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　　 近年來，隨著汽車制造業步入快速發展階段，多樣化和個性化成為其發展的主要特點，同時，發動機、變速箱等汽車零部制造廠商亦對高效加工提出了更迫切的需求。
　　刀具作為影響加工效率的主要因素，受到越來越多的重視，同時刀具供應商更在刀具材料、結構等方面不斷優化。
　　
　　——本文作者 北京金萬眾科技發展有限公司 劉朝陽
　　
　　在金屬加工中，實現高效加工是所有制造企業包括工具制造商的永恒追求。近年來，隨著汽車制造業步入快速發展階段，多樣化和個性化成為其發展的主要特點，而提高汽車制造企業對市場需求變化的快速反應能力是贏得競爭的重要手段。同時，發動機、變速箱等汽車零部制造廠商亦對高效加工提出了更迫切的需求。
　　　　
　　機床、工裝、工藝甚至編程軟件、切削液等都會影響加工效率，但構成加工最主要的要素是：機床、工裝和刀具。其中，刀具起到最終切除材料的作用，是能否實現高效加工的重要影響因素。尤其，刀具具有可選擇性，利用現有生產設備限度，通過刀具來縮短加工時間，對實現高效加工具有直接的推動作用。古語說“工欲善其事，必先利其器”，如今，在現代化制造業中它更被賦予了更廣泛的內涵。要提高加工效率，不斷優化“利器”——刀具至關重要，下面簡要介紹幾種優化刀具的方式。
　　
　　“利”其材質，改變切削速度
　　　　
　　一直以來，刀具供應商都在不斷研發、推出使用壽命更長、切削速度更快的刀具，以實現更高的進給速度，提高加工效率。要改變切削速度，關鍵是要改變切削材料母材和表面涂層。目前，刀具供應商對刀具材料的選擇主要集中于硬質合金及部分CBN，并且不斷加大研發力度，推出新品，以日本住友公司推出的刀具材質為例：
　　　　
　　對于一般碳鋼及合金鋼的切削，早期的硬質合金涂層材質切削速度為V=100～250m/min，而住友新推出的材質AC700G /AC820P通過母材和涂層上的技術革新在加工SCM420傳動軸時已將切削速度提升至V=390m/min。同時，具備超群的耐崩損性，在加工 SCM425齒輪時，可實現5mm切深下，進給量達0.5mm/rev，是原有材質使用壽命的1.5～2.7倍。
　　
　　對于淬火鋼（HRC58～62）材料產品，如軸承、軸鍵和齒輪大多采用熱處理前車削加工后再進行磨削加工的方式，效率低、尺寸不易保證。也有部分用戶采用CBN（立方氮化硼）材質加工，但切削速度較低（80～150m/min），加工效率和表面質量不高。住友推出的新材質BNC100切削速度達到100～300m/min，并且在保持高線速度的同時使進給值達到0.1～0.35mm/rev。同樣，在汽車模具銑削中，住友公司開發的BN700 材質圓刃銑刀片配合BRC刀桿，加工SKD淬火至HRC47～52材料和NAK預硬鋼HRC40～45材料時可分別實現150～400m/min及 200～800m/min的超高速精加工，加工時間縮短了3～5倍，且表面光潔度優異。
　　
　　“利”其結構，改變刀具可切削余量和進給量
　　
　　“利”其結構主要是指不斷優化刀體結構和刀片幾何設計，從改善切削力、切刃方式和強度等方面實現加工效率的新突破，以日本BIG（大昭和）和住友產品為例：
　　　　
　　1. FCM快峰銑刀
　　　　
　　BIG在銑刀上進行了20°軸向前角及很大徑向前角的雙前角設計，不僅切削輕快，而且抵抗力超低，同時首次將偏心后角技術運用到機夾式立銑刀上，使后角不會太大，既不影響刀刃的鋒利度，又能提高刀刃強度，不易崩刃。
　　舉例來說，在BT40主軸機床上，切削S50C材料，φ32mm銑刀，切深9mm，轉速1500r/min，進給可達550mm/min。由于切削輕快，同時產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。該產品不但在常規槽銑、方肩銑中能實現效率上的突破，更使在主軸動力不足，夾持剛性不佳，懸深較長場合進行高效加工成為可能。
　　　　
　　2. EWB－UP 高速超精密鏜頭
　　　　
　　精鏜頭的首要特點是實現調節精度和加工精度，由于精鏜頭屬單刃切削，要達到高速且高效的加工則離不開動平衡。BIG公司將尺寸精度調節和與之偏移量對等的動平衡調節融合到一個鏜頭部分，通過兩個刻度盤旋扭輕松實現了調節精度0.001mm，最高轉速時動平衡系數G6.3的要求。配合金剛石、 CBN材質對鋁合金零部件（如變速箱殼體）及鑄鐵缸孔產品進行加工，可實現200～2000m/min的高速高效加工，并得到良好的加工效果。
　　　　
　　3. 非標型復合結構刀具
　　　　
　　對于大量結構復雜、工序繁多且難加工的產品，標準刀具已無法滿足高效加工的要求。這就需要根據具體零件對刀具結構進行更有針對性的設計，有效減少換刀時間。住友公司針對汽車發動機曲軸、凸輪軸孔加工研發的專用刀具，包括車拉刀、閥門座圈銑刀、自動導向鏜刀等，都是非標刀具推動高效加工發展的典型產品。
　　
　　“利”其夾持，實現高切削速度和大進給
　　　　
　　刀柄夾持系統是對機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，而動平衡性、夾持力及夾持精度，是實現高速高效加工的必要條件。以 BIG 產品為例：
　　　　
　　1. 高速高精度型夾持刀柄
　　　　
　　針對直徑φ20mm以下刃具，尤其在φ0.25～12mm內小徑刃具，要實現高效、高精度加工，并得到優異的表面光潔度，需要通過高速加工來實現，這就對刀柄夾持精度和動平衡性能指標提出更嚴格的等級要求。BIG的美夾刀柄系列產品夾持端口跳動精度為0.001mm，4倍直徑前跳動精度為 0.003mm，夾套精度等級為AA級，刀柄均通過動平衡實驗處理，最高轉速可達40 000r/min，并標準配置中心出水，完全滿足高速高精度鉆孔、鉸孔及銑削加工的要求。 對鋁合金缸體產品φ8.5×5D鉆孔進行加工，采用美夾刀柄后使用OSG硬質合金涂層鉆頭FTO－GDS，加工參數為n=6000r/min， f=0.45mm/rev， 效率提升3～4倍。同時，使孔徑精度得到有效保證。
　　　　
　　2. 重切強力型夾持刀柄
　　　　
　　這種類型刀柄主要針對φ20～50mm較大直徑刃具，由于此直徑范圍屬粗加工范疇，因此對刀柄的剛性和夾持力有著更高要求。BIG的HMC強力刀柄系列具有獨特狹縫機構，把持部加厚，剛性好，具備300Nm的超強扭矩。BIG的另一款BBT美夾高速倍力刀柄系列，可滿足高速強力切削的需要，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3～4倍，實現強力大效率重切，并得到良好的深孔加工效果。
　　　　
　　結語
　　　　
　　在汽車加工領域，尤其在進行大批量生產過程中，刀具的精度、切削速度和壽命都直接影響生產線的開動率、加工節拍，甚至最終的生產效率。據調查，我國近70%的用戶刀具費用成本占生產總成本的比例為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品，卻能夠大幅降低企業生產的總成本。
　　　　
　　值得注意的是，在刀具產品不斷更新的過程中，刀具供應商雖然不斷改變刀具材質，但其原有刀體卻未進行改變，而改變后的刀具價格也沒有調整。對整車及零部件制造企業而言，當對某項工序的加工效率感到欠缺或不滿的時候，試著選擇新的刀具產品或者改變原有結構的刀體產品，可能在不增加成本的同時就對高效加工起到意想不到的推動作用。同時，配備認真負責的刀具管理人員，相信在有效保證加工效率的同時，能大幅提高生產能力。