在金屬加工中，實(shí)現(xiàn)高效加工是所有制造企業(yè)包括工具制造商的永恒追求。近年來，隨著汽車制造業(yè)步入快速發(fā)展階段，多樣化和個(gè)性化成為其發(fā)展的主要特點(diǎn)，而提高汽車制造企業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求變化的快速反應(yīng)能力是贏得競(jìng)爭(zhēng)的重要手段。同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等汽車零部制造廠商亦對(duì)高效加工提出了更迫切的需求。

機(jī)床、工裝、工藝甚至編程軟件、切削液等都會(huì)影響加工效率，但構(gòu)成加工最主要的要素是：機(jī)床、工裝和刀具。其中，刀具起到最終切除材料的作用，是能否實(shí)現(xiàn)高效加工的重要影響因素。尤其，刀具具有可選擇性，利用現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備限度，通過刀具來縮短加工時(shí)間，對(duì)實(shí)現(xiàn)高效加工具有直接的推動(dòng)作用。古語說“工欲善其事，必先利其器”，如今，在現(xiàn)代化制造業(yè)中它更被賦予了更廣泛的內(nèi)涵。要提高加工效率，不斷優(yōu)化“利器”——刀具至關(guān)重要，下面簡(jiǎn)要介紹幾種優(yōu)化刀具的方式。

“利”其材質(zhì)，改變切削速度

一直以來，刀具供應(yīng)商都在不斷研發(fā)、推出使用壽命更長(zhǎng)、切削速度更快的刀具，以實(shí)現(xiàn)更高的進(jìn)給速度，提高加工效率。要改變切削速度，關(guān)鍵是要改變切削材料母材和表面涂層。目前，刀具供應(yīng)商對(duì)刀具材料的選擇主要集中于硬質(zhì)合金及部分CBN，并且不斷加大研發(fā)力度，推出新品，以日本住友公司推出的刀具材質(zhì)為例：

對(duì)于一般碳鋼及合金鋼的切削，早期的硬質(zhì)合金涂層材質(zhì)切削速度為V=100～250m/min，而住友新推出的材質(zhì)AC700G/AC820P通過母材和涂層上的技術(shù)革新在加工SCM420傳動(dòng)軸時(shí)已將切削速度提升至V=390m/min。同時(shí)，具備超群的耐崩損性，在加工SCM425齒輪時(shí)，可實(shí)現(xiàn)5mm切深下，進(jìn)給量達(dá)0.5mm/rev，是原有材質(zhì)使用壽命的1.5～2.7倍。

對(duì)于淬火鋼(HRC58～62)材料產(chǎn)品，如軸承、軸鍵和齒輪大多采用熱處理前車削加工后再進(jìn)行磨削加工的方式，效率低、尺寸不易保證。也有部分用戶采用CBN(立方氮化硼)材質(zhì)加工，但切削速度較低(80～150m/min)，加工效率和表面質(zhì)量不高。住友推出的新材質(zhì)BNC100切削速度達(dá)到100～300m/min，并且在保持高線速度的同時(shí)使進(jìn)給值達(dá)到0.1～0.35mm/rev。同樣，在汽車模具銑削中，住友公司開發(fā)的BN700材質(zhì)圓刃銑刀片配合BRC刀桿，加工SKD淬火至HRC47～52材料和NAK預(yù)硬鋼HRC40～45材料時(shí)可分別實(shí)現(xiàn)150～400m/min及200～800m/min的超高速精加工，加工時(shí)間縮短了3～5倍，且表面光潔度優(yōu)異。

“利”其結(jié)構(gòu)，改變刀具可切削余量和進(jìn)給量

“利”其結(jié)構(gòu)主要是指不斷優(yōu)化刀體結(jié)構(gòu)和刀片幾何設(shè)計(jì)，從改善切削力、切刃方式和強(qiáng)度等方面實(shí)現(xiàn)加工效率的新突破，以日本BIG(大昭和)和住友產(chǎn)品為例：

1. FCM快峰銑刀

BIG在銑刀上進(jìn)行了20°軸向前角及很大徑向前角的雙前角設(shè)計(jì)，不僅切削輕快，而且抵抗力超低，同時(shí)首次將偏心后角技術(shù)運(yùn)用到機(jī)夾式立銑刀上，使后角不會(huì)太大，既不影響刀刃的鋒利度，又能提高刀刃強(qiáng)度，不易崩刃。舉例來說，在BT40主軸機(jī)床上，切削S50C材料，φ32mm銑刀，切深9mm，轉(zhuǎn)速1500r/min，進(jìn)給可達(dá)550mm/min。由于切削輕快，同時(shí)產(chǎn)品加工后具有良好的直角和漂亮的壁面，直角度可在0.01mm， 粗糙度Ra為0.51mm。該產(chǎn)品不但在常規(guī)槽銑、方肩銑中能實(shí)現(xiàn)效率上的突破，更使在主軸動(dòng)力不足，夾持剛性不佳，懸深較長(zhǎng)場(chǎng)合進(jìn)行高效加工成為可能。

2. EWB-UP 高速超精密鏜頭

精鏜頭的首要特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)精度和加工精度，由于精鏜頭屬單刃切削，要達(dá)到高速且高效的加工則離不開動(dòng)平衡。BIG公司將尺寸精度調(diào)節(jié)和與之偏移量對(duì)等的動(dòng)平衡調(diào)節(jié)融合到一個(gè)鏜頭部分，通過兩個(gè)刻度盤旋扭輕松實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)精度0.001mm，最高轉(zhuǎn)速時(shí)動(dòng)平衡系數(shù)G6.3的要求。配合金剛石、CBN材質(zhì)對(duì)鋁合金零部件(如變速箱殼體)及鑄鐵缸孔產(chǎn)品進(jìn)行加工，可實(shí)現(xiàn)200～2000m/min的高速高效加工，并得到良好的加工效果。

3. 非標(biāo)型復(fù)合結(jié)構(gòu)刀具

對(duì)于大量結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工序繁多且難加工的產(chǎn)品，標(biāo)準(zhǔn)刀具已無法滿足高效加工的要求。這就需要根據(jù)具體零件對(duì)刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行更有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，有效減少換刀時(shí)間。住友公司針對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、凸輪軸孔加工研發(fā)的專用刀具，包括車?yán)�刀、閥門座圈銑刀、自動(dòng)導(dǎo)向鏜刀等，都是非標(biāo)刀具推動(dòng)高效加工發(fā)展的典型產(chǎn)品。

“利”其夾持，實(shí)現(xiàn)高切削速度和大進(jìn)給

刀柄夾持系統(tǒng)是對(duì)機(jī)床主軸和刀具傳遞的連接，它承載主軸的精度、剛性以及刀柄本身的剛性，而動(dòng)平衡性、夾持力及夾持精度，是實(shí)現(xiàn)高速高效加工的必要條件。以 BIG 產(chǎn)品為例：

1. 高速高精度型夾持刀柄

針對(duì)直徑φ20mm以下刃具，尤其在φ0.25～12mm內(nèi)小徑刃具，要實(shí)現(xiàn)高效、高精度加工，并得到優(yōu)異的表面光潔度，需要通過高速加工來實(shí)現(xiàn)，這就對(duì)刀柄夾持精度和動(dòng)平衡性能指標(biāo)提出更嚴(yán)格的等級(jí)要求。BIG的美夾刀柄系列產(chǎn)品夾持端口跳動(dòng)精度為0.001mm，4倍直徑前跳動(dòng)精度為0.003mm，夾套精度等級(jí)為AA級(jí)，刀柄均通過動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)處理，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)40 000r/min，并標(biāo)準(zhǔn)配置中心出水，完全滿足高速高精度鉆孔、鉸孔及銑削加工的要求。 對(duì)鋁合金缸體產(chǎn)品φ8.5×5D鉆孔進(jìn)行加工，采用美夾刀柄后使用OSG硬質(zhì)合金涂層鉆頭FTO-GDS，加工參數(shù)為n=6000r/min， f=0.45mm/rev， 效率提升3～4倍。同時(shí)，使孔徑精度得到有效保證。

2. 重切強(qiáng)力型夾持刀柄

這種類型刀柄主要針對(duì)φ20～50mm較大直徑刃具，由于此直徑范圍屬粗加工范疇，因此對(duì)刀柄的剛性和夾持力有著更高要求。BIG的HMC強(qiáng)力刀柄系列具有獨(dú)特狹縫機(jī)構(gòu)，把持部加厚，剛性好，具備300Nm的超強(qiáng)扭矩。BIG的另一款BBT美夾高速倍力刀柄系列，可滿足高速?gòu)?qiáng)力切削的需要，夾持精度在0.005～0.01mm之間。如與BBT主軸配合可使刀柄錐面與法蘭端面兩面貼緊配合，剛性可增強(qiáng)3～4倍，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力大效率重切，并得到良好的深孔加工效果。

結(jié)語

在汽車加工領(lǐng)域，尤其在進(jìn)行大批量生產(chǎn)過程中，刀具的精度、切削速度和壽命都直接影響生產(chǎn)線的開動(dòng)率、加工節(jié)拍，甚至最終的生產(chǎn)效率。據(jù)調(diào)查，我國(guó)近70%的用戶刀具費(fèi)用成本占生產(chǎn)總成本的比例為2%～3%，盡管比例不是很高，但是選擇可靠、適用且高效的刀具產(chǎn)品，卻能夠大幅降低企業(yè)生產(chǎn)的總成本。

值得注意的是，在刀具產(chǎn)品不斷更新的過程中，刀具供應(yīng)商雖然不斷改變刀具材質(zhì)，但其原有刀體卻未進(jìn)行改變，而改變后的刀具價(jià)格也沒有調(diào)整。對(duì)整車及零部件制造企業(yè)而言，當(dāng)對(duì)某項(xiàng)工序的加工效率感到欠缺或不滿的時(shí)候，試著選擇新的刀具產(chǎn)品或者改變?cè)�有結(jié)構(gòu)的刀體產(chǎn)品，可能在不增加成本的同時(shí)就對(duì)高效加工起到意想不到的推動(dòng)作用。同時(shí)，配備認(rèn)真負(fù)責(zé)的刀具管理人員，相信在有效保證加工效率的同時(shí)，能大幅提高生產(chǎn)能力。