推动切削与刀具技术进步，提升装备制造水平

装备制造是我国优先发展的领域，**的切削与刀具技术是**加工系统发挥功能的重要保证，也是衡量装备制造业水平的重要标志。通过04专项课题的研究，满足了国家发展的战略需求，对促进装备制造业水平的提升具有重要的现实意义。

自2010年以来，哈尔滨理工大学承担了“上等数控机床与基础制造装备”科技重大专项（以下简称“04专项”）面向航空航天领域的课题共计6项，包括：

1. 牵头承担了“航空航天典型零件高速多轴联动加工技术”课题（编号：2010ZX04014-051），执行期为2010年1月～2011年12月。通过对航空航天领域五轴联动加工工艺优化、运动规划与仿真以及机床动力学特性分析与仿真等技术的研究，改变了上述关键参量不匹配的现状，进而解决了五轴联动高速加工效率低下的问题。同时，针对典型零件开发专用刀具，优化了工艺参数并建立了数据库。以大型难加工整体叶轮、薄壁框架类难加工零件、多特征难加工复杂零件和异形深孔类难加工零件等4种典型零件为验证对象，对本课题突破的关键技术和工艺优化系统进行了示范应用，并形成了技术规范。

2. 牵头承担了“航空发动机典型件与汽车淬硬钢模具高速切削工艺研究”课题（编号：2009ZX04014-042），执行期为2009年3月～2010年12月。通过有效集成高性能机床、**切削刀具和高速精密切削工艺等技术和资源，突破了**航空发动机结构件和汽车大型覆盖件淬硬钢模具等典型零部件的高速切削工艺，形成了航空发动机传扭转接盘和钛合金膜盘制造能力，将航空发动机多特征整体构架件和汽车覆盖件淬硬钢模具的加工效率提高了30%以上。

3. 承担了“航空发动机整体叶盘高效强力复合数控铣床开发及应用”课题（编号：2013ZX04001-081）的子项课题，执行期为2013年1月～2015年12月。面向**航空发动机研制和批产需求，针对航空发动机整体叶盘类复杂零件加工，对整体叶盘高效强力复合数控铣床设计制造及动态特性、整体叶盘高效强力复合加工工艺、专用刀具设计制造、多轴数控加工编程及系统开发技术进行了研究，研发出整体叶盘高效强力复合数控铣床，大幅提高了整体叶盘的加工精度、效率和表面质量，显著降低了制造成本，同时掌握了整体叶盘高效强力复合数控铣床的设计、制造和综合性能检测等关键技术。

4. 承担了“汽车、航空航天和发电设备用高效精密数控刀具高可靠性设计制造与切削性能评价”课题（编号：2012ZX04003051）的子项课题，执行期为2012年1月～2014年12月。开展了工件材料高速切削力学行为及其切削加工性评价、刀具高一致性原材料制备及其性能评价、刀具精准化设计理论方法、刀具低缺陷制造技术和刀具智能化应用技术等5个方面的研究工作，建立了工件材料切削加工性能评价体系和刀具性能评价体系，构建了刀具数字化精准设计平台、低缺陷制造平台和智能化应用平台。

5. 承担了“航空发动机盘环轴零件国产化成套刀具产品开发及应用”课题（编号：2014ZX04012011）的子项课题，执行期为2014年1月～2016年12月。针对盘环轴类零件切削加工的迫切需求，分别从高温合金的可加工性、切削过程仿真、刀具可靠性、切削过程稳定性和表面完整性等方面展开了研究，重点研究了盘环轴类零件切削的基础理论和应用方法，为盘环轴类零件切削用刀具的国产化开发与应用提供了理论基础和共性技术支持。

6. 承担了“复杂数控刀具革新能力平台建设”课题（编号：2012ZX04012021）的子项课题，执行期为2012年1月～2015年12月。开展了重型刀具的结构和刀片槽型优化设计、难加工材料切削过程优化、PCD刀具刃口设计制造技术等方面的研究，通过系列化的载荷与刀具性能测试，综合运用数字化设计制造（CAD/CAM/CAE等）技术，开发出难加工材料专用数控切削刀具、大型复杂零件高效加工刀具、高性能碳纤维复合材料加工刀具和超硬材料刀具等产品。针对上述不同刀具类型，构建了结构设计和性能评价体系，开展了相关刀具稳定性的测试研究，开发了典型件硬切削数据库。

研究成果及应用情况

围绕以上课题，哈尔滨理工大学获得了一些研究成果并投入实际应用：

1. 针对多轴联动高速切削加工技术的迫切需求，对关键零部件复杂型面和薄壁、狭小区域以及异形深孔高速切削加工中遇到的关键共性技术难题开展集中攻关。通过对多轴联动高速机床技术、高速切削刀具技术和高速切削工艺优化技术的有效集成、革新与示范应用，实现了航空航天典型零部件上等、高效和低成本的生产，提高了我国航空航天复杂零部件整体制造水平和重大装备自主研制能力。研究成果已在航天科工哈尔滨风华有限公司、中航工业哈尔滨东安发动机（集团）有限公司、中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所等多家企业得到应用。应用该技术成果与原有工艺相比，在满足甚至提高零件加工精度和表面粗糙度的前提下，一些典型零件的加工效率提高了32.7%，加工成本降低了23.7%，表面粗糙度由低于Ra3.2提高到Ra0.8。该项技术的采用，为多种型号的直升机发动机难加工零部件、薄壁零件等的制造提供了工艺技术保障和可借鉴的工艺方法与手段，对提升生产制造能力具有明显的推动作用。

2. 采取“从企业现场发现和提出问题，运用相关理论研究问题产生的原因和解决方法，将研究成果应用于生产，并在生产中完善和发展”的“实践-理论-实践”多次循环的技术方案，形成了**航空发动机薄壁关键件制造能力，解决了航空发动机典型件量产技术的瓶颈问题；解决了汽车覆盖件模具加工质量与生产效率偏低及切削稳定性问题；开发了航空发动机典型件高速切削数据库与淬硬钢模具高速切削数据库软件系统。

3. 通过开展整体叶盘高效强力复合数控加工刀具与切削参数优化研究工作，开发出具有自主知识产权的整体叶盘高效强力复合数控加工成套刀具及技术，实现了我国航空领域整体叶盘复杂结构类零件高效低成本加工，满足了**航空发动机的快速研制和批产需求。作为课题参与单位，哈尔滨理工大学根据航天航空制造领域的具体需求，针对航空发动机整体叶盘高效切削加工，对刀具几何结构设计、刀具参数优化和工艺参数优化、刀具成形制造以及刀具应用等技术进行了研究，显著提高了刀具性能的稳定性和可靠性；研究了整体叶盘高效强力复合加工工艺优化技术，突破了整体叶盘数控铣削加工的关键技术，进而实现了上等、高效和低成本的加工应用，从而提供了理论依据和共性技术支持。该研究成果将为航空领域高速机床、刀具产品产业化示范应用提供切削数据支撑。

4. 围绕可转位刀片断屑槽型精准设计和超硬刀具制备及其切削性能评价等展开了研究，掌握了高可靠性可转位刀片断屑槽型精准设计和超硬刀具低缺陷制备技术，开发了切削加工数据库软件。建立了被加工材料切削加工性与刀具切削性能评价体系，为国产刀具性能的可靠性和稳定性接近******提供了关键共性支撑技术，从而提高了我国重型机械、电站设备、汽车及航空航天行业在国际市场的竞争力。

5. 从刀具-切屑-工件材料界面作用机制及切削过程有限元模型、盘环轴类零件切削过程刀具可靠性、盘环轴类零件切削过程稳定性、盘环轴类零件已加工表面完整性及HPC刀具的研究与开发等方面，揭示了盘环轴类零件的高效切削机理，为盘环轴类零件切削用刀具的国产化开发与应用提供了理论基础和共性技术支持。

6. 针对航空航天领域典型零部件及不同材料产品，通过系列化的载荷与刀具性能测试，研发了难加工材料高效专用数控切削刀具产品；通过重型刀具的结构和刀片槽型优化设计，研发并**了大型复杂零件重型刀具；研究了PCD刀具刃口设计制造技术，开发出高性能碳纤维复合材料加工刀具；针对上述不同刀具类型，进行了结构设计和性能评价，并开发出典型件硬切削数据库。

课题实施推动了学校的科研工作

在以刘献礼教授为团队负责人的课题组的通力合作下，哈尔滨理工大学在高速切削专有技术、工艺优化、典型件示范加工应用、切削数据库及刀具开发等方面取得了多项研究成果。这些成果是各兄弟院校与科研院所、企事业单位相互协作的结果，是课题组各位成员积极探索、大胆实践的结果，更是专项办领导、各位****、关注、指导和支持的结果。

多年来，哈尔滨理工大学高度重视科研工作，坚持教育科研导向，依靠科研提高教师素质、提高教育教学质量、提高学校声誉并增强市场竞争力。通过承担或参与04专项课题，进一步推进了学校的科研工作，从整体上提高了学校的素质教育，打造了科技校园。希望课题组围绕中国制造2025及互联网+，紧密结合国家科技发展方向，进一步加强科研立项，促进学术氛围的增强，提高科研产出，积极探索和推进科研成果的推广和转化工作。

结语

中国正在成为世界制造大国，装备制造成为我国优先发展的领域，**的切削与刀具技术是**加工系统发挥功能的重要保证，也是衡量装备制造业水平的重要标志。通过04专项课题的研究，满足了国家发展的战略需求，对促进装备制造业水平的提升具有重要的现实意义。

我国在装备制造业革新方面的国际竞争力总体水平较低，目前，在国际竞争上以低价换市场，使我国成为制造业大国，而不是制造业强国。造成这种差距的主要原因是机械加工技术的基础研究薄弱，高科技含量低，缺乏自主革新能力。提高我国装备产品的国际市场竞争力，拥有众多的原创性制造理论与技术是主要前提，而切削刀具技术是具有代表意义的实用和共性基础技术。在现有基础上，围绕国家经济建设和社会发展的需要，结合老工业基地改造的机遇，加强现代切削与刀具技术开发，对掌握**切削刀具基础理论、增强自主设计开发能力，提升我国切削加工技术研究水平，取得一批具有自主知识产权的革新成果，培养一批高水平的研究人才，带动我国机械制造学科总体水平提升，增强装备制造业国际竞争力具有重要促进作用。

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