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展望我國(guó)切削加工與刀具技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
摘要：介紹國(guó)內(nèi)外先進(jìn)制造技術(shù)與高速加工的發(fā)展趨勢(shì)，認(rèn)識(shí)刀具在切削加工中的重要性，刀具新材料、刀具新結(jié)構(gòu)、與刀具相關(guān)新技術(shù)的應(yīng)用，以及幾點(diǎn)啟示和建議。
一、先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展階段與思考
1、當(dāng)我們進(jìn)入21世紀(jì)的時(shí)候，從世界范圍觀察，我們正處在先進(jìn)制造技術(shù)空前快速發(fā)展的時(shí)期。由于數(shù)控機(jī)床（NC）的問世，發(fā)展一系列數(shù)控加工技術(shù)，如加工中心（MC）、柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）、甚至出現(xiàn)了與傳統(tǒng)機(jī)床完全不同的虛擬軸機(jī)床（又稱六條腿機(jī)床），和與機(jī)床同時(shí)相輔相成發(fā)展起來的高速加工新技術(shù)、新刀具、新工藝的緊密結(jié)合，使機(jī)械加工中的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，輔助時(shí)間大大縮短，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率大大提高，成為制造業(yè)乃至全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到巨大的推動(dòng)作用。以美國(guó)為例，制造業(yè)在美國(guó)被譽(yù)為產(chǎn)出最多的經(jīng)濟(jì)部門，在90年代為美國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)達(dá)到29%。
2、今天，大力發(fā)展數(shù)控加工技術(shù)及裝備，已成為世界各國(guó)政府的戰(zhàn)略決策，用數(shù)控裝備武裝現(xiàn)代工業(yè)和改造傳統(tǒng)工業(yè)也成為世界各國(guó)制造業(yè)發(fā)展方向。在90年代后期如德、日、美、意四國(guó)的機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率已達(dá)到51.75%以上。數(shù)控機(jī)床已成為當(dāng)今制造技術(shù)的主要裝備，數(shù)控加工技術(shù)成為先進(jìn)制造技術(shù)的主流，開創(chuàng)著整個(gè)現(xiàn)代制造業(yè)的新時(shí)代。黨的十六大明確指出：“大力振興裝備制造業(yè)”。新中國(guó)的裝備制造業(yè)經(jīng)過幾代人的前仆后繼，尤其是20多年的改革開放和現(xiàn)代化建設(shè)，已經(jīng)建立起比較完整、獨(dú)立的工業(yè)體系，具有了一定的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，總體生產(chǎn)規(guī)模已居世界第四位。許多經(jīng)濟(jì)學(xué)家預(yù)測(cè)，中國(guó)將成為繼英國(guó)、美國(guó)、日本后的又一個(gè)“世界工廠”和“制造大國(guó)”。
3．應(yīng)當(dāng)清醒地看到，我們雖然有了舉世公認(rèn)的飛速發(fā)展，但與日新月異的世界制造業(yè)發(fā)展相比，無(wú)論在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，產(chǎn)品水平和發(fā)展后勁上仍存在較大差距。僅就我國(guó)目前切削加工整體水平與先進(jìn)工業(yè)國(guó)家相比相差20年，相當(dāng)一部分生產(chǎn)企業(yè)還較普遍采用焊接式刀具，或幾十年一貫制的老工藝方法，這些都需要我們急待解決。為了促進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，我們只有抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，更新觀念，引進(jìn)創(chuàng)新，大力推廣和采用新技術(shù)、新工藝、新材料，才能與時(shí)俱進(jìn)改變我們的落后面貌。
二、高速加工（高速切削）發(fā)展的必然趨勢(shì)
1、首先回顧百年來切削發(fā)展史：1900年當(dāng)時(shí)的刀具材料為碳素工具鋼，如果加工一根直徑φ100mm，長(zhǎng)500mm的碳鋼軸件，需要100分鐘才能完成，而在2000年的今天，刀具材料為硬質(zhì)合金涂層刀具和立方氮化硼刀具，加工上述同樣一根軸，僅需要一分鐘完成，切削效率提高100倍。充分說明機(jī)床和刀具技術(shù)發(fā)展到一個(gè)新的階段。切削加工（含磨削）不僅現(xiàn)在而在整個(gè)21世紀(jì)仍是機(jī)械制造業(yè)的主導(dǎo)加工方法，絕大部分機(jī)械零件需機(jī)械加工完成。目前切削加工約占整個(gè)機(jī)械加工工作量的95％，據(jù)有關(guān)專家估計(jì)，21世紀(jì)的切削加工仍將占機(jī)械加工的90％以上，因此提高切削加工水平仍然是一個(gè)重要的研究課題。
2、提高切削效率首先要求機(jī)床不斷更新?lián)Q代，高速主軸采用陶瓷軸承，液體靜壓軸承、空氣靜壓軸承、磁浮軸承后，其主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)10000－50000轉(zhuǎn)／分；小型機(jī)床可達(dá)100000轉(zhuǎn)／分。進(jìn)給速度：滾珠絲杠可達(dá)40－60米／分，直線電機(jī)可達(dá)90－120米／分?？梢钥闯鲚o助運(yùn)動(dòng)已達(dá)到了主運(yùn)動(dòng)的水平，為高速加工創(chuàng)造了最重要的保證條件。再加上刀具新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)的不斷研究創(chuàng)新，從而使切削加工進(jìn)入了高速加工，即新一輪的高速與超高速切削發(fā)展新階段，與50年前的高速切削水平有了一個(gè)質(zhì)的飛躍。
3、目前國(guó)際上對(duì)高速加工尚無(wú)統(tǒng)一定義。有兩種提法：一種是以切削速度在1000米/分以上稱為高速加工。另一種從被加工材料和刀具材料兩個(gè)方面考慮，即切削速度與進(jìn)給速度高于常規(guī)值的5――10倍的加工方法稱為高速加工。舉例如下：
銑削：CBN銑削鑄鐵、切削速度可達(dá)1000－2000米／分。
PCD銑削鋁合金、切削速度可達(dá)4000－7000米／分。
車削：氮化硅陶瓷車削灰鑄鐵、切削速度可達(dá)500－700米／分。
CBN車削淬火鋼（HRC60），切削速度可達(dá)100－200米／分。
CBN車削鑄鐵剎車盤，切削速度可達(dá)700－1000米／分。
鉆削：整體硬質(zhì)合金鉆頭鉆灰鑄鐵，切削速度可達(dá)100米／分。
攻螺紋：鈷高速鋼絲錐（M14×1.5）加工可鍛鑄鐵，切削速度可達(dá)61米／分。
滾齒：硬質(zhì)合金滾刀加工16MnCr5，切削速度可達(dá)350米／分。
金屬陶瓷滾刀加工16MnCr5，切削速度可達(dá)600米／分。
4、高速加工的機(jī)理：早期有薩洛蒙“采用較高的切削速度”理論，在1931年曾獲德國(guó)專利，文中指出：“在一定的切削速度（比常規(guī)加工高5-10倍）下，在切削刃處的切屑去除溫度將會(huì)開始降低……”“這種高速加工將……提高生產(chǎn)率。”實(shí)驗(yàn)見圖：對(duì)于鋼鐵這種溫度降低程度較小，對(duì)于鋁和
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