0引言
当今时代已经是信息化、电子化、自动化的时代，新材料技术在机械制造中的广泛引用，使得行业面貌发生了巨大变化。特别是现代先进机械设计与制造技术在生产实践中的应用，更是给社会发展提供了强大的推动力，提高了生产效率、加快了社会进步。在全球技术、经济、市场变换的时代背景下，新技术在社会经济领域的应用成为社会发展的重要动力，技术、经济竞争已经成为国际竞争的焦点，我们既面临机遇，也面临挑战。对于机械制造业来说，竞争的核心已经从传统竞争模式转变为新产品和制造技术的竞争。为此，本文着重在深入分析和认识现代机械设计与机械制造技术的基础上，探讨如何强化机械设计和机械制造技术在生产实践中的有效应用，旨在促进行业发展的同时，为经济发展和社会进步起到推动作用。
1现代机械设计与机械制造技术的发展特点及趋势
在我国社会经济发展中，制造业特别是机械制造业，对社会经济的发展起到了重要的推动作用，在改革开放和经济发展初期如此，在电子化、信息化、智能化、自动化高度发展的今天更是如此。机械制造技术是信息化、现代化的重要基础和必要前提，与传统意义的机械设计与机械制造相比，当代社会的制造业已经呈现新的发展特点和发展趋势，主要表现在以下几个方面。1)现代制造技术广泛吸收融合机械、电子、信息及现代系统管理等方面的最新成果，将计算机与通信、控制理论、人工智能等应用于机械设计与机械制造的各个环节，不但提高了机械产品的技术性能，而且提高了产品的市场适应能力和竞争能力。因此，现代制造技术无论是技术内涵，还是技术构成，都较以往更加丰富，并形成了一个多层次的技术群。从内涵层次和技术构成的视角进行分析和梳理，可以知道，现代制造技术的技术构成吸收了信息技术、新材料技术、新能源技术以及系统工程技术，根据不同技术内涵和在机械制造中的作用地位，可以将现代先进的制造技术划分为基础层、新型单元技术层、集成技术层三个层次。其中，优质、高效、低耗、少污染基础制造技术构成其基础层;制造业与电子信息、新材料、新能源、环境科学、现代管理等高新技术结合而成的崭新的制造技术构成适应市场需求的新型单元技术层;应用信息、计算机和系统管理技术将前两个层次进行集成，构成进入高级阶段的集成技术层。由此可见，现代机械制造技术已经发展成为一个广泛吸收多学科、多领域的新技术的综合技术领域，并具有集成性、广泛性、系统性、动态性、先进性、实用性的特点。2)21世纪的机械制造业技术系统除了具有上述特点外，还朝着精密化、柔性化、全球化的方向发展，具有绿色、智能、高效的特点。其中，绿色制造已经成为21世纪的重要特征，智能成为机械制造的主要发展方向，高效成为适应全球竞争的必然要求。加工制造技术的超精密、超高速发展方向，有力度推动了超精密加工技术、超高速切削和超高速磨削技术的发展和进步。
2超高速切削和超高速磨削技术的机理及应用分析
在机械制造领域，提高切削、磨削加工效率一直是不断追求的重要目标。超高速加工技术是以极大的切削速度来达到提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代制造加工技术，具有高精度、高自动化、高柔性的特点，通过采用超硬材料刀具磨具，实现高速运动。
2.1超高速切削和磨削技术的机理
作为一种高效、优质、低耗的先进制造工艺技术，超高速切削和磨削技术是近年来才发展起来的机械加工技术，这种技术源自于德国著名机械切削物理学家卡尔•萨洛蒙的实验研究，他在大量实验和总结分析的基础上，构建了切削加工实验“速度—温度”曲线，首次提出了超高速切削加工理论，这对于后来的实践应用起到了很好的指导作用，有力地推动了超高速切削和磨削技术的发展。1)从技术机理来分析，常规的切削，尽管切削温度随着切削速度的增大而升高，由于其速度处在一定的范围内，因而切屑摩擦的温度也是在刀具等器械能够承受的范围内。但是，在具体实践中，切削温度随着切削速度的增大而升高有一个临界值，那就是当超过一定的切削速度后，切削温度可能会升高到超过刀具承受能力的程度，这样就会导致刀具的硬度大大下降，甚至使刀具发软，从而降低刀具的耐磨性，使得刀具出现剧烈磨损，最终达到无法切削的程度。然而，实验表明，如果切削速度继续增大超过这个临界值，当达到甚至超过某一数值后，切削温度不但不会随着切削速度的继续增加而升高，相反切削温度还会随着切削速度的继续增加而降低，甚至切削温度会逐渐降低到刀具能够承受的范围，从而使刀具又可以继续使用，而此时已经是刀具的超高速加工。进入这个阶段，在这种速度状态下的切屑加工实际就是超高速切屑，在这种速度状态下，同样的产品加工，需要耗费的时间当然就更短，因而设备的生产效率得到明显提高。超高速切削实验和具体的应用实践表明，超高速切屑不但可以使切削力降低30%，减少能耗，而且激振频率的提高可以提升加工表面的质量。2)在技术机理上，超高速磨削与超高速切屑有一些相似，在一定的速度范围内，随着磨削速度的提高，砂轮速度增大，产生的离心力增大，可能会导致砂轮破裂，同时产生的磨削热量增加，使得磨削温度快速升高，导致加工件表面烧伤破坏或无法继续进行磨削加工。但随着磨削速度进一步增加，超过某个临界值之后，磨削加工所产生的磨削力和磨削温度不但不会继续升高，相反会随着磨削速度的增加而下降。从这个原理上说，超高速磨削加工只要能够解决砂轮在超高速状态下的破裂缺陷问题，进行超高速磨削加工就能轻松实现了。事实上，高强度、高硬度的立方氮化硼砂轮的出现，已经基本解决了超高速状态下的砂轮破裂问题，这就使超高速磨削加工应用成为现实。
2.2超高速切削和磨削技术的应用分析
随着科学技术的快速发展，高加减速直线进给电机、超硬耐磨长寿命刀具等一系列技术领域中关键技术的解决，使得一些理论研究成果转化为实际应用成为现实，并在具体的行业领域中发挥着十分积极的作用。在具体实践的应用中，超高速切削技术主要在汽车产品、航空产品、磨具制造、精密加工等领域得到广泛的应用。超高速磨削技术在高效深切、超高速外圆磨削、快速点磨削、硬脆材料加工等领域得到广泛的应用。就超高速切削技术而言，在汽车工业等大批生产领域，美国福特公司已经将HVM800卧式加工中心及镗汽缸用的单轴镗缸床应用于汽车工业的生产实践。通过采用超高速切削工艺技术，Ingersoll公司所铣削的工件最薄壁厚度仅为1mm。相关实际应用还非常多，可以说超高速切削技术的应用已经涉及到工业领域的很多具体行业。就超高速磨削技术而言，其工业应用主要在高效深切、超高速外圆磨削、快速点磨削、硬脆材料加工几方面。其中，高效深磨与普通磨削不同的是高效深磨可以通过一个磨削行程，完成过去由车、铣、磨等多个工序组成的粗精加工过程，获得远高于普通磨削加工的金属去除率。
3结语
总之，随着现代科技的迅速发展，现代机械设计与机械制造技术也有了非常大的进步，特别是现代先进机械设计与制造技术在生产实践中的实际应用，更是给社会发展提供了强大的推动力，提高了生产效率、加快了社会进步。本文对超高速切削和超高速磨削技术的机理和应用探讨较大，对现代机械设计与机械制造技术的其他方面探讨较少，希望能以点带面，起到抛砖引玉的作用，引起行业领域更多的专家学者积极探索新技术、新方法，促进行业的不断发展。
作者：陈凤官 单位：福建省华荣建设集团有限公司
