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展望我國切削加工與刀具技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　摘要：介紹國內(nèi)外先進制造技術(shù)與高速加工的發(fā)展趨勢，認(rèn)識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，以及幾點啟示和建議。

　　一、先進制造技術(shù)發(fā)展階段與思考

　　1、當(dāng)我們進入21世紀(jì)的時候，從世界范圍觀察，我們正處在先進制造技術(shù)空前快速發(fā)展的時期。由于數(shù)控機床（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）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）、甚至出現(xiàn)了與傳統(tǒng)機床完全不同的虛擬軸機床（又稱六條腿機床），和與機床同時相輔相成發(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，使機械加工中的勞動強度大大降低，輔助時間大大縮短，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)濟的發(fā)展起到巨大的推動作用。以美國為例，制造業(yè)在美國被譽為產(chǎn)出最多的經(jīng)濟部門，在90年代為美國國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）增長的貢獻達(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)也成為世界各國制造業(yè)發(fā)展方向。在90年代后期如德、日、美、意四國的機床產(chǎn)值數(shù)控化率已達(dá)到51.75%以上。數(shù)控機床已成為當(dāng)今制造技術(shù)的主要裝備，數(shù)控加工技術(shù)成為先進制造技術(shù)的主流，開創(chuàng)著整個現(xiàn)代制造業(yè)的新時代。黨的十六大明確指出：“大力振興裝備制造業(yè)”。新中國的裝備制造業(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)濟學(xué)家預(yù)測，中國將成為繼英國、美國、日本后的又一個“世界工廠”和“制造大國”。

　　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，無論在市場競爭力，產(chǎn)品水平和發(fā)展后勁上仍存在較大差距。僅就我國目前切削加工整體水平與先進工業(yè)國家相比相差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。為了促進生產(chǎn)力的發(fā)展，增強企業(yè)競爭力，我們只有抓住機遇，迎接挑戰(zhàn)，更新觀念，引進創(chuàng)新，大力推廣和采用新技術(shù)、新工藝、新材料，才能與時俱進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

　　1、首先回顧百年來切削發(fā)展史：1900年當(dāng)時的刀具材料為碳素工具鋼，如果加工一根直徑φ100mm，長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。充分說明機床和刀具技術(shù)發(fā)展到一個新的階段。切削加工（含磨削）不僅現(xiàn)在而在整個21世紀(jì)仍是機械制造業(yè)的主導(dǎo)加工方法，絕大部分機械零件需機械加工完成。目前切削加工約占整個機械加工工作量的95％，據(jù)有關(guān)專家估計，21世紀(jì)的切削加工仍將占機械加工的90％以上，因此提高切削加工水平仍然是一個重要的研究課題。

　　2、提高切削效率首先要求機床不斷更新?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；小型機床可達(dá)100000轉(zhuǎn)／分。進給速度：滾珠絲杠可達(dá)40－60米／分，直線電機可達(dá)90－120米／分?？梢钥闯鲚o助運動已達(dá)到了主運動的水平，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質(zhì)的飛躍。

　　3、目前國際上對高速加工尚無統(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方面考慮，即切削速度與進給速度高于常規(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開始降低……”“這種高速加工將……提高生產(chǎn)率?！睂嶒炓妶D：對于鋼鐵這種溫度降低程度較小，對于鋁和

粉末冶金溫壓技術(shù)的發(fā)展