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2017年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng) 我國(guó)刀具消耗全球第一，但高效刀具長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口，難以滿(mǎn)足加工成本進(jìn)一步降低和重大裝備研制國(guó)產(chǎn)化水平進(jìn)一步提高的要求，實(shí)現(xiàn)高效切削刀具國(guó)產(chǎn)化的需求已迫在眉睫。針對(duì)高效切削刀具國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中面臨的挑戰(zhàn)，構(gòu)建了刀具形性協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)體系；突破刀具材料-結(jié)構(gòu)-性能一體化協(xié)同制備關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)明形性可控的微納復(fù)合金剛石涂層刀具制備新技術(shù)；提出復(fù)雜型線(xiàn)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(shù)。開(kāi)發(fā)出金剛石涂層刀具、復(fù)雜型線(xiàn)高速鋼刀具和超硬刀具等系列化產(chǎn)品與高效切削應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，在高端裝備制造業(yè)中規(guī)模化應(yīng)用。 金剛石涂層技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，在國(guó)內(nèi)已建立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的金剛石涂層刀具生產(chǎn)線(xiàn)，研制出系列化金剛石涂層刀具，通過(guò)中國(guó)商飛工藝認(rèn)定；還批量應(yīng)用于成飛多機(jī)型和航天一院型號(hào)產(chǎn)品研制，替代進(jìn)口，保障了重大裝備研制技術(shù)安全。復(fù)雜型線(xiàn)高速鋼組合拉刀為國(guó)內(nèi)首臺(tái)套，國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品，主要性能指標(biāo)優(yōu)于國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品。開(kāi)發(fā)的系列組合拉刀和輪槽銑刀，打破了國(guó)外壟斷，為我國(guó)三大汽輪機(jī)廠(chǎng)重點(diǎn)新產(chǎn)品研制提供刀具技術(shù)。相關(guān)成果還應(yīng)用于上飛波音737平尾梁緣條生產(chǎn)線(xiàn)、寶鋼管螺紋生產(chǎn)線(xiàn)和通用汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋生產(chǎn)線(xiàn)。研究成果對(duì)促進(jìn)我國(guó)刀具行業(yè)科技進(jìn)步作用顯著；對(duì)企業(yè)降本增效作用顯著，促進(jìn)了高端制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展。 項(xiàng)目獲授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利40項(xiàng)，標(biāo)準(zhǔn)80項(xiàng)，軟件著作權(quán)9項(xiàng)，出版著作4部，SCI/EI收錄論文301篇，榮獲2017年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。 金剛石涂層刀具 金剛石涂層刀具 金剛石涂層刀具應(yīng)用（C919部裝現(xiàn)場(chǎng)） 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪槽銑刀 燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子輪槽拉刀 燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子輪槽拉刀應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng) 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪槽銑刀應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)

鈦合金由于具有比強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐蝕性好、高溫性能好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為航空航天、石油化工、交通運(yùn)輸及生物醫(yī)學(xué)等高端裝備制造領(lǐng)域的關(guān)鍵工程材料之一。因其低熱導(dǎo)率、高化學(xué)活性、低彈性模量和加工硬化等問(wèn)題，使鈦合金成為最典型的難加工材料。我國(guó)鈦合金高速、高精度加工所用的高端刀具基本依賴(lài)進(jìn)口，研發(fā)新型鈦合金切削加工高端刀具已經(jīng)成為解決制約我國(guó)高端裝備制造業(yè)快速發(fā)展的關(guān)鍵，是我國(guó)急需解決的卡脖子問(wèn)題之一。

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:2017年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)我國(guó)刀具消耗全球第一，但高效刀具長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口，難以滿(mǎn)足加工成本進(jìn)一步降低和重大裝備研制國(guó)產(chǎn)化水平進(jìn)一步提高的要求，實(shí)現(xiàn)高效切削刀具國(guó)產(chǎn)化的需求已迫在眉睫。針對(duì)高效切削刀具國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中面臨的挑戰(zhàn)，構(gòu)建了刀具形性協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)體系；突破刀具材料-結(jié)構(gòu)-性能一體化協(xié)同制備關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)明形性可控的微納復(fù)合金剛石涂層刀具制備新技術(shù)；提出復(fù)雜型線(xiàn)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(shù)。開(kāi)發(fā)出金剛石涂層刀具、復(fù)雜型線(xiàn)高速鋼刀具和超硬刀具等系列化產(chǎn)品與高效切削應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，在高端裝備制造業(yè)中規(guī)模化應(yīng)用。金剛石涂層技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，在國(guó)內(nèi)已建立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的金剛石涂層刀具生產(chǎn)線(xiàn)，研制出系列化金剛石涂層刀具，通過(guò)中國(guó)商飛工藝認(rèn)定；還批量應(yīng)用于成飛多機(jī)型和航天一院型號(hào)產(chǎn)品研制，替代進(jìn)口，保障了重大裝備研制技術(shù)安全。復(fù)雜型線(xiàn)高速鋼組合拉刀為國(guó)內(nèi)首臺(tái)套，國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品，主要性能指標(biāo)優(yōu)于國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品。開(kāi)發(fā)的系列組合拉刀和輪槽銑刀，打破了國(guó)外壟斷，為我國(guó)三大汽輪機(jī)廠(chǎng)重點(diǎn)新產(chǎn)品研制提供刀具技術(shù)。相關(guān)成果還應(yīng)用于上飛波音737平尾梁緣條生產(chǎn)線(xiàn)、寶鋼管螺紋生產(chǎn)線(xiàn)和通用汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋生產(chǎn)線(xiàn)。研究成果對(duì)促進(jìn)我國(guó)刀具行業(yè)科技進(jìn)步作用顯著；對(duì)企業(yè)降本增效作用顯著，促進(jìn)了高端制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展。項(xiàng)目獲授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利40項(xiàng)，標(biāo)準(zhǔn)80項(xiàng)，軟件著作權(quán)9項(xiàng)，出版著作4部，SCI/EI收錄論文301篇，榮獲2017年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。金剛石涂層刀具金剛石涂層刀具金剛石涂層刀具應(yīng)用（C919部裝現(xiàn)場(chǎng)）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪槽銑刀燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子輪槽拉刀燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子輪槽拉刀應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪槽銑刀應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)類(lèi)型:發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)先進(jìn)程度:達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平成果獲得方式:獨(dú)立研究獲得政府支持情況:國(guó)家級(jí)計(jì)劃/專(zhuān)項(xiàng)類(lèi)別:國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃、上海市科技創(chuàng)新行動(dòng)重大項(xiàng)目

本發(fā)明公開(kāi)了一種數(shù)控機(jī)床切削加工的刀具磨損狀態(tài)識(shí)別方法，具體包括如下步驟：（1）數(shù)據(jù)采集（2）采集數(shù)據(jù)區(qū)間化，獲得區(qū)間數(shù)據(jù)集<img file="DDA00001669935800011.GIF" wi="787" he="88" />（3）對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行小波包分解，獲得各頻段的能量百分比和相應(yīng)各頻段的上界小波包系數(shù)和下界小波包系數(shù)；（4）獲取多觀(guān)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(xùn)練獲得最優(yōu)模型庫(kù)λ＝(λ₁,...,λ_n)；（7）把待識(shí)別磨損狀態(tài)的刀具磨損信號(hào)數(shù)據(jù)作為多觀(guān)察輸入代入上述最優(yōu)模型庫(kù)，識(shí)別刀具磨損狀態(tài)。本發(fā)明通過(guò)廣義區(qū)間概率來(lái)解決數(shù)據(jù)機(jī)床加工中研究刀具磨損狀態(tài)時(shí)，信息處理中出現(xiàn)的不確定性問(wèn)題，識(shí)別準(zhǔn)確率顯著提高。

北航“振動(dòng)切削”系列裝備是經(jīng)過(guò)20年開(kāi)發(fā)成功的高新制造技術(shù)，打破傳統(tǒng)切削加工的性能價(jià)格比極限，使產(chǎn)品制造達(dá)到精密、高效、低成本的全新綜合水平，實(shí)現(xiàn)以車(chē)代磨、以鉆代鉸、以鉸代珩、以機(jī)攻代替手攻等突破性工藝效果。 超聲車(chē)削系列，可以實(shí)現(xiàn)近無(wú)應(yīng)力與毛刺的精密車(chē)削。振動(dòng)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(dòng)攻絲系列，可以實(shí)現(xiàn)鈦合金、高溫合金等難加工材料的高效自動(dòng)攻絲。 超聲車(chē)削系列：切削力是普通車(chē)削的1/10以下，總體加工效率提高1倍以上； 振動(dòng)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(dòng)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(zhǔn)國(guó)外對(duì)刀具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)及裝備的封鎖，以及國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的空白，采用自主研制的整體立銑刀通用數(shù)學(xué)建模理論及磨削算法，基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，開(kāi)發(fā)出我國(guó)自己的整體立銑刀設(shè)計(jì)與制造軟件、數(shù)控系統(tǒng)、五軸數(shù)控精密刀具磨床以及國(guó)產(chǎn)化刀具，該項(xiàng)成果已經(jīng)獲得2項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利，2項(xiàng)軟件著作權(quán)，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出刀具設(shè)計(jì)與制造軟件，正在開(kāi)發(fā)數(shù)控系統(tǒng)，后期開(kāi)發(fā)出五軸數(shù)控機(jī)密磨床裝備，項(xiàng)目整體已經(jīng)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平，有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

“數(shù)控刀具磨削機(jī)” 是三軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控設(shè)備，主要用于加工硬質(zhì)合金微型鉆頭、銑刀。設(shè)備主要包括設(shè)備底座、十字滑臺(tái)部件、夾持工件的主軸箱、移動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、砂輪主軸部件、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、冷卻防護(hù)系統(tǒng)。被加工的工件是外圓磨削好的硬質(zhì)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(jiǎn)介：針對(duì)高強(qiáng)度鋼、淬硬鋼等難加工材料構(gòu)成的曲軸、連桿、凸輪軸等發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)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(diǎn)，通過(guò)綠色干切削刀具與工藝的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，在保證加工質(zhì)量水平的前提下，大幅度提高了加工效率。開(kāi)發(fā)出針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零件“以車(chē)代半精磨”、“以銑代半精磨”等實(shí)用的綠色干切削工藝技術(shù)，在保證發(fā)動(dòng)機(jī)零件加工質(zhì)量和效率的前提下，顯著減少了污染物排放，提高了加工經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到了綠色制造的目的。?  效益分析：

高速微小孔振動(dòng)切削數(shù)控鉆床是建立在切削理論和振動(dòng)理論基礎(chǔ)上的一種新穎的鉆削加工機(jī)床，與普通鉆床的根本區(qū)別是在鉆孔的過(guò)程中通過(guò)振動(dòng)裝置使鉆頭與工件之間產(chǎn)生可控的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)切削循環(huán)過(guò)程中，刀具與工件時(shí)切時(shí)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(chǎn)生很高的能量而對(duì)工件材料產(chǎn)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(dá)到減小孔的入出口毛刺、減小孔徑擴(kuò)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(shì)。圖1所示為研制出的高速微小孔振動(dòng)切削數(shù)控鉆床本體的示意圖。其數(shù)控系統(tǒng)采用NC嵌入PC技術(shù)開(kāi)發(fā)，插入PC機(jī)即可使用。利用該機(jī)床，以轉(zhuǎn)速12000rpm、進(jìn)給量1μm/r在45#鋼板上進(jìn)行?1mm鉆孔實(shí)驗(yàn)，圖2是普通鉆削與振動(dòng)鉆削的孔加工質(zhì)量對(duì)比，圖3顯示了振動(dòng)鉆削減小切削力的情況。