一、我國機械制造工業(yè)面臨的形勢

近年高新技術獲得飛躍的發(fā)展，這一方面使機械制造工業(yè)采用了新技術，提高了機械制造的技術水平，同時，由于高新技術和國防工業(yè)發(fā)展的需要，促進了機械工業(yè)技術水平的迅速提高。

近年來我國機械工業(yè)獲得迅速發(fā)展，現(xiàn)在中國已是一個制造大國：中國已能生產(chǎn)電腦，DVD，半導體，各種家電和電信設備等精密產(chǎn)品，并且價格低廉。2003年，統(tǒng)計中國生產(chǎn)了世界上29%的彩色電視機，世界上24%的洗衣機，16%的電冰箱，50%以上的空調(diào)機，70%的玩具，55%的照相機，30%的微波爐，42%的顯示器，75%的鐘表，50%縫紉機，83%的小型拖拉機，40%的自行車，44%的摩托車。收錄機年產(chǎn)量2.4億臺，占全球份額的70%，DVD機2000萬臺，占70%，電話機9600萬臺，占50%以上，微特電機30億臺，占60%，一次性電池170億只，占40%，人造金剛石微粉10億克拉，占60%以上。中國生產(chǎn)的這些機電產(chǎn)品，已經(jīng)銷售到世界各國。我國汽車工業(yè)發(fā)展迅速，自1992年實施擴大開放政策以來，保持平均15%以上的年增長率。2002年和2003年的產(chǎn)量達到325.1萬輛和444.39萬輛。

中國制造業(yè)規(guī)模已達世界第四位，僅次于美國、日本和德國。在鋼鐵、水泥、化纖、化肥、電視機、摩托車等年產(chǎn)量都是世界第一。但制造業(yè)大而不強，是制造大國而不是制造強國。例如鋼鐵(年產(chǎn)量超過2億噸)，我們大量出口低價鋼材而進口高附加值的合金鋼。機床也是出口亷價的簡單機床，而進口昂貴的數(shù)控和精密機床。中國制造業(yè)的勞動生產(chǎn)率，僅是美國的1/25，日本的1/26。中國很多機械產(chǎn)品價雖亷，而質(zhì)量也低，突出的例子，如鉆頭，價格是國外的1/10，而壽命也是國外的1/10。在世界企業(yè)的500強中，中國的制造業(yè)僅有兩家。

但中國不僅不是一個制造強國，而且是一個制造水平很低的國家。只是由于中國勞動力工資很低，因而在中國大量生產(chǎn)的只是勞動密集型產(chǎn)品(很多還是外國品牌)。而高水平高質(zhì)量的產(chǎn)品，如精密和數(shù)控機床，飛機，汽車，精密儀器，精密微電子設備，還都需要大量進口，一些重要精密尖端產(chǎn)品還自己不能生產(chǎn)，受制于外國。

現(xiàn)在世界制造工業(yè)競爭極為激烈，我們需要盡快努力，使中國早日真正成為一個制造強國。近年來制造技術發(fā)展迅速，大量新技術被應用到制造業(yè)中，先進制造技術發(fā)展極為迅速。

中國制造工業(yè)存在的問題：

1）機械工業(yè)產(chǎn)品落后，國外已是新的機電一體化產(chǎn)品，并且產(chǎn)品不斷更新，而我國生產(chǎn)的往往是老的產(chǎn)品，產(chǎn)品更新很慢，而且很多高水平高質(zhì)量的產(chǎn)品還不能制造。如精密機床和數(shù)控機床，飛機，汽車，精密儀器，精密微電子設備，還都需要大量進口，一些重要精密尖端產(chǎn)品自己不能生產(chǎn)，受制于外國。

2）不掌握產(chǎn)品核心技術，引進的機電產(chǎn)品很多使用外國的專利(很多還是外國品牌)，核心技術沒有自己的知識產(chǎn)權，不僅要交專利費，并且不能修攺改進。

3）機床裝備數(shù)量雖多，但構成比十分落后。據(jù)2002年統(tǒng)計，我國機床擁有量383萬臺，居世界第一，但其中屬于國際先進水平的僅占1.5%，屬國內(nèi)先進水平的也只占9%，設備總體構成比十分落后。

4）制造技術落后：制造技術工藝落后，加工棈度低，工作效率和生產(chǎn)效率低。生產(chǎn)周期長，新產(chǎn)品試制周期長，流動資金占用多。

5）管理落后，非生產(chǎn)人員比例大。以機床工業(yè)為例，1996年我國機床工業(yè)員工共36.9萬人，工業(yè)結(jié)構調(diào)整后，現(xiàn)今約20萬人，仍居世界第一(美國5.8萬人，德國7萬人，日本4萬人)，機床工業(yè)員工人數(shù)雖多，但機床產(chǎn)量、產(chǎn)值、質(zhì)量均遠遠落后于美、日、德等發(fā)達國家。據(jù)統(tǒng)計我國機械制造業(yè)的人均產(chǎn)值僅為美國的1/25，日本的1/26。

6）研究費用及人力投入少，技術創(chuàng)新少。

現(xiàn)在世界制造工業(yè)競爭極為激烈，當前我們的任務應盡快努力，使中國早日從制造大國變成為一個真正制造強國。為此必須：

1）研制并發(fā)展先進的高水平的產(chǎn)品，機電一體化的新產(chǎn)品。
2）使用先進的制造技術，近年來制造技術發(fā)展迅速，大量新技術被應用到制造業(yè)中，先進制造技術發(fā)展極為迅速，提高加工產(chǎn)品質(zhì)量，提高加工效率。
3）采用先進的管理技術
4）從思想上重視技術創(chuàng)新，掌握核心技術。

近年來機械工業(yè)技術水平提高迅速，競爭劇烈。我們面臨的形勢是是嚴峻的，亟需積極努力，加速發(fā)展先進制造技術，提高我國機械制造工業(yè)的技術水平。只有提高機械工業(yè)技術水平，才有可能將我國從一個制造大國轉(zhuǎn)變成一個制造強國。下面簡單介紹先進制造技術的幾個主要方面的發(fā)展情況。

二、 高速切削技術的發(fā)展

金屬切削加工作為制造技術中最主要的工藝技術，決定著制造業(yè)中零件的加工效率、精度、質(zhì)量和成本。即使到下個世紀切削加工仍將是機械制造業(yè)最基本最大量的工藝技術，必須給予充分重視。

高速切削技術經(jīng)過半個世紀的探索和研究，進入二十世紀90年代以后，各工業(yè)發(fā)達國家已在生產(chǎn)中開始應用，明顯的提高切削效率，受到極大的重視高速切削技術的實現(xiàn)，涉及高速機床、刀具、切削工藝、數(shù)控技術、切削動力學等多項技術。

1. 高速切削的速度定義

高速切削速度不能簡單地用某一切削速度數(shù)值來定義，不同的切削條件，具有不同的高速切削速度范圍。不同的工件材料的大致高速切削速度范圍如圖1所示。高速銑削鋼時，切削速度的下限是500-800m/min，高速銑削鋁合金時，切削速度的下限是3000-5500m/min。

圖1 高速切削速度定義

2.高速切削的主要優(yōu)點

1）隨切削速度提高，材料切除效率增加，大幅度提高加工教率，降低加工成本。
2）切削速度提高，切削力隨之減少，平均切削力可下降30%。這對降低高轉(zhuǎn)速主軸的功耗有明顯影響，并有利于低剛性和薄壁零件的加工。
3）高速切削平時采用小切深，大進給，并且切削力降低，使加工表面質(zhì)量明顯提高，并有利于低剛性零件的加工。
4）高速切削大量的切削熱隨切屑排出，大致在90%以上，加工工件的溫升小，有利于降低工件的熱變形和減小加工的殘留內(nèi)應力。
5）從切削動力學分析，機床轉(zhuǎn)速提高，使切削系統(tǒng)的工作頻率遠高于機床的低階固有頻率，這有利于降低加工表面粗糙度。
6）高速切削可代替磨削用于淬硬工件的粗加工和半精加工，不僅明顯提高加工效率，而且不用切削液，有利于環(huán)境保護。

高速切削已用于加工多種不同零件，圖2是幾種加工零件實例，可看到多種不同材料的復雜結(jié)抅零件，包含自由曲面的零件等，都已可用高速切削技術加工。航空工業(yè)中的大型鋁合金機架，使用高速銑削，提高加工效率，效果特別明顯。

a)鋁合金箱模具 b)手機模具 c)塑料水瓶模具


d)單齒輪箱 e)石墨電極 f)汽輪機葉片
圖2 高速切削加工零件實例

3. 高速切削對機床的要求

高速切削機床成為高速切削機床發(fā)展的首要條件。高速切削對機床有很高的要求，是高技術機床。高速切削機床主軸要求很高的轉(zhuǎn)速，很高的進給速度和加速度，機床結(jié)構應有很高的靜、動剛度和優(yōu)良的力學性能。高速切削機床相當大部分是多軸聯(lián)動數(shù)控機床，同時又常是精密機床，，不僅可減少切削工時，并可減少后續(xù)的精加工，效益十分明顯。

高速主軸是高速切削機床的最核心部件，近年來高精度陶瓷軸承和新潤滑技術的應用，使高速主軸的轉(zhuǎn)速從前幾年的15000～30000r/min又提高到最新的30000～45000r/min?，F(xiàn)高速主軸，多數(shù)采用內(nèi)置式電機，精密陶瓷軸承，油氣潤滑，內(nèi)部循環(huán)冷卻，密封結(jié)構。圖3 所示是一種典型高速主軸結(jié)構。

典型高速主軸結(jié)構 圖4 直線電機驅(qū)動導軌 圖5 高速棈密臥式鏜銑加工中心(DIXI)

高速切削時要求甚高的進給速度和加速度，傳統(tǒng)滾珠絲杠驅(qū)動已不能滿足要求。現(xiàn)在多數(shù)高速切削機床采用直線電機驅(qū)動導軌，進給速度甚至高達80-120m/min。圖4所示是直線電機驅(qū)動導軌。

高速切削機床現(xiàn)在相當大部分是多軸聯(lián)動數(shù)控機床或加工中心，同時又常是精密機床，可以加工出非常復雜和精密的零件，大大節(jié)省加時間。瑞士DIXI公司以生產(chǎn)精密臥式坐標鏜床而聞名于世，現(xiàn)在也已攺生產(chǎn)多坐標數(shù)控聯(lián)動高速臥式精密加工中心。圖5所示為DIXI公司的DHP40型高速棈密臥式鏜銑加工中心，其主軸最高轉(zhuǎn)速為24000r/min。

高速切削機床的結(jié)構都應有很高的靜、動剛度和優(yōu)良的力學性能。

4. 高速切削對刀具的要求

高速切削對刀具有極嚴的要求：

1）使用優(yōu)質(zhì)刀具材料 高速切削的刀具必須使用優(yōu)質(zhì)硬質(zhì)合金、涂層刀具，超硬材料刀具，如陶瓷刀具，CBN刀具或金剛石刀具等，以保證刀具有較長的切削壽命。
2）刀柄結(jié)抅 高速切削的刀具在甚高轉(zhuǎn)速下工作，原來的7：24錐柄接觸不可靠，如圖6所示，錐面很難良好接觸。高速切削的刀具現(xiàn)在常采用短錐柄，要求定位錐面和端面同時接觸，以獲得很高的接觸剛度和精度。圖7所示是這種高速切削用的HSK40刀柄系列。
3）高速切削的刀柄結(jié)構必須能保證快速換刀，快速換刀時間現(xiàn)在一般僅為數(shù)秒鐘。
4）高速切削的刀具使用前必須經(jīng)過精密動平衡，以免工作時發(fā)生振動。

6 7：24錐柄接觸不可靠 圖7 高速切削的HSK40刀柄系列

5. 高速切削對控制系統(tǒng)的要求

高速切削的控制系統(tǒng)，要求有高速大容量的數(shù)據(jù)計算處理能力。高速運動部件的慣性很大，在啟動加速和減速停止時，都有很大的加速度，要求控制系統(tǒng)有很強的快速控制性能。在加工時，如作曲線軌跡運動，將產(chǎn)生很大的向心加速度，可能達到4~6m/s2。因此在加工拐角和圓弧時，運動部件的慣性將影響運動精度，編程控制系統(tǒng)必須加以修正。

6. 高速切削對安全和環(huán)保的要求

高速切削時，刀具轉(zhuǎn)速甚高，切屑以極高速度飛出，必須有安全防護裝置。高速切削時，一般不使用切削液，有利于環(huán)境保護。