超高速切削技术及其新进展——王西彬　解丽静给量,仍能获得很高的加工效率,但表面粗糙度却得以极大的改善。如笔者以1325m/min的速度铣削灰铸铁[13],得到如同磨削一样的光滑表面,Ra仅为0.53Lm。

我国对高速立铣加工中心、高速卧式加工中心和高速五面加工中心的年需求量分别约为150台和100台,到2010年则分别可达300台和200台。对用于这些设备的超高速切削刀具,也必然有明显的

市场需求趋势。

2　发展超高速切削技术的重要性

21世纪的制造生产将日益走向全球化,国际制成品市场的竞争将愈加激烈,由此要求制造企业必须对市场现有需求和潜在需求作出快速响应,具备性能优良、价格低廉的产品和交货迅速的制造能力。这必将驱使制造加工技术朝着快速、低消耗和优质高精度的方向发展。在这一进程中,超高速切削作为加工业中最基础的综合性技术将发挥关键作用

[14,15]

3　超高速切削的技术体系

超高速切削技术是一项综合性高技术,按其内容、特点和相互关系可分为技术原理、基础技术、单元技术和总体技术4个层次,见图1。其中技术原

。

事实上,超高速切削所具有的一系列特色和在

生产效益方面的巨大潜力,早已成为德、美、日等国竞相研究的重要技术领域,如美国,60年代初由空军主持开始超高速切削机理研究,1976年美国的公司研制了一台高速铣床,最高转速达到20000r/min。80年代初由国防高技术研究总暑(DARPA)规划了超高速切削基础技术的研究。如今美国波音公司、法国达索公司采用数控高速切削加工技术超高速铣切铝合金、钛合金整体薄壁结构件;美国休斯飞机公司采用超高速精密铣削技术加工平面阵列天线、波导管、挠性陀螺框架。而近年成立的隶属于美国国家科学研究委员会的“2010年及其以后国防制造工业委员会”在提出应把生产加工工艺作为重大攻关领域的前提下,将超高速切削列为与民用工业共用的先进制造基础技术。德国自1984年开始至今,由国家研究技术部(DFG)支助Darmstadt大学和41家公司对超高速切削机床、刀具等相关技术进行系统的研究。日本先端技术研究会把超高速切削列为五大现代制造技术之一。如今,美、德、日、法、瑞士、意大利生产的不同规格的各种商业化超高速机床已经进入市场,应用于飞机、汽车及模具制造。

我国于90年代初开始在国家基金委、国家计委和航空工业总公司的支持下对超高速加工的各关键领域进行初步的研究,但与国外的差距仍然较大。因此在“国家‘十五’重点领域技术预测研究”和“先进制造领域关键技术的分析论证”中,超高速切削技术仍被列为重大综合型项目和经济与社会发展急需高技术项目中的重要内容。

制造设备市场对超高速加工机床需求的增长趋势是发展我国超高速切削技术的另一个重要因素。根据对技术产品与市场的预测

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理是通过超高速切削、磨削实验和理论分析所揭示出的加工机理,加工过程的变形、力、温度、摩擦和磨损规律,超高速条件下加工系统各部分的稳定性、可靠性及弹性扩展特性分析。为超高速切削技术提出基本要求和提供实验与理论依据。基础技术和单元技术是实现超高速切削的关键所在,包括材料技术,构件、元件及部件的设计和制造技术,控制和监测方法。应用了许多技术领域(如机械、电气、轴承、控制等)的最新成果,集中体现了超高速切削技术高性能、高精度、高可靠性和高速度的特点。超高速切削的总体技术是各单元技术按应用特征和技术性能的进一步集成。

4　超高速切削的技术现状和发展趋势

4.1　国外的进展

近年来美、欧、日等加快了对新一代超高速加工中心、数控机床、工具系统的研究和产业化开发进程,其主要技术进展如下:

(1)高性能的电主轴技术及其产品的专业化生产　高性能的电主轴是实现超高速切削的基础,要求具有很高的转速及相应的功率和扭矩。多数由内装电机直接驱动。目前,具备各种先进的电气驱动和控制技术的电主轴已经达到专业化生产和商品化供应,如瑞士Fisher公司和法国Forest-,到“十五”末