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展望我国切削加工与刀具技术的发展趋势

　　摘要：介绍国内外先进制造技术与高速加工的发展趋势，认识刀具在切削加工中的重要性，刀具新材料、刀具新结构、与刀具相关新技术的应用，以及几点启示和建议。

　　一、先进制造技术发展阶段与思考

　　1、当我们进入21世纪的时候，从世界范围观察，我们正处在先进制造技术空前快速发展的时期。由于数控机床（NC）的问世，发展一系列数控加工技术，如加工中心（MC）、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）、甚至出现了与传统机床完全不同的虚拟轴机床（又称六条腿机床），和与机床同时相辅相成发展起来的高速加工新技术、新刀具、新工艺的紧密结合，使机械加工中的劳动强度大大降低，辅助时间大大缩短，产品质量和生产效率大大提高，成为制造业乃至全球经济的发展起到巨大的推动作用。以美国为例，制造业在美国被誉为产出最多的经济部门，在90年代为美国国内生产总值（GDP）增长的贡献达到29%。

　　2、今天，大力发展数控加工技术及装备，已成为世界各国政府的战略决策，用数控装备武装现代工业和改造传统工业也成为世界各国制造业发展方向。在90年代后期如德、日、美、意四国的机床产值数控化率已达到51.75%以上。数控机床已成为当今制造技术的主要装备，数控加工技术成为先进制造技术的主流，开创着整个现代制造业的新时代。党的十六大明确指出：“大力振兴装备制造业”。新中国的装备制造业经过几代人的前仆后继，尤其是20多年的改革开放和现代化建设，已经建立起比较完整、独立的工业体系，具有了一定的物质技术基础，总体生产规模已居世界第四位。许多经济学家预测，中国将成为继英国、美国、日本后的又一个“世界工厂”和“制造大国”。

　　3．应当清醒地看到，我们虽然有了举世公认的飞速发展，但与日新月异的世界制造业发展相比，无论在市场竞争力，产品水平和发展后劲上仍存在较大差距。仅就我国目前切削加工整体水平与先进工业国家相比相差20年，相当一部分生产企业还较普遍采用焊接式刀具，或几十年一贯制的老工艺方法，这些都需要我们急待解决。为了促进生产力的发展，增强企业竞争力，我们只有抓住机遇，迎接挑战，更新观念，引进创新，大力推广和采用新技术、新工艺、新材料，才能与时俱进改变我们的落后面貌。

　　二、高速加工（高速切削）发展的必然趋势

　　1、首先回顾百年来切削发展史：1900年当时的刀具材料为碳素工具钢，如果加工一根直径φ100mm，长500mm的碳钢轴件，需要100分钟才能完成，而在2000年的今天，刀具材料为硬质合金涂层刀具和立方氮化硼刀具，加工上述同样一根轴，仅需要一分钟完成，切削效率提高100倍。充分说明机床和刀具技术发展到一个新的阶段。切削加工（含磨削）不仅现在而在整个21世纪仍是机械制造业的主导加工方法，绝大部分机械零件需机械加工完成。目前切削加工约占整个机械加工工作量的95％，据有关专家估计，21世纪的切削加工仍将占机械加工的90％以上，因此提高切削加工水平仍然是一个重要的研究课题。

　　2、提高切削效率首先要求机床不断更新换代，高速主轴采用陶瓷轴承，液体静压轴承、空气静压轴承、磁浮轴承后，其主轴转速可达10000－50000转／分；小型机床可达100000转／分。进给速度：滚珠丝杠可达40－60米／分，直线电机可达90－120米／分。可以看出辅助运动已达到了主运动的水平，为高速加工创造了最重要的保证条件。再加上刀具新材料、新工艺、新结构的不断研究创新，从而使切削加工进入了高速加工，即新一轮的高速与超高速切削发展新阶段，与50年前的高速切削水平有了一个质的飞跃。

　　3、目前国际上对高速加工尚无统一定义。有两种提法：一种是以切削速度在1000米/分以上称为高速加工。另一种从被加工材料和刀具材料两个方面考虑，即切削速度与进给速度高于常规值的5――10倍的加工方法称为高速加工。举例如下：

　　铣削：CBN铣削铸铁、切削速度可达1000－2000米／分。

　　PCD铣削铝合金、切削速度可达4000－7000米／分。

　　车削：氮化硅陶瓷车削灰铸铁、切削速度可达500－700米／分。

　　CBN车削淬火钢（HRC60），切削速度可达100－200米／分。

　　CBN车削铸铁刹车盘，切削速度可达700－1000米／分。

　　钻削：整体硬质合金钻头钻灰铸铁，切削速度可达100米／分。

　　攻螺纹：钴高速钢丝锥（M14×1.5）加工可锻铸铁，切削速度可达61米／分。

　　滚齿：硬质合金滚刀加工16MnCr5，切削速度可达350米／分。

　　金属陶瓷滚刀加工16MnCr5，切削速度可达600米／分。

　　4、高速加工的机理：早期有萨洛蒙“采用较高的切削速度”理论，在1931年曾获德国专利，文中指出：“在一定的切削速度（比常规加工高5-10倍）下，在切削刃处的切屑去除温度将会开始降低……”“这种高速加工将……提高生产率。”实验见图：对于钢铁这种温度降低程度较小，对于铝和

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