现代机械加工新技术（第3版）

　　本书是在第1版及第2版的基础上改编而成的。结合中国制造2025重大战略及*新研究成果，本书主要讲述近年来适应机械制造业和航空航天业发展而出现的适应高效率、高质量要求的机械加工*新技术，包括：高速与超高速切削技术、硬态切削技术、绿色切削技术、复合加工技术、特殊切削方法及磨削*新技术。内容涉及应用日益增多的先进工程材料―工程陶瓷材料、复合材料、高温合金、钛合金、高强度超高强度钢、不锈钢等的高效切削与磨削新技术和切削过程有限元仿真技术。本书还较系统地介绍了切削加工过程的切削力预测技术，为新的高性能材料的工程应用提供了高效率、低成本的切削力研究的好方法。

　　吴健，哈尔滨工业大学（威海） 机械工程系副主任，主持并参与了国防973、二炮重大专项、山东省自主创新重大专项、航天支撑基金及企业横向等多项相关课题。主要从事航空航天难加工材料加工技术、柔性复合材料及测试装备、有限元仿真技术，已发表核心及以上学术论文30余篇，其中SCI/EI 检索20篇。

目 录
第1章 绪论 1
1．1 中国制造2025 1
1．2 先进制造技术 1
1．3 21世纪的先进制造工艺技术 3
1．4 机械加工技术 3
1．5 本课程的内容 7
思考题 7
第2章 高速与超高速切削技术 8
2．1 概述 8
2．1．1 高速切削的概念与高速切削
技术 8
2．1．2 高速与超高速切削的特点 9
2．1．3 高速与超高速切削技术的
研究发展现状 10
2．1．4 高速与超高速切削对机床的
新要求 11
2．2 实施高速与超高速切削的关键
技术 12
2．3 独特的主轴结构单元 12
2．3．1 电主轴单元的分类 12
2．3．2 主轴轴承 15
2．3．3 电主轴的冷却和轴承的润滑 16
2．3．4 电主轴的动平衡 17
2．3．5 电主轴的选用 18
2．4 高速直线驱动进给单元 18
2．4．1 高速直线进给传动方式分析 19
2．4．2 高速直线电动机进给单元 20
2．5 高速与超高速切削刀具技术
及其系统 27
2．5．1 适用高速与超高速切削的
刀具材料 28
2．5．2 高效安全可靠的刀具结构 30
2．5．3 高速切削刀具与机床连接的
刀柄系统 31
2．5．4 高速切削用新型夹头 33
2．5．5 高速切削刀具的动平衡性能 35
2．5．6 高速与超高速切削刀具的
监测技术 36
2．6 高性能的数控和伺服驱动系统 37
2．6．1 用矢量控制原理的PWM
交流变频控制器 37
2．6．2 高性能高灵敏度的伺服驱动
系统 38
2．6．3 精简指令集计算机系统结构
的CNC系统 38
2．6．4 其他辅助控制技术 39
2．7 高速与超高速切削技术的应用
领域 39
思考题 40
第3章 硬态切削技术 41
3．1 硬态切削的概念 41
3．2 硬态车削的特点 41
3．3 硬态车削的必要条件 42
3．3．1 硬态车削刀具 42
3．3．2 硬态车削的切削用量 43
3．3．3 硬态车削机床 44
3．4 硬态车削的应用与展望 44
思考题 45
第4章 干式（绿色）切削技术 46
4．1 概述 46
4．2 干式切削技术的特点及实施的
必要条件 46
4．2．1 干式切削技术的特点 46
4．2．2 实施干式切削的必要条件 46
4．3 实施干式（绿色）切削可采用
的方法 49
4．3．1 风冷却切削 49
4．3．2 液氮冷却干式切削 51
4．3．3 准（亚）干式切削 52
4．3．4 用水蒸气作冷却润滑剂 52
4．3．5 射流注液切削 53
4．4 干式切削技术的发展现状及
应用 54
4．4．1 干式切削技术的发展现状 54
4．4．2 干式切削技术的应用举例 54
4．5 当前的任务 55
4．5．1 对切削液的新要求 55
4．5．2 切削液的发展趋势 55
4．5．3 限制使用切削液中的有害
添加剂 56
4．5．4 研制新环保型添加剂 56
思考题 57
第5章 复合加工技术 58
5．1 概述 58
5．2 复合加工技术分类 58
5．3 振动切削加工技术 60
5．3．1 振动切削加工概述 60
5．3．2 振动切削过程 66
5．3．3 典型振动切削装置及其应用 73
5．3．4 振动磨削技术 78
5．3．5 振动研磨技术 84
5．4 加热与低温切削加工技术 86
5．4．1 加热切削加工技术概述 86
5．4．2 加热切削方法 87
5．4．3 加热辅助切削机理探究 90
5．4．4 低温切削技术 93
5．5 磁化切削加工技术 95
5．5．1 概述 95
5．5．2 磁化切削方法 95
5．5．3 刀具磁化装置 96
5．5．4 磁化切削效果 97
5．5．5 磁化切削机理探究 101
5．6 复合加工技术的应用及其评价 102
5．6．1 复合加工技术的应用 102
5．6．2 复合加工技术的评价 102
思考题 103
第6章 特殊切削加工方法 104
6．1 真空中切削 104
6．1．1 真空度对铜和铝切削的
影响 104
6．1．2 真空度对中碳钢和钛合金
切削的影响 104
6．1．3 真空中的高速与超高速
切削 106
6．1．4 在氧气和氩气气氛中的高速
与超高速切削 107
6．2 惰性气体保护切削 108
6．3 绝缘切削 108
6．4 电熔爆“切削” 108
6．5 射流加工技术 109
6．5．1 概述 109
6．5．2 高压水射流加工装置 111
6．5．3 高压水射流切除与切断机理 112
6．5．4 高压水射流（WJ、AWJ）
切割应用范围 112
思考题 113
第7章 磨削加工新技术 114
7．1 高效磨削新技术 114
7．1．1 重负荷荒磨 114
7．1．2 缓进给大切深磨削 114
7．1．3 高速与超高速磨削 115
7．1．4 砂带磨削 116
7．2 超硬磨料的高效磨削技术 117
7．2．1 超硬磨料的性能分析及应用 117
7．2．2 超高速磨削典型新工艺介绍 118
7．3 超硬磨料砂轮的修整技术 121
7．3．1 超硬磨料砂轮修整的概念 121
7．3．2 超硬砂轮修整方法 122
7．4 高精度小粗糙度磨削技术 124
7．4．1 砂轮表面磨粒应有微刃性和
等高性 124
7．4．2 磨床要有足够好的性能 124
7．4．3 工艺参数选择要合理 125
7．5 磨削加工最新技术 126
7．6 先进磨削方法在难加工材料
加工中的应用举例 127
7．6．1 高温合金的缓进给大切
深磨削 127
7．6．2 钛合金的磨削 128
7．6．3 热喷涂（焊）层的磨削 133
7．7 超硬砂轮在线电解修整ELID
磨削技术及应用 133
7．7．1 ELID磨削原理 133
7．7．2 ELID磨削机理与应用 134
思考题 135
第8章 高强度钢与超高强度钢的
切削加工 136
8．1 概述 136
8．2 高强度钢与超高强度钢的
切削加工特点 137
8．3 切削高强度钢与超高强度钢
的有效途径 140
8．4 高强度与超高强度钢的钻孔
与攻螺纹 146
8．4．1 高强度钢与超高强度钢的
钻孔 146
8．4．2 高强度钢与超高强度钢的
攻螺纹 147
思考题 148
第9章 不锈钢的切削加工 149
9．1 概述 149
9．2 不锈钢的切削加工特点 152
9．3 不锈钢的车削加工 154
9．4 不锈钢的铣削加工 159
9．5 不锈钢的钻削加工 161
9．6 不锈钢的铰孔 163
9．7 不锈钢攻螺纹 165
思考题 167
第10章 高温合金的切削加工 168
10．1 概述 168
10．2 高温合金的切削加工特点 169
10．3 高温合金的车削加工 173
10．3．1 正确选择刀具材料 173
10．3．2 选择合理的刀具几何参数 175
10．3．3 确定合理的切削用量 177
10．3．4 选用性能好的冷却润滑剂 178
10．3．5 车削高温合金推荐的切削
条件 179
10．4 高温合金的铣削加工 179
10．5 高温合金的钻削加工 182
10．6 高温合金的铰孔 185
10．7 高温合金攻螺纹 186
10．8 高温合金的拉削 187
思考题 189
第11章 钛合金的切削加工 190
11．1 概述 190
11．1．1 钛合金的分类 190
11．1．2 钛合金的性能特点 190
11．2 钛合金的切削加工特点 193
11．3 钛合金的车削加工 196
11．3．1 正确选择刀具材料 196
11．3．2 选择合理的刀具几何参数 197
11．3．3 切削用量选择 198
11．4 钛合金的铣削加工 199
11．4．1 正确选择刀具材料 199
11．4．2 选择合理的刀具几何参数 199
11．4．3 铣削方式的选择 200
11．4．4 铣削用量 200
11．5 钛合金的钻削加工 205
11．6 钛合金攻螺纹 209
11．6．1 选择性能好的刀具材料 209
11．6．2 改进标准丝锥结构 209
11．6．3 采用跳齿结构 209
11．6．4 采用修正齿丝锥 210
11．6．5 切削液的选用 210
11．6．6 螺纹底孔直径的选取 210
11．6．7 攻螺纹速度的选取 211
思考题 211
第12章 工程陶瓷材料的切削加工 212
12．1 概述 212
12．1．1 陶瓷材料的分类 212
12．1．2 陶瓷制品的制备 213
12．1．3 陶瓷的组织结构 214
12．2 工程陶瓷材料的性能及脆性
破坏机理探讨 214
12．2．1 与切削加工相关的陶瓷
材料的性能 215
12．2．2 陶瓷材料脆性破坏机理
探讨 216
12．3 工程陶瓷材料的切削 217
12．3．1 陶瓷材料的切削加工特点 217
12．3．2 几种常用陶瓷材料的切削
加工 221
12．4 工程陶瓷材料的磨削 233
12．4．1 陶瓷材料的磨削特点 233
12．4．2 正确选择金刚石砂轮的
性能参数 237
12．4．3 新型金刚石砂轮的开发 243
12．4．4 提高陶瓷材料磨削效率
的其他方法 246
12．4．5 陶瓷材料的研磨与抛光 246
12．5 陶瓷材料加工性的评价 246
思考题 247
第13章 复合材料与复合构件的
切削加工 248
13．1 概述 248
13．1．1 复合材料的概念 248
13．1．2 复合材料的分类 248
13．1．3 复合材料的发展与应用 250
13．1．4 复合材料的增强相（或
分散相） 252
13．1．5 复合材料的增强机理 253
13．2 纤维增强树脂基复合材料
FRP简介 253
13．2．1 FRP的性能特点 253
13．2．2 影响FRP性能的其他因素 254
13．2．3 常用的FRP 255
13．3 FRP的切削加工 257
13．3．1 FRP的切削加工特点 257
13．3．2 FRP的车削加工 258
13．3．3 FRP的钻孔 263
13．3．4 FRP的铣削加工 275
13．3．5 切断加工 275
13．4 碳纤维/碳（Cf/C）复合材料
的切削加工 277
13．5 金属基复合材料的切削加工 277
13．5．1 切削加工特点 277
13．5．2 不同加工方法的切削加工
特点 280
13．6 碳纤维增强碳化硅陶瓷复合
材料Cf/SiC的切削加工 289
13．7 复合构件的钻孔技术 289
13．7．1 CFRP与Ti合金叠层复合
构件钻孔 289
13．7．2 复合装甲构件钻孔 290
思考题 291
第14章 难加工材料切削过程的有限
元仿真技术 292
14．1 概述 292
14．1．1 有限元法简介 292
14．1．2 常用的有限元分析软件
简介 293
14．2 材料性能实验手段 295
14．2．1 材料动态力学性能实验法 295
14．2．2 直角切削试验法 296
14．3 常用的材料本构方程（模型） 296
14．4 切削仿真的应用实例 299
14．4．1 切削变形 299
14．4．2 切削力 304
14．4．3 切削温度 307
14．4．4 刀具磨损 307
14．4．5 加工表面残余应力 309
14．4．6 典型有限元软件的建模过
程范例 310
思考题 316
第15章 切削加工过程切削力预测
技术 317
15．1 概述 317
15．1．1 切削过程中的切削力 317
15．1．2 切削力模型 317
15．2 切削力理论预测模型 318
15．2．1 直角切削模型 318
15．2．2 斜角切削模型 319
15．3 钻削力预测模型 320
15．3．1 钻头几何角度[120] 320
15．3．2 钻削力理论模型 323
15．4 典型难加工材料的钻削力
预测 326
15．4．1 1Cr18Ni9Ti的钻削力 326
15．4．2 Ti6Al4V的钻削力 327
15．4．3 GH4169的钻削力 327
思考题 328
参考文献 329