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金属加工工艺中的先进切削技术研究在当代制造业领域，金属加工工艺一直扮演着重要的角色。
随着科学技术的不断发展和创新，先进切削技术正成为金属加工工艺中的关键环节。
本文将对金属加工工艺中的先进切削技术进行研究和探讨。
1. 先进切削技术的定义与意义先进切削技术是指结合现代工程学、材料科学、机械力学等相关学科的知识与理论，在金属加工工艺中应用创新技术，追求高效、精密和经济的切削加工方式。
其意义在于提高金属加工的效率、加工质量和降低成本，从而推动整个制造业的发展。
2. 先进切削技术的发展趋势（1）超硬刀具技术：超硬刀具具有高硬度、高热稳定性和耐磨性等特点，能在高速切削中保持较长的切削时间和良好的切削性能。
（2）高速切削技术：高速切削技术能够提高金属切削的效率，缩短加工时间，减少加工成本，并减小加工过程中的振动和热变形。
（3）微细切削技术：随着精度要求的提高，对微细切削技术的需求也日益增长。
微细切削技术能够实现微细加工，获得更高的精度和表面质量。
（4）复合切削技术：复合切削技术将多种切削工艺结合起来，综合利用各种切削方式的优势，以提高加工效率和加工质量。
3. 先进切削技术的应用案例（1）高速铣削技术在航空制造中的应用：高速铣削技术能够加工各种难加工材料，高效完成复杂的造型零件加工任务，提高航空制造中的加工效率。
（2）微铣削技术在精密电子制造中的应用：微铣削技术能够获得非常小的加工尺寸和高精度的加工表面，满足精密电子产品对加工精度和表面质量的要求。
（3）刀路优化技术在汽车制造中的应用：刀路优化技术能够通过优化刀具轨迹和加工参数，提高汽车零部件的切削效率，减少加工时间和成本。
（4）超硬刀具技术在模具制造中的应用：超硬刀具能够实现高速、高效的精细加工，提高模具制造的效率和加工质量。
4. 先进切削技术的挑战虽然先进切削技术带来了诸多优势，但也面临一些挑战。
首先，先进切削技术的引入需要大量的技术投入和设备更新，因此成本较高。
国外加⼯⼑具巨头们的钻削⼑具技术创新为了努⼒满⾜⽤户提⾼⽣产效率的需求，⼑具制造商正在不断创新各种钻孔⼑具的设计和制造策略。
伊斯卡公司（Iscar Metals Inc.）开发的Picco-MF多功能可转位⼑具将精密⼩孔钻削功能与表⾯车削、外圆车削和内孔车削/镗削功能组合在⼀起。
DR-MF系列⼑具设计⽤于在瑞⼠型机床上加⼯汽车、模具、航空航天、医疗和普通⼯程等⾏业使⽤的微型零件，其特点是采⽤了两种分别⽤于钻削和车削加⼯的切削刃。
⼤螺旋⾓切削刃的设计可将切削⼒减⾄最⼩，在低速进给时可实现最佳切屑控制。
XCMT⼑⽚采⽤了IC908牌号的亚微颗粒硬质合⾦基体和TiAlN多层涂层。
该⼑具既可⽤于右⼿切削也可⽤于左⼿切削。
为了增强耐磨性，减⼩表⾯摩擦以改善排屑性能和防⽌堵塞，⼑体涂覆了硬度为HRC60的涂层。
在汽车、医疗器具、航空航天、普通⼯程等不同的制造⾏业，制造商们可以选⽤各种先进的钻孔⼑具，包括⾼钻进率的整体硬质合⾦钻头、可转位⼑⽚式钻头、可换硬质合⾦钻尖式钻头，以及使⽤⽇益增多的多功能钻头等，⽤于钻削各种⼩孔、深孔，以及⼀次完成钻孔、倒⾓、锪孔等加⼯⽽⽆需再进⾏⼆次加⼯。
⼭特维克可乐满公司（Sandvik Coromant Co.）推出的CoroDrill 805组合式可转位钻头采⽤了具有极佳排屑性能和内冷却设计的CoroDrill 800钻体。
CoroDrill 805钻头设计⽤于在常规机床（如加⼯中⼼、车床和车－铣床）上钻削加⼯深孔，⽽不必将⼯件移⾄专⽤深孔钻削机床上进⾏加⼯。
该钻头的加⼯直径范围为25～65mm，孔深可达13倍孔径，加⼯表⾯粗糙度Ra32µm。
⼑具制造商们充分利⽤在⼑具⼏何形状、基体材料和表⾯涂层⽅⾯的技术进步，不断推出新的⼑具品种，扩展现有产品系列，并将定制设计的专⽤⼑具定型为标准供货产品。
CNC机床（尤其是加⼯中⼼）、瑞⼠型车削中⼼以及可优化长钻头加⼯性能的长床⾝车床的技术进步也使先进钻削⼑具的优势得以充分发挥。
精密与超精密磨削技术国内外都采用超精密磨削、精密修整、微细磨料磨具进行亚微米级以下切深磨削的研究以精密与超精密磨削技术国内外都采用超精密磨削、精密修整、微细磨料磨具进行亚微米级以下切深磨削的研究以获得亚微米级的尺寸精度。
微细磨料磨削用于超精密镜面磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石磨粒平均直径可小至4 μm。
日本用激光在研磨过的人造单晶金刚石上切出大量等高性一致的微小切刃对硬脆材料进行精密磨削加工效果很好。
超硬材料微粉砂轮超精密磨削主要用于磨削难加工材料精度可达0.025 μm。
日本开发了电解在线修整ELID超精密镜面磨削技术使得用超细微或超微粉超硬磨料制造砂轮成为可能可实现硬脆材料的高精度、高效率的超精密磨削。
作平面研磨运动的双端面精密磨削技术其加工精度、切除率都比研磨高得多且可获得很高的平面度在工具和模具制造中磨削是保证产品的精度和质量的最后一道工序。
技术关键除磨床本身外、磨削工艺也起决定性的作用。
在磨削脆性材料时由于材料本身的物理特性切屑形成多为脆性断裂磨剂后的表面比较粗糙。
在某些应用场合如光学元件这样的粗糙表面必须进行抛光它虽能改善工件的表面粗糙度但由于很难控制形状精度抛光后经常会降低。
为了解决这一矛盾在80年代末日本和欧美的众多公司和研究机构相继推回了两种新的磨削工艺塑性磨削Ductile Grinding和镜面磨削Mirror Grinding。
1塑性磨削它主要是针对脆性材料而言其命名来源出自该种工艺的切屑形成机理即磨削脆性材料时切屑形成与塑性材料相似切屑通过剪切的形式被磨粒从基体上切除下来。
所以这种磨削方式有时也被称为剪切磨削Shere Mode Grindins。
由此磨削后的表面没有微裂级形成也没有脆必剥落时的元规则的凹凸不平表面呈有规则的纹理。
塑性磨削的机理至今不十分清楚在切屑形成由脆断向逆性剪切转变为塑断这一切削深度被称为临界切削深度它与工件材料特性和磨粒的几何形状有关。
一般来说临界切削深度在100μm以下因而这种磨削方法也被称为纳米磨削Nanogrinding。
国外切削加工用PCD与PCBN的发展与应用近年来，随着制造业的发展和要求的提高，国外对切削加工用聚晶金刚石（PCD）和立方氮化硼（PCBN）的研究和应用逐渐增多。
PCD和PCBN是一种高度硬度、高耐磨、高热导率的新型切削材料，广泛应用于汽车、航空、航天、机床等领域。
本文将介绍国外PCD和PCBN的发展和应用。
首先，国外对PCD的研究和应用已有较长历史。
20世纪50年代，瑞典先后开发出低压化学气相沉积法（LPCVD）和高压化学气相沉积法（HPCVD）生产PCD的技术。
此后，美国、日本、德国等国家也纷纷投入了PCD的研发与应用。
PCD具有高硬度、高强度、低摩擦系数和良好的热稳定性等特点，适用于高速切削和硬质材料的加工。
特别是在汽车轮毂、曲轴、凸轮轴等高精度零件的加工中，PCD已经得到了广泛的应用。
其次，国外对PCBN的研究和应用也在不断进步。
PCBN是一种具有类似于金刚石的物理特性和机械性能的材料，适用于加工高硬度的材料，如合金钢、铸铁、高温合金等。
PCBN具有高硬度、高导热性、低摩擦系数和优异的化学惰性等特点。
它可以用于加工高速度、高挤压、高温度和高硬度的材料，例如用于汽车发动机的气门、凸轮轴、刀具和模具等。
PCBN在机械加工行业的应用越来越广泛，为高精度、高效率的加工提供了可靠的切削工具。
此外，国外研究对PCD和PCBN刀具的改进也取得了显著的成果。
例如，通过研究材料成分和工艺参数等因素的影响，改善刀具的性能和寿命，提高加工效率和质量。
同时，国外也注重PCD和PCBN刀具的涂层技术研究，以进一步提高刀具的耐磨性、防锈性和导热性。
涂层技术能够提高刀具的切削速度、降低摩擦系数、延长刀具的使用寿命。
综上所述，国外对切削加工用PCD和PCBN的研究和应用逐渐成熟。
PCD和PCBN的高硬度、高强度和优异的耐磨性使其在高精度、高效率的加工中具有广泛的应用前景。
未来，随着制造技术的不断发展和需求的不断增加，PCD和PCBN材料和刀具的研究与应用将会有更好的发展。
金属切削加工技术研究与发展状况1．金属切削理论与方法到目前为止，人们用于金属切削的加工方法很多，除了传统的车、镗、鉋、铣、磨等工艺方法之外，归纳起来有以下三十多种特种加工和复合加工方法：靠机械能去处金属的方法，有磨粒流加工、磨粒喷射加工、流体动力加工、低应力磨削、加热切削、超声波加工、水力喷射加工等；靠电解能去处金属的方法，有电解去毛刺、电解磨削、电解珩磨、电解研磨、抛光等；靠热能去处金属的方法，有电子束加工、电火花磨削、电火花线切割、激光束加工、等离子束加工等；靠化学能去处金属的方法，有化学铣削、电化学抛光、光化学加工、热化学加工等。
而且，新的加工方法还在不断的涌现，例如液中研磨、机械化学研磨、抛光、电泳磨削等用于金属和非金属晶体的超精密加工方法。
2．刀具材料的发展状况金属切削技术的进步与材料技术的发展是密不可分的。
随着工程材料品种的日益增多，对刀具材料的要求也在不断提高。
从最初的碳素工具钢和合金工具钢，逐渐出现了硬质合金，使生产效率大幅度提高。
近三十年来，刀具材料中有出现了涂层硬质合金、金属陶瓷、立方氮化硼、金刚石等超硬材料，促使金属切削效率和精度的进一步提高，解决了难切（磨）材料加工问题。
近年来，机械加工行业为了降低成本及保护环境，逐渐推广干式切削技术，使得某些材料的加工难度增大；同时航空航天、汽车、摩托车等行业使用材料的性能不断提高，轻质强韧性材料的使用不断增加，也使加工难度日益增大；随着机床制造业的发展，数控机床和加工中心的加工能力获得极大提高，并不断向高速、高效率加工发展，进而对刀具材料提出了更高的要求。
在这些因素的影响下，切削刀具的材料也在高速发展，其中硬质合金涂层材料在刀具材料的发展中一直处于主导地位；新型硬质合金及金属陶瓷与陶瓷等材料制作的刀具得到应用；金刚石和立方氮化硼等超硬刀具材料的高速发展为广泛采用新型硬韧材料和新型加工工艺提供了广阔的应用前景。
近几年来，刀具材料的进展，主要表现在以下几方面：硬质合金涂层材料；中低温ＣＶＤ涂层；ＰＶＤ涂层；超细晶硬质合金材料；金属陶瓷材料；陶瓷材料；超硬材料：人造金刚石和立方氮化硼(ＣＢＮ)；金刚石涂层硬质合金刀具等材料的广泛应用。
一、先进制造技术先进的机械制造业是国民经济的支柱产业，关系到一个国家的综合国力。
那么，什么是先进的制造技术呢？先进制造技术AMT是在传统制造的基础上，不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理技术等方面的成果，将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称，也是取得理想技术经济效益的制造技术的总称。
先进制造技术不是一般单指加工过程的工艺方法，而是横跨多个学科、包含了从产品设计、加工制造、到产品销售、用户服务等整个产品生命周期全过程的所有相关技术，涉及到设计、工艺、加工白动化、管理以及特种加工等多个领域，并逐步融合与集成。
可基本归纳为以下四个方面：1、先进的工程设计技术先进的工程设计技术包括众多的现代设计理论与方法。
包括CAD、CAE、CAPP、CAT、PDM、模块化设计、DFX、优化设计、三次设计与健壮设计、创新设计、反向工程、协同产品商务、虚拟现实技术、虚拟样机技术、并行工程等。
（1）产品（投放市场的产品和制造产品的工艺装备（夹具、刀具、量检具等））设计现代化。
以CAD为基础（造型，工程分析计算、白动绘图并提供产品数字化信息等），全面应用先进的设计方法和理念。
如虚拟设计、优化设计、模块化设计、有限元分析，动态设计、人机工程设计、美学设计、绿色设计等等；(2)先进的工艺规程设计技术与生产技术准备手段。
在信息集成环境下，采用计算机辅助工艺规程设计、即CAPP,数控机床、工业机器人、三坐标测量机等各种计算机白动控制设备设备的计算机辅助工作程序设计即CAM等。
2、先进制造工艺技术(1)高效精密、超精密加工技术，包括精密、超精密磨削、车削，细微加工技术，纳米加工技术。
超高速切削。
精密加工一般指加工精度在10〜0.1 m (相当于IT5级精度和IT5级以上精度)，表面粗糙度Ra值在0.1 v m以下的加工方法，如金刚车、金刚镯、研磨、玲磨、超精研、砂带磨、镜面磨削和冷压加工等。
国外金属切削加工发展概况近年来，随着全球制造业的不断发展，金属切削加工作为制造业的重要环节之一，也得到了越来越多的关注和发展。
国外金属切削加工技术在自动化、高精度、高效率等方面取得了显著的进展，在不同领域都得到了广泛应用。
一、自动化水平的提升国外金属切削加工领域的重要进展之一就是自动化水平的提升。
自动化技术的应用使得金属切削加工过程更加智能化和高效化。
例如，引入了数控技术，通过编程控制机床进行操作，大大提高了生产效率和加工精度。
同时，还出现了一些先进的自动化设备，如自动送料机、自动换刀装置等，使得整个加工过程更加连续、稳定。
二、高速切削技术的应用高速切削技术是国外金属切削加工的另一个重要发展方向。
通过提高切削速度和进给速度，可以显著缩短加工时间，提高生产效率。
同时，高速切削技术还能够减少切削力和切削温度，降低刀具磨损和加工表面质量，从而提高加工精度。
这种技术的应用已经在航空航天、汽车制造等领域得到了广泛推广。
三、多轴加工技术的发展随着复杂零件的需求不断增加，多轴加工技术成为了国外金属切削加工的热点领域。
多轴加工技术可以同时进行多个切削轴向的加工，大大提高了加工效率和精度。
例如，五轴加工中心可以在一个机床上完成五个方向的切削，适用于复杂曲面的加工。
这种技术的发展对于提高加工质量和缩短生产周期具有重要意义。
四、先进刀具材料的应用刀具材料的发展也为国外金属切削加工带来了新的突破。
先进的刀具材料，如硬质合金、陶瓷刀具等，具有高硬度、高耐磨性和高热稳定性，可以承受高速切削和高温切削的要求。
这些刀具材料的应用，不仅提高了切削效率和切削质量，还延长了刀具的使用寿命，降低了加工成本。
五、绿色化加工的推进国外金属切削加工在环保方面也取得了一些进展。
为了减少对环境的影响，国外加工企业逐渐采用环保型切削液，降低了切削液的使用量和废水的排放。
同时，还推广了无润滑切削技术，减少了切削过程中对切削液的依赖。
这些举措不仅有助于改善工作环境，还有利于可持续发展。
高速切削技术发展现状一、概述机械加工的发展趋势是高效率、高精度、高柔性和绿色化，切削加工的发展方向是高速切削加工，在发达国家，它正成为切削加工的主流。
50年来，切削技术的极大进步说明了这一点：今天切削速度高达8000m/min，材料切除率达150～1500cm3/min，超硬刀具材料硬度达3000～8000HV，强度达1000Mpa，加工精度从10µm到0.1µm。
干(准)切削日益广泛应用。
随切削速度提高，切削力降低大致为25～30%以上；切削温度增加逐步缓慢；加工表面粗糙度降低1～2级；生产效率提高，生产成本降低。
数控切削加工作为制造技术的主要基础工艺，随着制造技术的发展，在20世纪末也取得了很大的进步，进入了以发展高速切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套技术为特征的发展新阶段。
它是制造业中重要工业部门，如汽车工业、航空航天工业、能源工业、军事工业和新兴的模具工业、电子工业等部门主要的加工技术，也是这些工业部门迅速发展的重要因素。
因此，在制造业发达的美、德、日等国家保持着快速发展的势头。
金属切削刀具作为数控机床必不可少的配套工艺装备，在数控加工技术的带动下，进入了“数控刀具”的发展阶段，显示出“三高一专”(即高效率、高精度、高可靠性和专用化)的特点。
显而易见，在21世纪初，尽管近净成形技术、堆积成形技术是非常有前途的新工艺，但切削加工作为制造技术主要基础工艺的地位不会改变。
从当前制造业发展的趋势中可以看到，制造业发展和人类社会进步对切削加工提出的双重挑战，这也是21世纪初切削加工技术发展的主要趋势。
当前以高速切削为代表的干切削、硬切削等新的切削工艺已经显示很多的优点和强大的生命力，成为制造技术提高加工效率和质量、降低成本的主要途径。
因此，发展高速切削等新的切削工艺促进制造技术的发展是现代切削技术面临的新任务。
当代的高速切削不是切削速度的少量提高，是需要在制造技术全面进步和进一步创新的基础上，包括数控机床、刀具材料、涂层、刀具结构等技术的重大进步，才能达到的切削速度和进给速度的成倍提高，才能使制造业整体切削加工效率有显著的提高。
第4章先进切削加工技术在讲述本章之前，我们首先理解先进制造技术的概念。
先进制造技术是制造技术的最新发展，目前没有明确、一致公认的定义，通过对其特征的分析，可以定义如下：先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，并将其综合应用于产品的设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。
其要点主要包括以下三个方面：1. 先进制造技术的目标是提高制造业对市场的适应能力和竞争能力；2. 先进制造技术的核心是信息技术、现代管理技术和制造技术的有机结合，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产；3. 先进制造技术特别强调信息技术、现代管理技术在整过制造过程中的综合应用。
与传统的制造技术比较，先进制造技术具有以下特点：1.先进制造技术的集成性：已发展为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新型交叉学科。
2.先进制造技术的系统性：先进制造技术是可以驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。
3.先进制造技术应用的广泛性：先进制造技术覆盖了产品设计、生产准备、加工与装配，销售与使用、维修服务以及回收再生的整个过程。
4.先进制造技术的动态性：由于先进制造技术本身是针对一定的应用目标，不断地吸收各种高新技术逐渐形成，不断发展的新技术，因而其内涵不是绝对的和一成不变的。
5.先进制造技术的实用性：主要从先进制造技术的目标来论述。
6.先进制造技术强调环境保护。
先进制造技术的结构体系：1.三大主体技术群（1）工程设计技术群：主要有模糊设计、系统设计、工业造型设计、计算机辅助设计（有限元方法、优化设计方法、CAPP）、虚拟设计、可靠性设计、成组技术、健壮设计、反求工程、人机工程、并行工程。
（2）工程制造技术群：主要包括计算机辅助制造、数控技术、柔性制造系统、计算机集成制造系统、快速成型技术、智能制造、虚拟制造、生物制造、网络制造、敏捷制造、精益生产、绿色制造、全球制造和微机电系统等。
先进切削理论与刀具设计的前沿研究动向初探切削是工业生产中广泛使用的加工方式，其质量和效率直接影响着工件的成形质量和生产效益。
因此，研究先进的切削理论和刀具设计是提高切削加工质量和工作效率的关键。
本文将探讨当前先进切削理论和刀具设计的前沿研究动向。
一、切削力和切削温度的研究切削力和切削温度是切削过程中两个重要的参数。
研究表明，切削力与切削参数、材料性质以及刀具几何形状密切相关。
目前，采用力学建模、有限元模拟和实验研究等方法，对切削力进行分析和预测，以实现切削过程的优化。
此外，切削温度对刀具寿命和加工精度也有着重要影响。
研究人员通过表面涂覆、刀具内冷却等方式，降低切削温度，提高切削质量和刀具寿命。
二、刀具材料和涂层技术的研究刀具材料的选择和涂层技术的应用对刀具的切削性能有着重要影响。
目前，超硬刀具材料、金属刀具材料、复合材料刀具材料等新材料的开发和应用不断扩大切削加工的应用范围。
同时，刀具涂层技术的进步也使得刀具性能得到进一步提高。
例如，采用TiAlN、TiCN、TiAlCrN等高硬度、低摩擦系数的涂层，可以显著提高刀具的切削性能和刀具寿命。
三、刀具几何形状的优化设计刀具几何形状对切削加工效果和刀具寿命具有重要影响。
当前，研究人员通过数值模拟、试验分析等手段，对刀具的几何形状进行优化设计。
例如，采用槽形刀具设计可以减小切削力和切削温度，提高工件表面质量。
此外，刀具芯部的设计也可以降低切削力和切削温度。
因此，刀具几何形状的优化设计成为提高切削效果和刀具性能的关键。
四、切削力控制和自适应控制技术的应用切削力控制和自适应控制技术可以实现切削过程的精确控制，提高切削加工的质量和生产效率。
目前，研究人员利用先进的传感技术和自动控制技术，对切削加工过程进行实时监测和控制。
例如，采用力传感器、功率监测与控制系统，实现切削力的在线测量和控制。
此外，采用自适应控制技术，根据实时切削参数和工件材料特性，实现切削参数的自动调整，最大限度地提高切削加工的质量。
目前切削工艺技术目前切削工艺技术切削工艺技术是制造业中一项重要的加工工艺，它主要用于对金属材料进行切削加工，以获得精细的形状和尺寸。
随着现代制造业的发展，切削工艺技术不断得到改进和创新，以满足市场对高质量、高效率和低成本加工的需求。
目前，切削工艺技术主要包括传统切削工艺和先进切削工艺两种类型。
传统切削工艺是指利用刀具对金属材料进行切削的加工方法，如车削、铣削、钻削等。
这些工艺在加工效率方面具有一定的局限性，且在加工硬质材料时容易产生工具磨损、加工精度不高等问题。
为了提高加工效率和质量，在传统切削工艺的基础上，出现了一系列先进的切削工艺技术。
先进切削工艺技术主要包括高速切削、超硬切削、喷射切削和加工中心等。
高速切削是指在高速旋转的工具下对材料进行切削，以获得更高的加工效率和更好的表面质量。
高速切削技术通过减小刀具切削力和热影响区的方法，能够降低材料变形和表面粗糙度，提高切削效率和质量。
超硬切削是利用超硬材料制成的刀具进行切削加工，以提高耐磨性和切削性能。
超硬切削工艺技术能够在高速切削条件下实现高效率、高质量的加工，特别适用于加工硬质材料和精细加工。
喷射切削是一种利用高速喷射流将切削液喷射到切削区域的切削工艺技术。
喷射切削技术可以有效地冷却和润滑切削区域，减小切削力和切削温度，提高切削效率和工件质量。
加工中心是一种利用多轴控制系统和自动刀库来实现多种复杂工件的自动加工的切削工艺技术。
加工中心技术具有高度自动化、高精度和高效率的特点，能够实现多种加工工序的一次性完成，大大缩短了加工周期。
除了以上几种主要的切削工艺技术，还有一些其他的切削工艺技术也在不断发展和完善，如激光切削、电火花切削、等离子切削等。
这些切削工艺技术在特定领域和特定材料加工中具有独特的优势，为制造业的发展提供了新的机遇和挑战。
总之，目前切削工艺技术正在不断发展和创新，以满足制造业对高质量、高效率和低成本加工的需求。
随着科学技术的进步，切削工艺技术将会越来越先进和高效，为制造业的发展提供更大的支持和推动力。
国内外先进切削加工理论1 引言20世纪80年代以来，随着全球化市场竞争日趋激烈，为争取技术优势，各国纷纷开展先进制造技术的研究与开发。
伴随着信息技术的不断发展，先进制造技术一方面发展了以数控机床为基础的自动化加工技术，另一方面发展了各种新的加工方法和加工工艺，比较典型的有(超)高速切削、干切削、硬切削、(超)精密切削技术等。
微机械(或微型装置)是另一个新型研究领域，其加工技术的开发具有巨大的产业化应用前景。
虚拟切削加工技术是在计算机上借助虚拟现实、立体建模和仿真技术，检验产品的设计合理性和可加工性，对产品的加工过程进行模拟与仿真，预测产品的加工质量、制造周期、使用性能等，以便及时修改设计，缩短产品的研制周期，获得最佳产品质量、最低生产成本和最短开发周期。
本文主要综述(超)高速切削、干切削、硬切削、(超)精密切削、虚拟切削加工技术的主要研究内容及其关键技术。
2 高速切削加工技术提高切削速度一直是切削加工领域十分关注并为之不懈努力的重要目标。
虽然目前国内外专家尚未对高速切削的切削速度的界定达成共识，但通常认为高速切削的切削速度比常规切削速度高5~10倍以上。
高速切削加工技术是在机床结构及材料、机床设计制造技术、高速主轴系统、快速进给系统、高性能CNC 控制系统、高性能刀夹系统、高性能刀具材料及刀具设计制造技术、高效高精度测量测试技术、高速切削机理、高速切削工艺等诸多相关硬件与软件技术综合应用的基础上发展起来的。
因此，高速切削加工是一个复杂的系统工程，高速切削加工技术体系(见图1)是机床、刀具、工件、加工工艺、切削过程监控、切削机理等诸多方面的有机集成。
高速切削加工具有以下特点：①切削力随着切削速度的提高而下降；②切削产生的热量绝大部分被切屑带走；③加工表面质量提高；④在高速切削范围内机床的激振频率远离工艺系统的固有频率范围。
以上特点有利于提高生产效率；有利于改善工件的加工精度和表面质量；有利于减少模具加工中的手工抛光；有利于减小工件变形；有利于使用小直径刀具；有利于加工薄壁零件和脆性材料；有利于加工较大零部件；可替代其它加工工艺(如磨削)，获得显著的经济效益。
国内外先进切削加工理论1 引言20世纪80年代以来，随着全球化市场竞争日趋激烈，为争取技术优势，各国纷纷开展先进制造技术的研究与开发。
伴随着信息技术的不断发展，先进制造技术一方面发展了以数控机床为基础的自动化加工技术，另一方面发展了各种新的加工方法和加工工艺，比较典型的有(超)高速切削、干切削、硬切削、(超)精密切削技术等。
微机械(或微型装置)是另一个新型研究领域，其加工技术的开发具有巨大的产业化应用前景。
虚拟切削加工技术是在计算机上借助虚拟现实、立体建模和仿真技术，检验产品的设计合理性和可加工性，对产品的加工过程进行模拟与仿真，预测产品的加工质量、制造周期、使用性能等，以便及时修改设计，缩短产品的研制周期，获得最佳产品质量、最低生产成本和最短开发周期。
本文主要综述(超)高速切削、干切削、硬切削、(超)精密切削、虚拟切削加工技术的主要研究内容及其关键技术。
2 高速切削加工技术提高切削速度一直是切削加工领域十分关注并为之不懈努力的重要目标。
虽然目前国内外专家尚未对高速切削的切削速度的界定达成共识，但通常认为高速切削的切削速度比常规切削速度高5~10倍以上。
高速切削加工技术是在机床结构及材料、机床设计制造技术、高速主轴系统、快速进给系统、高性能CNC 控制系统、高性能刀夹系统、高性能刀具材料及刀具设计制造技术、高效高精度测量测试技术、高速切削机理、高速切削工艺等诸多相关硬件与软件技术综合应用的基础上发展起来的。
因此，高速切削加工是一个复杂的系统工程，高速切削加工技术体系(见图1)是机床、刀具、工件、加工工艺、切削过程监控、切削机理等诸多方面的有机集成。
高速切削加工具有以下特点：①切削力随着切削速度的提高而下降；②切削产生的热量绝大部分被切屑带走；③加工表面质量提高；④在高速切削范围内机床的激振频率远离工艺系统的固有频率范围。
以上特点有利于提高生产效率；有利于改善工件的加工精度和表面质量；有利于减少模具加工中的手工抛光；有利于减小工件变形；有利于使用小直径刀具；有利于加工薄壁零件和脆性材料；有利于加工较大零部件；可替代其它加工工艺(如磨削)，获得显著的经济效益。
但是，随着切削速度的提高，刀具寿命会下降。
目前，航空制造业(尤其是大型整体铝合金薄壁飞机结构件的加工)、模具制造业、汽车制造业等行业均已积极采用高速切削加工技术。
在实际生产应用中，应根据具体加工情况合理选用高速机床和加工工艺，不同的生产领域和加工对象对高速机床的性能要求和适用的工艺方法是有区别的。
适于高速切削加工的工件材料包括铝合金、钢、铸铁、铅、铜及铜合金等，随着高速切削加工技术的发展，其适用材料的范围已进一步拓宽到模具钢、钛合金、不锈钢、镍基合金、纤维增强合成树脂等难加工材料。
现在，传统切削工艺能够加工的工件材料高速切削几乎都能加工，而传统切削工艺很难加工的工件材料(如镍基合金、钛合金、纤维增强塑料等)在高速切削条件下将变得易于切削。
常用工件材料的高速切削速度范围见表1。
目前，高速切削加工技术主要应用于车削和铣削工艺。
随着各类高速切削机床的开发，高速切削工艺范围将进一步扩大，高速切削将涵盖所有的传统加工范畴，包括从粗加工到精加工，从车削、铣削到镗削、钻削、拉削、铰削、攻丝、滚齿等。
各种加工工艺对应的高速切削速度范围见表2。
表1 不同工件材料对应的(超)高速切削线速度范围表2 不同加工工艺对应的高速切削线速度范围3 干切削加工技术在切削加工中，使用切削液对于降低切削温度、断屑与排屑、改善零件加工质量均可起到重要作用，但同时也存在诸多弊端，例如：切削液系统的购置、使用与维护需花费大量资金，增大加工成本；切削液需定期更换、添加防腐剂等，增加了加工辅助时间；因切削液加注过程的不连续性及冷却程度的不均匀性，使刀具产生不规则的冷、热交替变化，容易使刀刃产生裂纹，引起刀具破损，从而降低刀具使用寿命；切削液是机械加工中的重要污染源，可污染空气、水源和土壤，需花费大量资金进行防护和治理；切削液中的有害物质对工人的健康及安全也具有一定危害。
为此，作为一种绿色制造工艺的干切削加工技术应运而生。
干式切削由于缺少切削液的润滑、冷却、冲洗和排屑断屑等功能，导致刀具与工件、切屑之间摩擦加剧，切削力增大，切屑变形加剧，切削热急剧增加，导致切削区温度显著升高，刀具耐用度降低，同时工件加工质量不易保证。
为使干切削加工可顺利进行，达到甚至超过湿切削时的加工质量、生产率和刀具耐用度，就必须通过分析干切削的各种特定边界条件和影响干切削的各种因素，寻求相应的技术解决方案及措施来弥补不使用切削液的缺陷。
例如：干切削刀具材料必须具有极高的红硬性和热韧性、良好的耐磨性、耐热冲击和抗粘结性。
聚晶金刚石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)等超硬材料刀具、陶瓷刀具、涂层刀具等均可较好满足干切削的要求。
某些刀具涂层材料具有类似切削液的功能，可隔离切削热，在较长时间内保持刀尖硬度和锋利性，使刀具材料不易发生化学反应。
此外，应针对不同的工件材料和切削用量设计刀具结构、几何参数和相应的断屑槽，以满足干切削的加工要求。
干切削对加工机床的特殊要求主要为保证快速散热和快速排屑。
目前，干切削加工技术已广泛应用于铸铁、钢、铝、钛、镁等及其合金的切削加工。
铸铁是适合干切削的典型加工材料，采用PCBN刀具干切削铸铁的常用切削用量见表3。
PCBN刀具干车削灰铸铁时，前角一般选用-5°～-7°，以承受较大的切削力；粗加工用PCBN刀片的刃口强化与主偏角、前角的配合十分重要；粗加工刀片的刃口倒棱几何尺寸为-20°×0.02mm，精加工刀片的刃口倒棱几何尺寸为-20°×0.1mm。
表3 PCBN刀具干切削铸铁的切削用量由于高速切削具有切削力小、散热快、加工稳定性好等优点，因此干切削加工应尽可能采用较高切削速度。
干切削技术与高速切削技术的有机结合可获得生产效率高、加工质量好、无环境污染等多重技术经济效益。
此外，进行干切削加工时，为减小切削力、降低切削温度，还可采取某些特殊工艺措施，如激光辅助干切削、液氮冷却干切削、准干切削等。
4 硬切削加工技术硬切削是指对高硬度(>54HRC)材料直接进行切削加工。
硬切削工件材料包括淬硬钢、冷硬铸铁、粉末冶金材料及其它特殊材料。
硬切削通常可直接作为最终精加工工序，而传统加工常以磨削作为最终工序。
与磨削相比，硬切削具有如下优点：①加工灵活性强，精度易于保证；②硬切削的加工成本低于磨削(通常仅为磨削的1/4)；③硬切削不需要专用机床、刀具和夹具，在现有加工设备上即可实现；④硬切削的生产效率高于磨削；⑤磨削产生的磨屑与废液混合物易污染环境，难以处理和再利用；而硬切削易于实现干切削，产生的切屑可再利用。
由于硬切削具有以上优势，因此“以切代磨”已成为切削加工的发展趋势之一。
目前，硬切削主要用于车削、铣削等加工工艺，并已在许多工业制造部门得到应用，如汽车传动轴、发动机、制动盘、制动转子的半精加工和精加工，飞机副翼齿轮、起落架的切削加工，机床工具、医用设备等行业也开始大量应用硬切削加工技术。
硬切削对加工机床的主要要求为刚性好、基础稳定、工作轴运动精度高等。
由于硬切削的切削力较大，切削温度较高，为保证加工精度、表面质量及刀具寿命，硬切削时必须精心选择刀具材料、刀具几何参数和切削用量。
硬切削的适用刀具材料主要有PCBN、陶瓷、高性能金属陶瓷、涂层硬质合金、超细晶粒硬质合金等。
刀具材料选定后，应尽量选用强度较高的刀片形状和较大的刀尖圆弧半径，PCBN刀具和陶瓷刀具一般应采用负前角(≤－5°)。
一般来说，被加工材料硬度越高，硬切削的切削速度应越小；使用PCBN刀具的切削速度应高于其它刀具材料，PCBN刀具切削淬硬钢(≥50HRC)的切削用量见表4。
表4 PCBN刀具切削淬硬钢的切削用量5 微细、精密和超精密切削加工技术微细加工技术是指对微型机械、微小尺寸零件的加工技术。
随着航空航天、国防工业、现代医学以及生物工程技术的发展，各种小型化、微型化设备和微小尺寸零件的应用越来越多，各种微型机械和微型机电系统(MEMS)的制造对微细加工技术提出了新的要求，向现有制造技术的加工极限挑战，发展精密加工、超微细加工和纳米加工技术已成为现代先进制造技术的一个发展方向。
微细加工除可通过电子束加工、离子束加工、化学加工等特种加工方法实现外，还可通过微细、超微细切削加工来实现。
高精度机床和超稳定加工环境是实现微细切削加工的重要条件。
由于微细切削的切削深度极小(通常小于材料的晶粒直径)，切削只能在晶粒内进行，此时的切削方式相当于对一个个不连续体进行切削，使微细切削具有断续切削的性质。
选用精细研磨的金刚石刀具，用(1 0 0)或(1 10)晶面作为刀具的前、后刀面，在湿式切削条件下可实现对微量加工性(可用纳米级表面粗糙度及在某一加工长度上对刀具磨损的忽略性来定义)好的工件材料(如非晶体材料或有精细晶粒结构的材料)的微细切削加工。
通常将加工精度在0.1～1µm、加工表面粗糙度在Ra0.02～0.1µm的加工称为精密加工；将加工精度高于0.1µm、加工表面粗糙度小于Ra0.01µm 的加工称为超精密加工。
精密和超精密切削加工的实现需要具备超精密机床设备和刀具、超稳定的工作环境、超精密测量技术及仪器、用计算机技术进行实时检测和误差补偿等。
镜面铣削和金刚石车削是最常用的两种超精密加工方法。
镜面铣削的切削速度一般在30m/s以上，可加工塑性材料如铜、铝、镍等，也可加工脆性材料如硅、锗、CaF2和ZnS等。
镜面铣削的主要应用领域是光学元器件的加工。
金刚石车削早期主要用于加工有色金属材料(如无氧铜、铝合金等)，主要加工零件是各种光学系统中的反射镜。
金刚石车削除可用于加工有机玻璃、各种塑料制品(如照相机的塑料镜片、隐形眼镜镜片等)外，还可用于加工陶瓷、复合材料等。
为了切除极薄切屑，要求金刚石车刀切削刃的刃口半径极小(<0.05～0.1µm)。
目前，在科研和生产中经常遇到一些纳米(nm)级的几何形状精度和表面质量要求，如精密轴、孔的圆度和圆柱度、精密球体(如陀螺球、计量用标准球)的球度、制造集成电路用单晶硅基片的平面度、光学、激光透镜和反射镜的平面度等，依靠传统加工方法已难以达到此类纳米加工要求，而采用超精密切削技术可达到纳米级加工水平，这已被日本Ikawa和美国LLL实验室的合作研究结果所证实：用刃磨得极为锋利的单晶金刚石刀具切削有色金属和非金属材料可获得Ra0.002～0.02µm的镜面；用双坐标数控超精密机床可加工出几何精度极高的球面和非球曲面；经精细研磨达到极高刃口锋锐度的金刚石刀具可切除厚度仅为1nm的切屑。
