作。韩江工具厂近年来抓住了发展机遇,成为中国最强大的齿轮滚刀制造商。通过与Balzers的合作,该工厂确保了齿轮刀具涂层的质量,并提高了工具的性能。高速高效的机夹式非重磨数控成形齿轮刀具是齿轮刀具发展的新方向,值得业界考虑。

5.高精度,全自动刀具预调节测量仪器系列

中国数字工具预调节测量仪器的开发起步较晚。 2005年,在北京机床展上,哈良和天津天门推出了采用面阵CCD的数字工具预调节测量仪原型。自2005年哈尔滨收购德国凯盈公司以来,基于其先进设计和制造技术的消化和吸收,开发出一系列高精度刀具预调节测量仪器。工厂设有刀具调整仪器生产部门,年产500至600套刀具调整仪器。目前,它主要用于手动输出。对于高精度,CNC自动化,配备网络的刀具预调仪器,该工厂正在积极规划和开发,以快速赶上当今国外的先进水平。此外,国内天津天门,成泉等都在开发中,但技术水平和质量仍存在一定差距,仍有必要继续努力。6.高性能激光测量系统高性能激光测量系统主要用于数控机床和坐标测量机等高端数控设备的精密检测和评估。近年来,激光测量系统的发展方向是:高分辨率,高精度,多功能,小型化。主要制造商是英国的Renishaw,API,Agilent和Photonics,以及德国的SIOS。肖产品在中国的销量最大。新型XL-80光激光干涉测量系统于2007年推出,配备XC-80传感器,可实现小型化和性能提升。测量距离为40m/80m,分辨率为1nm,最高测量速度为1m/s。美国API公司的XD激光干涉测量系统具有5D/6D测量功能,提高了数控机床精度检测的效率和准确性。中国国内激光干涉测量系统主要由成都工具研究院开发生产,与国外先进水平相比有一定差距。近年来,在国家研究院基金项目的支持下,测量原理和测量技术取得了突破性进展,在提高国产激光测量系统性能方面取得了一些成果。

总之,通过这次调查,进一步证实了中国的工具制造业在数控工具和测量仪器的技术水平和性能质量方面与国外的差距很大。但是,经过多年的技术创新投入,引进和发展,差距已经缩小,但创新能力仍然不足。这是基础技术实验研究基础关注和发展不足,行业技术积累不足的结果。深信在“生产,学习,研究,使用”政策的指导下,在国家的支持,行业的协同作用和企业的努力下,中国的工具制造业将能够迅速而迅速地发展缩小与国外先进水平的差距。适应中国机械制造业持续快速发展的需要。最近,全球经济衰退的风暴已经从虚拟经济迅速扩展到实体经济。 2008年10月中旬突然出现了对中国整体工具行业的影响和影响。这是一个严峻的考验。各工具厂都在努力制定战略,调整计划,积极应对困难:同时积极加强内部力量,加快产品升级,优化改造工作,为行业的早日恢复做好准备。

 
 
 
 
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