刀具選擇的效率原則和精度原則

在金屬切削加工中，刀具選擇幾乎是每一個工藝工程師必須面臨的問題。
刀具選擇要考慮許多問題，相應(yīng)地就有許多原則，如效率原則、加工精度原則、穩(wěn)定性原則、經(jīng)濟性原則等等。
首先談一下效率原則。熱熔鉆頭價格效率原則其實與其他原則不可分割，尤其是經(jīng)濟性原則。要求效率的主要目的就是保證整個加工的經(jīng)濟性。但效率特別重要，所以把它獨立出來，單獨討論一下。

效率原則首先是在保證可接受的加工精度和可接受的穩(wěn)定性前提下的效率。沒有這個基本條件，效率無從談起。就像我們希望我們的交通工具(譬如汽車)能夠給我們帶來更快的速度，但安全是第一位的。一旦有飛機失事后，許多人會慎重考慮是否真的繼續(xù)選擇飛機出行，航空公司也會重新審視已有的安全策略。沒有安全，飛機就不會成為首選的交通工具。刀具的選擇同樣如此。
其次，我們也不會在所有的條件下都強調(diào)效率，追求效率有一些約束條件。一個零件加工效率的提高需要與其他零件的效率相適應(yīng)，一個工序的效率提高更需要與其他工序的效率相適應(yīng)。如果忽視這些約束條件，一味追求效率，會吃力不討好。就像上海的火車，現(xiàn)在晚上8點左右發(fā)車，第二天早上10點到達。如果能夠提前到8點到達，也許最受歡迎;但如果提前到6點，也許受歡迎程度反而下降。因為列車員會在到站前提前一個小時甚至兩個小時整理旅客床鋪，早上4點或5點起床大部分旅客不會太樂意的。工廠也是如此，尤其在流水線生產(chǎn)條件下更是如此。我們需要解決的是整個流水線中的“瓶頸”工序。只要提高了這個工序的生產(chǎn)能力，就能夠提高整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力，提高整個產(chǎn)品的生產(chǎn)能力，縮短制造周期，這是許多企業(yè)所期望的。而單機或柔性制造系統(tǒng)的需求又不一樣。他們所受的約束較少，即與其他工序的相關(guān)度較小。由于柔性化，某個零件或某個工序制造周期的縮短常常意味著能夠使該設(shè)備投入其他零部件或其他工序的生產(chǎn)，從而創(chuàng)造更多的效益。
我認為在市場競爭日益激烈的今天，企業(yè)對工藝工程師的期望已經(jīng)不是解決簡單的工藝問題，而是期望工藝工程師們能對企業(yè)有更大的貢獻度。如果我們的工藝工程師能從企業(yè)全局出發(fā)，為企業(yè)改進制造流程作出貢獻，一定會獲得企業(yè)主的首肯和贊許。
就國外現(xiàn)代金屬加工企業(yè)調(diào)查的數(shù)據(jù)，刀具本身在制造成本中所占比例并不是很高，通常在2%～4%之間，高的會到7%左右。但刀具對加工效率的影響卻非常巨大。20多年前我參加機械部組織的“2000年機械產(chǎn)品振興目標(biāo)研究”時接觸的一個觀點給我留下了極其深刻的影響，10年外企的工作經(jīng)歷，使我對這個觀點有了更深刻、更具體的感受。那就是所謂一臺幾十萬美元的設(shè)備能否發(fā)揮應(yīng)有的作用，常常取決于一把幾美元的刀具。我曾經(jīng)得到過的一個成本分析實例表明，減少30%的采購價格(指刀具性能沒有任何改變)或延長50%的刀具壽命(通常需要依賴刀具制造者的技術(shù)進步)都只能降低制造成本1%左右??因為刀具成本只占到制造總成本的4%。但如果加工參數(shù)能提高20%，大約可以降低15%的制造成本??雖然如果切削速度提高20%，刀具成本會提高50%，但因為加工周期縮短，總成本還是有大幅度的下降。平口熱熔鉆,圓口熱熔鉆,熱熔鉆工作原理,熱熔鉆轉(zhuǎn)速，熱熔鉆價格多少，這些問題可以直接咨詢株洲熱鉆公司技術(shù)人員。

我曾經(jīng)拜訪過一家上海的模具企業(yè)。這是一家技術(shù)曾經(jīng)非常領(lǐng)先的企業(yè)，我們家保存的一塊機械部質(zhì)量信得過獎?wù)碌哪＞呔褪撬麄冏龅?。但?dāng)我成為一家國外公司的刀具銷售工程師前去拜訪的時候，他們已經(jīng)日薄西山，沒有什么競爭能力了。我走進他們的車間，眼前的一幕使我震驚。他們進口了價值幾百萬人民幣的德國馬豪公司的5軸聯(lián)動加工中心，卻在這些加工中心上使用價格極低、效率同樣極低的高速鋼銑刀進行加工。我仿佛看到了他們衰落的問題所在，當(dāng)然可能這不是惟一的原因。加工理念和管理理念的落后，導(dǎo)致他們的生產(chǎn)效率低下;高昂的設(shè)備折舊，又使他們的制造成本完全沒有競爭能力。因此，從這點上說，如何選擇刀具，是否重視加工效率，也許就關(guān)系著企業(yè)的生死存亡。
除了加工效率原則之外，刀具對加工精度的影響也是需要考慮的，尤其是在精加工等加工精度、表面質(zhì)量要求比較高的應(yīng)用場合。
在粗加工的條件下，我們一般都會采用效率優(yōu)先原則。在這一階段，快速去除工件毛坯上的加工余量，快速接近工件完工尺寸的“凈尺寸”狀態(tài)，是我們考慮刀具選擇及加工參數(shù)的第一要素。
但在精加工的條件下，情況會有很大差別。精加工時我們應(yīng)該采用精度優(yōu)先原則，即首先保證加工的尺寸精度、表面粗糙度和表面質(zhì)量。
現(xiàn)在一種典型的優(yōu)先考慮保證精度的刀具被國外許多刀具廠商所青睞，這就是接近完美90°主偏角的立銑刀。從數(shù)學(xué)上可以得出，如果用一個平面(對刀具而言是前刀面)去截一個圓柱面(理想的切削刃繞刀具軸線所形成的表面)，只有在該平面包含圓柱面軸線(即刀具軸向前角為零)時，其截交線才會是一段直線。哪里生產(chǎn)的熱熔鉆質(zhì)量好，就來株洲熱熔鉆廠家，株洲熱鉆專業(yè)生產(chǎn)熱熔鉆十多年，技術(shù)和質(zhì)量過硬。但這時刀刃受力通常不理想，常常需要用一個正的軸向前角來改善刀具的切削性能。但這樣一來就產(chǎn)生了回轉(zhuǎn)面的形狀精度問題：一根交錯的直線(切削刃)繞刀具軸線回轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的不是圓柱面，而是雙曲面。只有切削刃成為橢圓的一部分時，它繞刀具軸線回轉(zhuǎn)的結(jié)果才會形成圓柱面。于是國外一些刀具公司先后開發(fā)了這樣的刀具：肯納金屬的稱為Mill 1，山特維克可樂滿的稱為R390，而瓦爾特的則稱為F4042。這些刀具的本質(zhì)都是一樣的，它們用一段曲線形的切削刃來構(gòu)成接近完美的圓柱面。雖說不同直徑的銑刀應(yīng)該有不同的曲線，而刀片生產(chǎn)的經(jīng)濟性要求又不允許這樣做，各廠用在不同直徑上選用不同軸向前角的方法來改善其中的差異。這種產(chǎn)品開發(fā)的思路值得國內(nèi)廠家好好學(xué)習(xí)。研究用戶的需要，分析目前存在的問題，進而想方設(shè)法去為客戶解決這些問題，是企業(yè)不斷創(chuàng)新、不斷進步、不斷滿足客戶增長的需求的有效手段。
還有一些刀具是經(jīng)過改進，能夠一次加工達到最終質(zhì)量要求的。也就是在原本用于粗加工的刀具上引入精度改進方案，從而使一次加工獲得更好的精度和表面質(zhì)量。車削用的Wiper刀片和鋁合金鉆孔用的三刃鉆(如肯納的TF鉆)都是這樣的例子。如果采用相同的進給量(如0.05mm)，傳統(tǒng)刀片加工的表面粗糙度比Wiper刀片的可高出5倍。這樣加工精度得到了保證，許多時候甚至可以以車代磨。
2006年5月在蘇州舉行的高速加工國際研討會(ICHSM, International Conference of High Speed Machine)上，德國達姆斯特大學(xué)的PTW研究所介紹了他們對鉆削的一些研究成果。其中有一部分就是關(guān)于鉆頭不對稱對鉆削精度的影響。研究表明，對稱的鉆頭的兩個切削刃形成的是一個完整的圓形，如果鉆芯不對稱，則會形成非圓的形狀，我們知道那叫等軸曲線。等軸曲線的特點是任何對邊的尺寸是相等的。這樣就使鉆頭鉆出的孔(尤其是鉆入部分)喪失精度。一些廉價的鉆頭和廉價的刃磨設(shè)備導(dǎo)致或助長了這種現(xiàn)象。最終用戶可能不得不增加一道擴孔的工序來糾正這種形狀精度的誤差。因此，重視刀片選擇的精度原則同樣可以幫助我們提高競爭能力。