摘要：高速切削工藝以高效、精密和柔性為基本特征，被視為現(xiàn)代制造技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)里程碑。從國(guó)外研究現(xiàn)狀、國(guó)內(nèi)已有的實(shí)際研究成就，以及目前國(guó)內(nèi)存在的問(wèn)題和提高切削速度帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益等方面，探討高速切削工藝在我國(guó)的戰(zhàn)略地位、高速切削工藝研究?jī)?nèi)容及有關(guān)研究基地建設(shè)問(wèn)題，以便有利于高速切削工藝健康迅速發(fā)展，為振興我國(guó)的機(jī)械工業(yè)獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策。
$yMNdBI[ 4&E &{<; 高速切削技術(shù)因大幅度節(jié)省切削工時(shí)并實(shí)現(xiàn)高效精密生產(chǎn)，被視為現(xiàn)代制造技術(shù)的里程碑。
|JC n=v@ Z`@< O% 1高速切削技術(shù)國(guó)外研究現(xiàn)狀
O,7*dniH &4Y@-;REt 高速切削技術(shù)是在機(jī)床結(jié)構(gòu)及材料、高速主軸系統(tǒng)、快速進(jìn)給系統(tǒng)、高性能CNC控制系統(tǒng)、高性能刀夾系統(tǒng)、高性能刀具材料及刀具設(shè)計(jì)制造技術(shù)、高精度測(cè)量測(cè)試技術(shù)、高速切削機(jī)理、高速切削工藝等諸多相關(guān)的硬件與軟件技術(shù)均得到充分發(fā)展的基礎(chǔ)上綜合而成的。德國(guó)Darmstadt工業(yè)大學(xué)PTW所以舒爾茨教授為核心的科研小組和日本京都大學(xué)工學(xué)研究科以垣野教授為核心的課題組均已研制出商品化的高速切削機(jī)床，在德國(guó)和日本的企業(yè)界，都分別享有較高的聲譽(yù)。
+RD{<~i qBWt(jY 舒爾茨教授在德國(guó)政府強(qiáng)有力的資助下，聯(lián)合18家企業(yè)，共同攻關(guān)，從1984年到1989年，完成高速切削機(jī)床各相關(guān)硬件與軟件的開(kāi)發(fā)，研究水平超過(guò)了當(dāng)時(shí)居領(lǐng)先地位的美國(guó)。1993年，直線電機(jī)的出現(xiàn)拉開(kāi)了高速進(jìn)給的序幕，從而也使高速切削技術(shù)走向成熟應(yīng)用階段。目前，PTW所研制的高速機(jī)床已在德國(guó)許多企業(yè)里應(yīng)用。高速立式銑削加工中心是該所特色產(chǎn)品，實(shí)用化的主軸轉(zhuǎn)速為60,000r/min，最快進(jìn)給速度X、Y、Z軸均為60m/min，加速度為2.5g，重復(fù)定位精度±1μm。PTW所在研制高速切削機(jī)床的同時(shí)，還在高速切削工藝方面進(jìn)行深入研究，在有色輕金屬、復(fù)合材料、鑄鐵及模具鋼等高速切削機(jī)理研究方面形成系統(tǒng)理論，以加工效率、加工精度和加工零件表面完整性為目標(biāo)，對(duì)高速切削工藝進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)指導(dǎo)高速切削生產(chǎn)起到很大作用。研究?jī)?nèi)容有各種材料高速切削過(guò)程中切屑形成機(jī)理，刀具材料及切削參數(shù)優(yōu)化，面向高速切削過(guò)程的CAD/CAM系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，刀夾系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)，刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及動(dòng)平衡，刀具空間位姿及走刀路徑控制，少量氣束噴霧冷卻技術(shù)等。該所高速切削研究成果已應(yīng)用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、飛機(jī)框架構(gòu)件及渦輪葉片的制造。
)<%I Y&\ 7p,!<X}% 垣野教授聯(lián)合9家企業(yè)，于1996年研制出日本第一臺(tái)商品化臥式高速切削加工中心，該加工中心主軸轉(zhuǎn)速30000r/min，最大進(jìn)給速度80m/min，加速度為2g，重復(fù)定位精度±1μm。同時(shí)也致力于高速切削工藝研究，主要內(nèi)容包括高速切削工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，高速切削刀具磨損破損機(jī)理，切屑控制，高速切削過(guò)程CAD/CAM系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及質(zhì)量控制等，從而加速高速切削技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。目前，垣野研究室研究成果在日本企業(yè)界甚至在國(guó)際上均產(chǎn)生重大影響。
`,FvYA" 2國(guó)內(nèi)高速切削研究成果及存在問(wèn)題
rh(77x1|(G D -\z'gS 我國(guó)在90年初開(kāi)始有關(guān)高速切削機(jī)床及工藝的研究。研究?jī)?nèi)容包括水泥床身、超高速主軸系統(tǒng)、全陶瓷軸承及磁懸浮軸承、快速進(jìn)給系統(tǒng)、有色金屬及鑄鐵超高速切削機(jī)理與適應(yīng)刀具等方面。通過(guò)我國(guó)科技工作者的艱苦工作，各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)都取得了顯著進(jìn)展。
Iy {&T#e" 4m/L5W:K 部分單項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)可達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平。然而高速切削機(jī)床是諸多高新技術(shù)的高度集成，并且在一定的市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)下才能真正發(fā)展起來(lái)。目前，真正應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的完全由我國(guó)自行開(kāi)發(fā)的國(guó)產(chǎn)高速切削機(jī)床還沒(méi)有。從在北京舉辦的1998年第4屆中國(guó)機(jī)床工具商品展覽交易會(huì)的機(jī)床展品中，可以看出國(guó)產(chǎn)機(jī)床概況：車(chē)床的最高轉(zhuǎn)速小于3000r/min，加工中心40號(hào)主軸的轉(zhuǎn)速小于6000r/min，50號(hào)主軸的轉(zhuǎn)速小于4000r/min，進(jìn)給速度小于20m/min，無(wú)內(nèi)藏式電機(jī)主軸及直線電機(jī)的機(jī)床樣品展出，展出的加工中心均無(wú)實(shí)物加工展示。
r o@`S: +~M`rR* 高速切削是建立在制造技術(shù)全面發(fā)展的基礎(chǔ)上的，一方面是數(shù)控機(jī)床的主機(jī)結(jié)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)具備了更高的剛性、更快的運(yùn)動(dòng)速度和精度，另一方面是各種刀具材料性能顯著改善，以及新型刀具材料和涂層工藝的開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用，性能更耐磨、更可靠，價(jià)格相對(duì)低廉的刀具材料成為發(fā)展高速切削的可靠保證。
Jgf= y ri </7?puVR 國(guó)內(nèi)在高速切削工藝研究方面取得了許多成果，盡管不能形成系統(tǒng)理論，但畢竟為推動(dòng)高速切削技術(shù)的應(yīng)用做出了貢獻(xiàn)。目前我國(guó)在陶瓷刀具材料、細(xì)顆粒和超細(xì)粒牌號(hào)的硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金及陶瓷、金剛石薄膜涂層刀具和CVD沉積厚膜刀具、立方氮化硼刀具等方面，開(kāi)發(fā)及應(yīng)用均形成一定規(guī)模，為實(shí)現(xiàn)高速切削提供適用的刀具。本課題組為某汽車(chē)公司發(fā)動(dòng)機(jī)高速切削生產(chǎn)線刀具國(guó)產(chǎn)化做了有益的工作，直接經(jīng)濟(jì)效益非�？捎^；為某飛機(jī)公司平尾上壁板鋁合金構(gòu)件的高速銑削工序設(shè)計(jì)研制專(zhuān)用的立銑刀，取得了穩(wěn)定可靠的高質(zhì)量和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。在鋁合金結(jié)構(gòu)件的數(shù)控加工中，常規(guī)的銑削用量是轉(zhuǎn)速4500～6000r/min，進(jìn)給速度1000mm/min，徑向切深5～30mm，軸向切深5mm，刀具為普通立銑刀YG6；使用本課題組提供的專(zhuān)用立銑刀YG6時(shí)，銑削用量為轉(zhuǎn)速12000～15000r/min，進(jìn)給速度2400mm/min，徑向切深5～30mm，軸向切深10mm。加工質(zhì)量完全符合圖紙要求，刀具具有良好切削性能，生產(chǎn)率提高1.6倍，實(shí)際工時(shí)節(jié)約62.5%，刀具壽命按加工量計(jì)算提高約30%，該工序每年節(jié)約150萬(wàn)元。
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AP6PK7 },t n 由于高速切削具備一系列顯著優(yōu)點(diǎn)，因而首先受到航空航天、汽車(chē)、模具等行業(yè)的青睞，這些部門(mén)進(jìn)口的高速切削機(jī)床已頗具規(guī)模。然而，由于國(guó)內(nèi)缺乏高速切削基礎(chǔ)理論體系和工藝技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)研究，因而高速切削生產(chǎn)中缺乏可靠的技術(shù)指導(dǎo)，生產(chǎn)中工藝不盡合理，沒(méi)有充分發(fā)揮高速切削所固有的高效精密的優(yōu)勢(shì)。其原因歸納如下：
8'Bik N >+ L?C 高速切削技術(shù)在切削原理上是對(duì)常規(guī)切削的重大突破，在切削加工工藝安排、切削用量選擇及刀具應(yīng)用等方面有較大的特殊性，普通切削工藝及傳統(tǒng)刀具不能滿足高速切削技術(shù)要求，而這一點(diǎn)往往沒(méi)有被實(shí)際操作人員認(rèn)識(shí)。
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