专题综述

• 涂层刀具表面强化机理及表面处理技术研究现状

  李祥;高玉新;王均波;郑光明;

  涂层刀具表面处理是提高刀具切削性能的有效方式。本文阐述不同涂层刀具表面处理技术的强化作用机理。重点分析涂层刀具多种表面处理技术的作用原理和应用效果，总结涂层刀具表面处理技术的主要技术特点；详细归纳不同的涂层刀具表面处理对刀具切削性能的影响。最后，对涂层刀具表面处理技术的发展方向进行展望，以期对涂层刀具表面处理技术的选优和改进提供参考。

  2025年12期 v.59;No.628 1-12页 [查看摘要][在线阅读][下载 3004K]
  [下载次数：211 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：36 ]

试验与研究

• 超临界二氧化碳—微量润滑条件下γ-TiAl合金的铣削加工研究

  李宏信;侯郭永;吕大为;王亮;刘二亮;

  针对切削γ-TiAl合金时由于切削力大、刀具磨损严重导致加工效率低、加工精度差、零件加工成本高等问题，进行超临界二氧化碳—微量润滑（scCO_2-MQL）铣削试验，并与干式切削进行对比，分析scCO_2-MQL冷却润滑方式和切削参数对切削力、切削振动、刀具磨损的影响规律，揭示scCO_2-MQL对γ-TiAl合金铣削过程影响机制。结果表明，scCO_2-MQL能够通过高效冷却和润滑作用有效降低切削力、切削振动和刀具前后刀面的磨损，延长刀具寿命。上述研究成果为γ-TiAl合金的推广应用提供理论依据和技术支持。

  2025年12期 v.59;No.628 13-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 2456K]
  [下载次数：63 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：22 ]

• DZ125/FGH99摩擦副表面耐磨特性研究

  李永;史振宇;张成鹏;段宁民;

  DZ125/FGH99合金作为航空发动机榫连接结构常用材料，其表面耐磨特性研究对榫连接性能有重要意义。采用DZ125/FGH99止推圈摩擦副在摩擦磨损试验机上进行试验，分析外加载荷与转速对材料表面磨损情况的影响，对比不同工况下材料表面的磨损状态并提出摩擦系数预测模型。结果显示，DZ125/FGH99摩擦副的摩擦系数在开始试验时迅速提高，且随着外加载荷和转速的增大，摩擦系数的增速明显，最终均在一定区间内稳定。摩擦副表面的平均磨损深度随外加载荷增大而变大，转速为50 r/min的条件下，外加载荷从100 N增大至200 N时，体积磨损量由1.636 mm~3增大至2.747 mm~3，增幅为67.94%，比磨损率由2.354×10~(-7)降低至1.979×10~(-7)，降幅为15.96%；外加载荷从200 N增大至300 N时，体积磨损量由2.747 mm~3增大至2.822 mm~3，增幅为2.72%，比磨损率由1.979×10~(-7)降低至1.355×10~(-7)，降幅为31.53%。摩擦副表面的平均磨损深度随转速增大而变大，外加载荷为200 N的条件下，试验转速从50 r/min增大至100 r/min时，体积磨损量由2.747 mm~3增大至5.994 mm~3，增幅为89.55%，比磨损率由1.979×10~(-7)增大至2.160×10~(-7)，增幅为9.15%；试验转速从100 r/min增大至150 r/min时，体积磨损量由5.994 mm~3增大至15.360 mm~3，增幅为194.96%，比磨损率由2.160×10~(-7)增大至3.690×10~(-7)，增幅为70.83%。由于摩擦过程中材料表面存在硬质合金的滑移和疲劳脱落，材料磨损表面出现不同程度的犁削现象和材料剥离现象，且随着外加载荷和转速的增大更明显。研究发现，外加载荷的增大会导致磨损体积的增大和比磨损率的降低，相对摩擦速度的增大会导致磨损体积和比磨损率的同时增大。提出的摩擦系数曲线预测模型能够较为准确地预测DZ125/FGH99摩擦副摩擦系数变化过程。在常温下的摩擦磨损过程中，DZ125/FGH99摩擦副的磨损表面出现犁削磨损和磨粒磨损，加速材料表面的磨损。

  2025年12期 v.59;No.628 21-28页 [查看摘要][在线阅读][下载 2103K]
  [下载次数：54 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：18 ]

• 热—力耦合效应下刃口钝化对316L不锈钢车削性能的影响研究

  黄丽容;魏彤彤;陈瀚;苏国江;钟志强;朱秀浩;

  通过切削试验与ABAQUS热—力耦合仿真，系统研究刃口钝化半径（25～55μm）对316L不锈钢连续粗车削中刀具磨损行为的作用机制。结果表明：刃口半径增大能显著降低刀具的最大主应力，但会导致后刀面高应力区扩散与切削温度上升，促使磨损机制从磨粒磨损向黏结磨损转变。其中，35μm刃口半径刀具可以有效平衡应力集中以及接触摩擦，表现出最佳综合性能，其使用寿命较25μm与55μm刀具分别提升23.1%与42.2%。研究揭示刃口钝化通过重构切削区热—力场分布调控刀具失效的内在规律，为高精度难加工材料切削工艺优化提供理论依据。

  2025年12期 v.59;No.628 29-35页 [查看摘要][在线阅读][下载 2146K]
  [下载次数：80 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：16 ]

• 高熵仿珍珠层陶瓷刀具切削GH4169高温合金的试验分析

  司马玉童;熊计;刘俊波;

  采用片状Al_2O_3和高熵氧化物制备高熵仿珍珠层陶瓷刀具，通过对GH4169高温合金进行干切削试验，研究高熵组分与仿珍珠层结构对陶瓷刀具微观组织和切削性能的影响。结果表明：高熵仿珍珠层陶瓷刀具A1具有HV 1852的最佳硬度和5.264 MPa·m~(1/2)的最佳断裂韧性，陶瓷刀具A1同时表现出最佳的耐磨性与抗崩刃性能，高熵组分与仿珍珠层结构可有效协同提升陶瓷刀具的硬度与韧性，有效提升刀具寿命。

  2025年12期 v.59;No.628 36-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 2364K]
  [下载次数：79 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：20 ]

• 金刚石/β-SiC复合多层结构涂层刀具制备和切削性能研究

  刘鲁生;袁子尧;黄楠;宋昊哲;杨兵;姜辛;

  应用热丝化学气相沉积技术，将微米金刚石、纳米金刚石、微米—纳米金刚石多层、金刚石/β-SiC复合界面层+微米—纳米多层、（金刚石/β-SiC复合）/微米金刚石多层+纳米金刚石顶层、（金刚石/β-SiC复合）/纳米金刚石多层等6种金刚石结构涂层分别沉积在二刃硬质合金立铣刀上。在五轴数控加工中心对上述不同结构金刚石涂层刀具进行切削试验，切削对象为7075航空铝合金工件，选择未涂层的硬质合金刀具作为对照，以评估其加工性能。利用光学显微镜观察刀具磨损状态随切削时间变化的情况，并测量刀具的磨损量，对比沉积不同结构金刚石涂层和未涂层刀具在切削5 min,10 min,30 min,45 min,65 min和90 min后的光学显微形貌，得出后刀面磨损量随切削时间增加的变化曲线。采用激光共聚焦显微镜测试刀具切削后对应工件表面的粗糙度。结果表明：（金刚石/β-SiC复合）/微米金刚石多层结构涂层+纳米金刚石顶层的涂层刀具磨损程度最低，为36.67μm，在切削全程均表现出极佳的切削性能，切削后的工件具有最低的表面粗糙度，Ra值为5.77μm，服役性能表现最佳。（金刚石/β-SiC复合）/微米金刚石多层结构涂层+纳米金刚石顶层的涂层结构可以有效解决硬质合金与金刚石涂层结合强度和涂层在服役过程中过早失效的问题。

  2025年12期 v.59;No.628 42-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 2065K]
  [下载次数：120 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：16 ]

• 润滑方式对7075铝合金切削加工性能的影响分析

  宋爱利;岳修杰;张平;高业然;孙亚杰;赵志敏;

  基于表面粗糙度、表面形貌及残余应力分布，探究干切削、微量润滑切削、低温微量润滑3种润滑方式中切削参数对7075铝合金切削加工性能的影响机理。研究结果表明，3种润滑方式下的切削表面均呈现明显的沟壑状，低温微量润滑切削的表面粗糙度最大值为0.341μm，相较于干切削减小7.62%，相较于微量润滑切削减小4.4%。此外，低温微量润滑切削表面的切屑数量、切削划痕数量、划痕深度、积屑瘤碎屑大小数量和剥落部分均显著小于干切削和微量润滑切削。最大残余压应力方面，低温微量润滑切削最大残余压应力为178.59 MPa，相比干切削增大58.05%，相比微量润滑切削增大16.67%。

  2025年12期 v.59;No.628 52-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 3380K]
  [下载次数：119 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：17 ]

• PCD刀具车削CFRP薄壁筒的切削力研究

  赵润泽;杨文超;施华;李佳慧;葛亮;黄树涛;

  研究PCD刀具车削碳纤维增强复合材料时切削用量对切削力的影响，并通过正交试验建立切削力经验公式。结果表明：切削过程中径向力F_y大于主切削力F_z和轴向力F_x；切削合力和各切削分力随切削速度的增大略有增大；切削力随进给量的增大而增大，但轴向力和主切削力增大的趋势较为平缓；在总体的变化趋势上，提高背吃刀量会使切削力增大，轴向力和主切削力变化较显著；切削合力、主切削力F_z和轴向力F_x受背吃刀量影响的程度最大，径向力F_y受进给量影响的程度最大，切削速度对切削合力及各切削分力的影响最小。

  2025年12期 v.59;No.628 62-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 2541K]
  [下载次数：100 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：11 ]

• 温度对冰固持铝合金蜂窝低温铣削性能影响

  曹丽华;

  在机械加工中，金属蜂窝材料加工常伴随卷曲、毛刺、塌边等加工缺陷。通过测试纯冰低温力学性能和随温度的变化规律，分析适于金属蜂窝切削加工的冰固持能力，并针对温度对于铝合金蜂窝的冰固持能力的影响进行研究。结果表明：纯冰的抗压强度随温度降低而升高，温度降到-25℃后趋于平缓，冰的硬度在温度低于-50℃后达到最高。与传统固持方式比较，冰固持方法使蜂窝的固持力和接触应力得到提高，常见的毛刺、变形、开焊缺陷被很好地抑制。同时，液氮（LN_2）的辅助冷却使得冰固持蜂窝的切削性能获得进一步提高，LN_(2-190℃)冷却工艺下的工件断屑效果优于LN_(2-80℃)下的断屑效果，但蜂窝钎焊界面有微小开焊迹象。此外，较低的冰冻温度具有较高的切削力，LN_2辅助冷却进一步提高了切削力；由于LN_2冷却能力限制，对于深层的金属蜂窝力学性能影响不大。较低的冰冻温度能够获得较好的固持效果，液氮辅助冷却提高了冰固持能力，切削效果得到提高，但更低的冷却温度将增大蜂窝+冰内应力，对于蜂窝切削加工表面完整性有一定负面作用。

  2025年12期 v.59;No.628 70-77页 [查看摘要][在线阅读][下载 1994K]
  [下载次数：47 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：28 ]

设计与工艺

• 航空发动机叶片典型特征设计制造一体化建模技术研究

  李加森;赵威;辛云;王超;郑小伟;

  叶片是航空发动机的重要组成零部件之一，结构形式复杂多变，因而其建模流程复杂，数控编程工作量大，严重制约其生产效率提升。针对目前叶片建模过程复杂、设计与数控编程之间集成度不够等问题，利用UG/Open与Visual Studio，对某发动机叶片典型结构特征的参数化建模、特征识别与快速编程等设计制造一体化建模技术进行研究，建立叶身型面的参数化模型，提出基于特征识别的数控程序快速编制方法，实现叶片典型特征建模从CAD到CAM的设计集成，并进行实验验证。结果表明，叶片几何建模时间可缩短至10 s，数控编程时间缩短至2 min，有效降低叶片几何建模和数控编程工作量，显著提升叶片CAD/CAM建模效率。

  2025年12期 v.59;No.628 78-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 1999K]
  [下载次数：151 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：20 ]

• 直齿插齿刀三维建模方法

  丁国龙;袁赞;李盛豪;吴斌;

  直齿插齿刀结构复杂，从大端到小端本质上是连续变位的变位齿轮，且侧后刀面是特殊的渐开螺旋面，用现有软件工具提供的命令和方法难以直接实现三维建模。为此，提出直齿插齿刀三维数字化建模方法和三维展成磨削建模方法。分析直齿插齿刀结构，基于MATLAB软件绘制直齿插齿刀齿面，并将计算的坐标点导入SolidWorks软件中生成直齿插齿刀三维数字化模型。分析直齿插齿刀展成磨削工艺，包括展成关系与砂轮磨削路径规划，基于SpaceClaim软件建立直齿插齿刀展成磨削运动模型，并生成直齿插齿刀三维展成磨削模型。结果表明，这两种建模方法生成的直齿插齿刀三维模型可行，为直齿插齿刀设计、误差分析、有限元分析、展成磨削加工工艺验证等提供参考。

  2025年12期 v.59;No.628 86-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 1925K]
  [下载次数：84 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：13 ]

• 双端主轴结构的五轴数控工具磨床后置求解算法

  钟其宏;李东山;高远;江磊;李欣蔓;

  相比典型单端主轴五轴数控机床，双端主轴五轴工具磨床后置求解涉及到砂轮安装形式以及行程约束等特殊性，导致进给运动求解更加繁琐。针对该问题，给出一种具备扩展通用性的工具磨床后置求解算法。通过描述磨床拓扑结构，定义工艺坐标系统以及转动轴偏置等结构参数，建立针对双端主轴以及不同砂轮安装方向的统一工具磨床运动学模型，实现砂轮磨削轨迹与磨床进给运动的关系映射。针对磨床的工程应用需求定义行程约束条件，通过双求解区间扩展的方式实现磨床进给运动的优化求解，将求解局限在磨床的实际行程约束内，使求解更具有工程实践意义。通过一系列仿真和实际加工实验验证所提出算法的有效性，对特殊结构五轴数控机床的后置求解具有借鉴价值。

  2025年12期 v.59;No.628 93-100页 [查看摘要][在线阅读][下载 3223K]
  [下载次数：37 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：17 ]

• 单晶碳化硅晶片超光滑低损伤面化学机械磨削砂轮的制备

  冯禹森;苑泽伟;

  碳化硅晶片在半导体及光学领域有广泛应用，亟需能够实现其高效高质量磨削的砂轮及制造方法。本文在分析单晶Si、单晶SiC、单晶金刚石及Al_2O_3陶瓷、SiC陶瓷等不同种类硬脆材料磨削特性的基础上，研制陶瓷基金刚石砂轮和化学机械磨削砂轮。结果表明：砂轮在磨削碳化硅材料时具有较优的加工效果，尤其是单晶碳化硅材料，表面质量最好可达到6 nm。工件表面加工划痕与材料表面硬度、内部孔隙、晶体的各向异性有关，且是影响被加工材料表面质量的主要因素。引入适当的Fe_3O_4材料可以有效减少磨削后碳化硅表面的脆性划痕与剥落，增强砂轮的磨削性能，材料去除形式以延性去除为主，单晶碳化硅材料表面粗糙度最好可达到2 nm。

  2025年12期 v.59;No.628 101-108页 [查看摘要][在线阅读][下载 2245K]
  [下载次数：129 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：14 ]

• 基于数字孪生的生产线可视化系统设计与实现

  邹明哲;李焕锋;沙杰;牛泳博;孙玮隆;

  针对传统加工生产线中可视化系统数据与虚拟场景相结合问题，提出数字孪生可视化系统框架，通过生产线三维可视化场景搭建、机器人通信功能开发，营造虚拟空间中的沉浸式场景，实现物理实体与虚拟模型的虚实场景交互。基于Unity3D开发出生产线可视化系统，实现虚拟场景中的场景漫游、人机交互和数据可视化，通过实验验证，生产线可以达到虚实同步的要求，在运行过程中数据实时更新于开发的可视化界面上，实现可视化系统中数据与场景的结合。

  2025年12期 v.59;No.628 109-114页 [查看摘要][在线阅读][下载 1872K]
  [下载次数：396 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：22 ]

测试与仪器

• 基于SMA-VMD与多模态特征融合的刀具磨损预测

  舒敏;罗敏;张超勇;蒋忞源;金吉祥;

  为解决刀具磨损预测中多传感器数据的复杂性、高频噪声干扰以及模态特征提取与融合不足对预测精度的限制，提出一种基于黏菌算法优化的变分模态分解（Variational Mode Decomposition Optimized by Slime Mould Algorithm, SMA-VMD）与多模态特征融合的预测模型。采用SMA优化VMD的关键参数，将多传感器信号分解为若干模态分量，提取其关键模态特征；构建由两层双向长短期记忆网络（Bidirectional Long Short-Term Memory,BiLSTM）结合多头注意力机制（Multi-Head Attention, MHA）的特征融合结构，充分挖掘不同模态特征的深层动态信息；利用深度置信网络（Deep Belief Network, DBN）逐层提取与重构特征，实现刀具磨损值的预测。通过搭建刀具磨损实验平台，采集切削力信号和三向振动信号对所提方法进行验证。实验结果表明，所提模型在多模态特征分解与融合方面表现优越，预测曲线与原始真实值拟合度高，其在磨损预测任务中的均方根误差（RMSE）为0.016 1 mm，平均绝对百分比误差（MAPE）为0.201%，决定系数（R2）为0.994 6，均优于其他深度学习模型，充分证明其可靠性与准确性。

  2025年12期 v.59;No.628 115-123页 [查看摘要][在线阅读][下载 2147K]
  [下载次数：195 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：22 ]

• 基于双流卷积网络的表面粗糙度预测方法

  聂鹏;崔志伟;冯薪霖;潘五九;

  针对现有的工件表面粗糙度预测方法缺少优化算法以及传统机器学习网络结构预测精度不够高的问题，提出一种融合表面图像和振动信号的表面粗糙度预测方法。开展铣削实验，采集铣削过程中的振动信号和工件表面图像，通过连续小波变换将采集振动信号转换为小波尺度谱，搭建双流卷积网络结构，通过两个残差网络分支分别对数据处理后的图像和振动信号进行特征提取。将提取到的特征进行拼接，对工件表面粗糙度进行预测。结果表明，CBAM优化的双流卷积网络可以通过通道和空间加权增强网络性能，综合振动信号和图像信息特征，优化后的网络模型预测相对误差基本都在5%以内，决定系数R~2为0.981 7。

  2025年12期 v.59;No.628 124-130页 [查看摘要][在线阅读][下载 1702K]
  [下载次数：109 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：18 ]

• 大齿轮跨棒距自动测量方法

  张龙;王洪喜;赵柏涵;田慧慧;王亚晓;

  大齿轮制造成本高，在使用过程中需定期测量跨棒距以检查齿轮的磨损程度，进而判断其使用寿命。以渐开线直齿轮为研究对象，提出一种采用单测头实现自动化检测齿轮跨棒距的方法，分析齿轮安装偏心对测量结果的影响，建立齿轮安装偏心的最小二乘分离算法和误差补偿模型。通过模拟仿真和实验分析，验证误差补偿算法的正确性和测量方法的可行性。跨棒距测量实验结果表明，单测头测量方法可用于大齿轮跨棒距的高效自动化测量。

  2025年12期 v.59;No.628 131-138页 [查看摘要][在线阅读][下载 1851K]
  [下载次数：29 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：16 ]

• 五轴工具磨床机内接触式探针校准方法研究

  文立东;陈佳君;赵亚文;龚权新;

  针对五轴工具磨床开展运动学系统建模与机内探针测量机理解析，提出基于机内未校准探针的两种专用校准工具空间位姿标定方法。方法一对同一方向进行两次独立探测，其思路简洁但受限于机床行程和机床干涉，在实际应用中难以实现。方法二分别在两个相互正交探测方向上进行各两次独立探测，解决探测时机床干涉问题。进一步，通过五轴运动完成空间半球域上已知平面各方向探测结果的校准，使用棱边寻位法校准探针参考点。整套方案经国产五轴数控工具磨床验证有效且精度达3μm，为国产五轴工具磨床机内探针校准提供新思路。

  2025年12期 v.59;No.628 139-144页 [查看摘要][在线阅读][下载 1751K]
  [下载次数：15 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：16 ]

• 机械密封环工作面轮廓测量系统开发

  杨闯;朱祥龙;康仁科;孙勇刚;谭小舰;蔡引娣;

  针对当前无机械密封环工作面轮廓专用测量系统的问题，提出基于同轴共聚焦激光测量机械密封环工作面轮廓的方法，通过分析同轴共聚焦激光传感器的线性误差、运动轴安装位置误差等对轮廓测量精度的影响规律，开发出密封环工作面轮廓测量系统运动控制和数据采集分析专用软件，研制机械密封环工作面轮廓测量系统，并开展密封环样件工作面轮廓测量对照试验，波纹面波幅测量误差<0.5μm，倾角测量误差<0.01°，坝面平面度测量误差<0.2μm。结果表明，所研制的测量系统达到机械密封环工作面测量精度要求。

  2025年12期 v.59;No.628 145-151页 [查看摘要][在线阅读][下载 2308K]
  [下载次数：41 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：19 ]

• 《工具技术》第59卷2025年第1-12期总目录

  <正>~~

  2025年12期 v.59;No.628 152-156页 [查看摘要][在线阅读][下载 850K]
  [下载次数：2 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：25 ]
下载本期数据