从实践中来 到实践中去——访北京工业大学机械工程与应用电子技术学院副院长刘志峰教授

本刊记者/Reporters 李 静/LI Jing，刘文元/LIU Wenyuan

撰稿/Author 刘文元/LIU Wenyuan

特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形 、改变性能或被镀覆等。特种加工近几十年发展迅速，与传统加工方式相比具有一定的优势，因此我刊近些年也一直将特种加工技术列为主题栏目，采访了不少的专家，从不同的角度来诠释特种加工的发展和研究内容。本期我刊记者采访了北京工业大学机械工程与应用电子技术学院的副院长刘志峰教授。

校企合作 获益良多

北京工业大学承担了一大批包括国家自然科学基金、“973”计划、“863”计划、科技支撑计划在内的国家和北京市重大、重点项目。刘教授作为青年的科研骨干专家，也承担了很多的课题研究，其中不乏与企业合作的项目。其中包括一个今年年底将要结题的“大行程（1 100 mm）数控单向慢走丝线切机床样机研制”，还有一个正在进行中的“高性能电火花成形机床理论研究及分析”。

谈及校企合作的两个特种加工项目，刘教授讲到，“大行程（1 100 mm）数控单向慢走丝线切机床样机研制”是与一个民营企业共同合作的。目前该企业用铜丝做慢走丝，精度完全可以达到μ 级。而北京工业大学则重点解决其中的两个问题，首先是在整体结构方面进行建模和有限元分析，其次就是重点解决热造成的变形。通过理论分析和实验分析，采集温度变化所造成上下丝架的未知变化，最后得出铜丝在空间中的变化。而这些数据经过测试和分析之后若基本吻合，就可以说建模和所采用的数据是可信的，从而总结铜丝位置随温度变化的规律，然后反馈给系统，因此，硬件方面根本无需调整，只需在数控系统中将误差补偿回来即可。

而从“高性能电火花成形机床理论研究及分析”项目中则可以明显看出特种加工的独特优势。在加工钛合金等特殊材料时，尽管传统的金切机床可以完成，但是主要靠五轴联动，公式成本和去除的材料非常多；同时，刀具还应比工件的硬度高，这就对刀具也提出了更高的要求；尽管最终可以加工出想要的形状，但一段时间之后，残余应力的释放和金属件的恢复会使工件产生形变，并失去原来的表面光洁度和精度。而电火花加工则能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件；加工时无切削力；不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；工具电极材料无需比工件材料硬；直接使用电能加工，便于实现自动化，在表面微细加工时效果很好。

刘教授认为学校与企业的深度合作，对学校本身可谓获益良多。在高校中主要是理论和基础研究，但研究对象却直接来源于企业。因为高校有雄厚的理论基础，企业带着问题前来咨询，高校可以帮他们把经验变成方法性的、能长期使用的成果；同时，也能够把企业已经做成的事情，通过参量化的设计和分析使其变形并用于指导实践，保证变形后的实践能够成功。另外，北工大有很丰富的设计资源、分析资源和测试资源，这样企业就不需要在这些方面投入很大。

在跟企业的合作中，学校最重要的是能得到真实的问题。因为在头脑中想到和在文献中看到的问题与企业在实际生产中遇到的问题是不同的，后者直接来源于生产实践。因此，带着具有实践意义的问题去做项目，而非纸上谈兵，不仅对于培养人才大有裨益，同时经过理论的改造和提升之后，也可以做出高水平的成果。

抓住机遇 面向未来

传统的金属加工机床分为很多系列，能达到很高的精度，但是在加工过程中受力和热的影响非常大，不同材料和刀具的配合与其加工效果密切相关。而特种加工机床对材料范围属性的要求较小，对不同材料的加工性较好，非接触加工无需接触工件表面，对表面残余应力和表面精细控制很好，并且可以几种形式混合加工，形成复合加工工艺，达到一个更好的加工效果。刘教授说，这是特种加工的明确优势，但是也存在加工效率低的问题。例如慢走丝加工机床、电火花加工机床等做精加工完全没问题，但如果批量加工零件时仍然是传统加工机床占优势，特种加工机床在效率上有明显的差距。

在谈到中国的特种加工所达到的水平时，刘教授引用了“技术就绪度”的概念，它分为9 级，国外可能已经达到了7 级或8 级，中国目前差距还是非常明显的。中国出口的特种加工机床主要是中低端产品，这种情况和金切加工机床是一样的。但是这并不能说明中国的特种加工机床甘为人后。因为在传统加工机床中数控系统非常关键，我国传统加工机床的数控系统，质量好的基本上都是国外的；而我国特种加工机床的数控系统很多都是自主研发，所以在这方面完全可以突破、实现自主化，而不用像传统加工机床那样只是跟着国外跑。但是这个系统也要涉及到标准、体系和规范化，目前还没有确立起来，不像传统加工机床数控系统的几大流派已经基本定型。所以特种加工机床领域，在这方面跑在前面，对于占据行业影响力的制高点是非常重要的。

刘教授认为特种加工的发展主要有两方面值得一提，一是电加工机床，不仅在历史上，而且在现在和未来都仍然会是特种加工机床行业的领头羊。第二个新增长点则是作为3D 打印基础的激光加工机床。

中国正在制定“中国制造2025”规划，即到2025年步入制造强国行业，到2035 年时赶超德国、日本。然而，中国制造业大而不强主要有4 个原因：一是自主创新能力不强；二是产品质量问题还比较突出；三是资源效率利用比较低，能耗比较高，污染比较严重；四是产业结构不是很合理，低端产品产能严重过剩，高端产品能力比较差。对于这些问题，一个产业、及其制定行动的纲领和行动的计划是可以解决的。我们应了解国内外特种加工制造技术的发展现状，抓住“中国制造2025”这一宝贵的历史机遇，将我国的制造业提升到新的水平，为更好地实现中华民族伟大复兴的“中国梦”保驾护航！