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2017年國家科技進步二等獎 我國刀具消耗全球第一，但高效刀具長期依賴進口，難以滿足加工成本進一步降低和重大裝備研制國產化水平進一步提高的要求，實現高效切削刀具國產化的需求已迫在眉睫。針對高效切削刀具國產化過程中面臨的挑戰(zhàn)，構建了刀具形性協(xié)同設計技術體系；突破刀具材料-結構-性能一體化協(xié)同制備關鍵技術，發(fā)明形性可控的微納復合金剛石涂層刀具制備新技術；提出復雜型線高速鋼刀具高效精密成形新方法；發(fā)明重載高效切削超硬刀具刃口成形新技術。開發(fā)出金剛石涂層刀具、復雜型線高速鋼刀具和超硬刀具等系列化產品與高效切削應用數據庫系統(tǒng)，在高端裝備制造業(yè)中規(guī)?；瘧?。 金剛石涂層技術填補了國內空白，在國內已建立自主知識產權的金剛石涂層刀具生產線，研制出系列化金剛石涂層刀具，通過中國商飛工藝認定；還批量應用于成飛多機型和航天一院型號產品研制，替代進口，保障了重大裝備研制技術安全。復雜型線高速鋼組合拉刀為國內首臺套，國家重點新產品，主要性能指標優(yōu)于國際同類產品。開發(fā)的系列組合拉刀和輪槽銑刀，打破了國外壟斷，為我國三大汽輪機廠重點新產品研制提供刀具技術。相關成果還應用于上飛波音737平尾梁緣條生產線、寶鋼管螺紋生產線和通用汽車發(fā)動機缸蓋生產線。研究成果對促進我國刀具行業(yè)科技進步作用顯著；對企業(yè)降本增效作用顯著，促進了高端制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展。 項目獲授權發(fā)明專利40項，標準80項，軟件著作權9項，出版著作4部，SCI/EI收錄論文301篇，榮獲2017年度國家科技進步二等獎。 金剛石涂層刀具 金剛石涂層刀具 金剛石涂層刀具應用（C919部裝現場） 汽輪機轉子輪槽銑刀 燃氣輪機轉子輪槽拉刀 燃氣輪機轉子輪槽拉刀應用現場 汽輪機轉子輪槽銑刀應用現場

鈦合金由于具有比強度高、質量輕、耐蝕性好、高溫性能好等優(yōu)點，已經成為航空航天、石油化工、交通運輸及生物醫(yī)學等高端裝備制造領域的關鍵工程材料之一。因其低熱導率、高化學活性、低彈性模量和加工硬化等問題，使鈦合金成為最典型的難加工材料。我國鈦合金高速、高精度加工所用的高端刀具基本依賴進口，研發(fā)新型鈦合金切削加工高端刀具已經成為解決制約我國高端裝備制造業(yè)快速發(fā)展的關鍵，是我國急需解決的卡脖子問題之一。

項目成果/簡介:2017年國家科技進步二等獎我國刀具消耗全球第一，但高效刀具長期依賴進口，難以滿足加工成本進一步降低和重大裝備研制國產化水平進一步提高的要求，實現高效切削刀具國產化的需求已迫在眉睫。針對高效切削刀具國產化過程中面臨的挑戰(zhàn)，構建了刀具形性協(xié)同設計技術體系；突破刀具材料-結構-性能一體化協(xié)同制備關鍵技術，發(fā)明形性可控的微納復合金剛石涂層刀具制備新技術；提出復雜型線高速鋼刀具高效精密成形新方法；發(fā)明重載高效切削超硬刀具刃口成形新技術。開發(fā)出金剛石涂層刀具、復雜型線高速鋼刀具和超硬刀具等系列化產品與高效切削應用數據庫系統(tǒng)，在高端裝備制造業(yè)中規(guī)?；瘧谩＝饎偸繉蛹夹g填補了國內空白，在國內已建立自主知識產權的金剛石涂層刀具生產線，研制出系列化金剛石涂層刀具，通過中國商飛工藝認定；還批量應用于成飛多機型和航天一院型號產品研制，替代進口，保障了重大裝備研制技術安全。復雜型線高速鋼組合拉刀為國內首臺套，國家重點新產品，主要性能指標優(yōu)于國際同類產品。開發(fā)的系列組合拉刀和輪槽銑刀，打破了國外壟斷，為我國三大汽輪機廠重點新產品研制提供刀具技術。相關成果還應用于上飛波音737平尾梁緣條生產線、寶鋼管螺紋生產線和通用汽車發(fā)動機缸蓋生產線。研究成果對促進我國刀具行業(yè)科技進步作用顯著；對企業(yè)降本增效作用顯著，促進了高端制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展。項目獲授權發(fā)明專利40項，標準80項，軟件著作權9項，出版著作4部，SCI/EI收錄論文301篇，榮獲2017年度國家科技進步二等獎。金剛石涂層刀具金剛石涂層刀具金剛石涂層刀具應用（C919部裝現場）汽輪機轉子輪槽銑刀燃氣輪機轉子輪槽拉刀燃氣輪機轉子輪槽拉刀應用現場汽輪機轉子輪槽銑刀應用現場知識產權類型:發(fā)明專利技術先進程度:達到國內領先水平成果獲得方式:獨立研究獲得政府支持情況:國家級計劃/專項類別:國家高技術研究發(fā)展計劃、上海市科技創(chuàng)新行動重大項目

本發(fā)明公開了一種數控機床切削加工的刀具磨損狀態(tài)識別方法，具體包括如下步驟：（1）數據采集（2）采集數據區(qū)間化，獲得區(qū)間數據集<img file="DDA00001669935800011.GIF" wi="787" he="88" />（3）對采集信號進行小波包分解，獲得各頻段的能量百分比和相應各頻段的上界小波包系數和下界小波包系數；（4）獲取多觀察序列（5）求取廣義隱馬爾科夫初始模型λ=（A,B,π）；（6）模型訓練獲得最優(yōu)模型庫λ＝(λ₁,...,λ_n)；（7）把待識別磨損狀態(tài)的刀具磨損信號數據作為多觀察輸入代入上述最優(yōu)模型庫，識別刀具磨損狀態(tài)。本發(fā)明通過廣義區(qū)間概率來解決數據機床加工中研究刀具磨損狀態(tài)時，信息處理中出現的不確定性問題，識別準確率顯著提高。

北航“振動切削”系列裝備是經過20年開發(fā)成功的高新制造技術，打破傳統(tǒng)切削加工的性能價格比極限，使產品制造達到精密、高效、低成本的全新綜合水平，實現以車代磨、以鉆代鉸、以鉸代珩、以機攻代替手攻等突破性工藝效果。 超聲車削系列，可以實現近無應力與毛刺的精密車削。振動鉆孔系列，鉆削力顯著下降，排屑條件明顯改善，切削液向孔中的滲透性顯著提高。振動攻絲系列，可以實現鈦合金、高溫合金等難加工材料的高效自動攻絲。 超聲車削系列：切削力是普通車削的1/10以下，總體加工效率提高1倍以上； 振動鉆孔系列：鉆削效率提高1～2倍以上，鉆頭壽命提高3～10倍以上； 振動攻絲系列：平均攻絲扭矩為普通攻絲的1/10以下，絲錐壽命提高5倍以上，攻絲效率提高3倍以上。

成果瞄準國外對刀具設計與制造技術及裝備的封鎖，以及國內該領域的空白，采用自主研制的整體立銑刀通用數學建模理論及磨削算法，基于自主知識產權，開發(fā)出我國自己的整體立銑刀設計與制造軟件、數控系統(tǒng)、五軸數控精密刀具磨床以及國產化刀具，該項成果已經獲得2項發(fā)明專利，2項軟件著作權，目前已經開發(fā)出刀具設計與制造軟件，正在開發(fā)數控系統(tǒng)，后期開發(fā)出五軸數控機密磨床裝備，項目整體已經達到國內領先、國際先進水平，有望實現產業(yè)化。

“數控刀具磨削機” 是三軸聯(lián)動的數控設備，主要用于加工硬質合金微型鉆頭、銑刀。設備主要包括設備底座、十字滑臺部件、夾持工件的主軸箱、移動回轉工作臺、砂輪主軸部件、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、冷卻防護系統(tǒng)。被加工的工件是外圓磨削好的硬質合金棒料，在工件一次裝夾情況下，采用磨削的加工方法完成刀具的容屑槽及后背的成形。適用于加工直徑Φ1mm到Φ6.5mm、左右旋向的刀具。

?  成果簡介：針對高強度鋼、淬硬鋼等難加工材料構成的曲軸、連桿、凸輪軸等發(fā)動機關鍵零部件切削加工效率低，以及切削液、固體廢棄物和噪聲等廢流排放量大的特點，通過綠色干切削刀具與工藝的研究、開發(fā)和應用，在保證加工質量水平的前提下，大幅度提高了加工效率。開發(fā)出針對發(fā)動機零件“以車代半精磨”、“以銑代半精磨”等實用的綠色干切削工藝技術，在保證發(fā)動機零件加工質量和效率的前提下，顯著減少了污染物排放，提高了加工經濟性，達到了綠色制造的目的。?  效益分析：

高速微小孔振動切削數控鉆床是建立在切削理論和振動理論基礎上的一種新穎的鉆削加工機床，與普通鉆床的根本區(qū)別是在鉆孔的過程中通過振動裝置使鉆頭與工件之間產生可控的相對運動。在一個切削循環(huán)過程中，刀具與工件時切時離，因此刀具在很小的位置上可得到很大的速度和加速度，在局部產生很高的能量而對工件材料產生沖擊，這有助于金屬由塑性趨向于脆性狀態(tài)，減小被切削材料的塑性變形，降低刀具所受切削熱的影響，從而大大降低了切削力，并達到減小孔的入出口毛刺、減小孔徑擴張量和圓度誤差以及提高刀具壽命等優(yōu)良效果。在難加工材料鉆孔加工上具有明顯的優(yōu)勢。圖1所示為研制出的高速微小孔振動切削數控鉆床本體的示意圖。其數控系統(tǒng)采用NC嵌入PC技術開發(fā)，插入PC機即可使用。利用該機床，以轉速12000rpm、進給量1μm/r在45#鋼板上進行?1mm鉆孔實驗，圖2是普通鉆削與振動鉆削的孔加工質量對比，圖3顯示了振動鉆削減小切削力的情況。