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)代制造技術領域的一個里程碑。從國外研究現(xiàn)狀、國內已有的實際研究成就，以及目前國內存在的問題和提高切削速度帶來的經(jīng)濟效益等方面，探討高速切削工藝在我國的戰(zhàn)略地位、高速切削工藝研究內容及有關研究基地建設問題，以便有利于高速切削工藝健康迅速發(fā)展，為振興我國的機械工業(yè)獻計獻策。
$P Tl{ 3 L;&MG= 高速切削技術因大幅度節(jié)省切削工時并實現(xiàn)高效精密生產(chǎn)，被視為現(xiàn)代制造技術的里程碑。
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T% 1高速切削技術國外研究現(xiàn)狀
" R-P e\W h>n<5{zqM 高速切削技術是在機床結構及材料、高速主軸系統(tǒng)、快速進給系統(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計制造技術、高精度測量測試技術、高速切削機理、高速切削工藝等諸多相關的硬件與軟件技術均得到充分發(fā)展的基礎上綜合而成的。德國Darmstadt工業(yè)大學PTW所以舒爾茨教授為核心的科研小組和日本京都大學工學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床，在德國和日本的企業(yè)界，都分別享有較高的聲譽。
n^rzl6dy xx,|n 舒爾茨教授在德國政府強有力的資助下，聯(lián)合18家企業(yè)，共同攻關，從1984年到1989年，完成高速切削機床各相關硬件與軟件的開發(fā)，研究水平超過了當時居領先地位的美國。1993年，直線電機的出現(xiàn)拉開了高速進給的序幕，從而也使高速切削技術走向成熟應用階段。目前，PTW所研制的高速機床已在德國許多企業(yè)里應用。高速立式銑削加工中心是該所特色產(chǎn)品，實用化的主軸轉速為60,000r/min，最快進給速度X、Y、Z軸均為60m/min，加速度為2.5g，重復定位精度±1μm。PTW所在研制高速切削機床的同時，還在高速切削工藝方面進行深入研究，在有色輕金屬、復合材料、鑄鐵及模具鋼等高速切削機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，對高速切削工藝進行優(yōu)化，對指導高速切削生產(chǎn)起到很大作用。研究內容有各種材料高速切削過程中切屑形成機理，刀具材料及切削參數(shù)優(yōu)化，面向高速切削過程的CAD/CAM系統(tǒng)開發(fā)，刀夾系統(tǒng)安全性設計，刀具結構設計及動平衡，刀具空間位姿及走刀路徑控制，少量氣束噴霧冷卻技術等。該所高速切削研究成果已應用于汽車發(fā)動機、飛機框架構件及渦輪葉片的制造。
'>UQsAvm P L*kjrLu7 垣野教授聯(lián)合9家企業(yè)，于1996年研制出日本第一臺商品化臥式高速切削加工中心，該加工中心主軸轉速30000r/min，最大進給速度80m/min，加速度為2g，重復定位精度±1μm。同時也致力于高速切削工藝研究，主要內容包括高速切削工藝數(shù)據(jù)庫，高速切削刀具磨損破損機理，切屑控制，高速切削過程CAD/CAM系統(tǒng)開發(fā)及質量控制等，從而加速高速切削技術產(chǎn)業(yè)化進程。目前，垣野研究室研究成果在日本企業(yè)界甚至在國際上均產(chǎn)生重大影響。
g]}E1H6- 2國內高速切削研究成果及存在問題
fMZc_dsW9 y-vB C3 我國在90年初開始有關高速切削機床及工藝的研究。研究內容包括水泥床身、超高速主軸系統(tǒng)、全陶瓷軸承及磁懸浮軸承、快速進給系統(tǒng)、有色金屬及鑄鐵超高速切削機理與適應刀具等方面。通過我國科技工作者的艱苦工作，各項關鍵技術都取得了顯著進展。
;3N>m| ?D= wTVd){q`. 部分單項技術指標可達國際先進水平。然而高速切削機床是諸多高新技術的高度集成，并且在一定的市場需求驅動下才能真正發(fā)展起來。目前，真正應用于工業(yè)生產(chǎn)的完全由我國自行開發(fā)的國產(chǎn)高速切削機床還沒有。從在北京舉辦的1998年第4屆中國機床工具商品展覽交易會的機床展品中，可以看出國產(chǎn)機床概況：車床的最高轉速小于3000r/min，加工中心40號主軸的轉速小于6000r/min，50號主軸的轉速小于4000r/min，進給速度小于20m/min，無內藏式電機主軸及直線電機的機床樣品展出，展出的加工中心均無實物加工展示。
FdmoR; S{)'1J_ 0 高速切削是建立在制造技術全面發(fā)展的基礎上的，一方面是數(shù)控機床的主機結構和數(shù)控系統(tǒng)具備了更高的剛性、更快的運動速度和精度，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發(fā)和推廣應用，性能更耐磨、更可靠，價格相對低廉的刀具材料成為發(fā)展高速切削的可靠保證。
*iujJ i ]a\HgFp@ 國內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，但畢竟為推動高速切削技術的應用做出了貢獻。目前我國在陶瓷刀具材料、細顆粒和超細粒牌號的硬質合金、涂層硬質合金及陶瓷、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，開發(fā)及應用均形成一定規(guī)模，為實現(xiàn)高速切削提供適用的刀具。本課題組為某汽車公司發(fā)動機高速切削生產(chǎn)線刀具國產(chǎn)化做了有益的工作，直接經(jīng)濟效益非常可觀；為某飛機公司平尾上壁板鋁合金構件的高速銑削工序設計研制專用的立銑刀，取得了穩(wěn)定可靠的高質量和顯著的經(jīng)濟效益。在鋁合金結構件的數(shù)控加工中，常規(guī)的銑削用量是轉速4500～6000r/min，進給速度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用立銑刀YG6時，銑削用量為轉速12000～15000r/min，進給速度2400mm/min，徑向切深5～30mm，軸向切深10mm。加工質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，實際工時節(jié)約62.5%，刀具壽命按加工量計算提高約30%，該工序每年節(jié)約150萬元。
Y_M3-H=0 3?yq*uE} 由于高速切削具備一系列顯著優(yōu)點，因而首先受到航空航天、汽車、模具等行業(yè)的青睞，這些部門進口的高速切削機床已頗具規(guī)模。然而，由于國內缺乏高速切削基礎理論體系和工藝技術應用系統(tǒng)研究，因而高速切削生產(chǎn)中缺乏可靠的技術指導，生產(chǎn)中工藝不盡合理，沒有充分發(fā)揮高速切削所固有的高效精密的優(yōu)勢。其原因歸納如下：
= p$:vW O%busM$P)/ 高速切削技術在切削原理上是對常規(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要求，而這一點往往沒有被實際操作人員認識。
'M3V#5l)@| H,U qU3b3 生產(chǎn)實際中缺乏較全面的實用化的高速切削工藝數(shù)據(jù)庫。
i>AKX J+ 8f-B-e ?k 高速切削刀具未形成系列化、標準化。
i^6g1"h OeY+Yt0 3高速切削工藝的戰(zhàn)略地位
"\x\P)j 0> ZbLN:g} 在各個國家的生產(chǎn)力構成中，制造技術的作用往往占60％左右，各種高科技只有通過制造技術才能形成產(chǎn)品。由于歷史的原因，我國的制造技術發(fā)展曾受到一些冷遇，尤其是工藝知識沒有被重視，產(chǎn)品質量得不到保證，我國的許多產(chǎn)品在國際市場上缺乏競爭能力。近年來，
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ScTeh 國際國內形勢的發(fā)展給我國機械制造業(yè)帶來了機遇，尤其是給高速切削工藝的應用提供了有利條件。主要體現(xiàn)在以下幾方面：
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