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，相應地就有許多原則，如效率原則、加工精度原則、穩定性原則、經濟性原則等等。
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，尤其是經濟性原則。要求效率的主要目的就是保證整個加工的經濟性。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，一個工序的效率提高更需要與其他工序的效率相適應。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，現在晚上8點左右發車，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能力，就能夠提高整條生產線的生產能力，提高整個產品的生產能力，縮短制造周期，這是許多企業所期望的。而單機或柔性制造系統的需求又不一樣。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備投入其他零部件或其他工序的生產，從而創造更多的效益。
我認為在市場競爭日益激烈的今天，企業對工藝工程師的期望已經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有更大的貢獻度。如果我們的工藝工程師能從企業全局出發，為企業改進制造流程作出貢獻，一定會獲得企業主的首肯和贊許。
就國外現代金屬加工企業調查的數據，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年機械產品振興目標研究”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備能否發揮應有的作用，常常取決于一把幾美元的刀具。我曾經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人員。

我曾經拜訪過一家上海的模具企業。這是一家技術曾經非常領先的企業，我們家保存的一塊機械部質量信得過獎章的模具就是他們做的。但當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，當然可能這不是惟一的原因。加工理念和管理理念的落后，導致他們的生產效率低下;高昂的設備折舊，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，也許就關系著企業的生死存亡。
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、表面質量要求比較高的應用場合。
在粗加工的條件下，我們一般都會采用效率優先原則。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，是我們考慮刀具選擇及加工參數的第一要素。
但在精加工的條件下，情況會有很大差別。精加工時我們應該采用精度優先原則，即首先保證加工的尺寸精度、表面粗糙度和表面質量。
現在一種典型的優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。從數學上可以得出，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。哪里生產的熱熔鉆質量好，就來株洲熱熔鉆廠家，株洲熱鉆專業生產熱熔鉆十多年，技術和質量過硬。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。但這樣一來就產生了回轉面的形狀精度問題：一根交錯的直線(切削刃)繞刀具軸線回轉所產生的不是圓柱面，而是雙曲面。只有切削刃成為橢圓的一部分時，它繞刀具軸線回轉的結果才會形成圓柱面。于是國外一些刀具公司先后開發了這樣的刀具：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。這些刀具的本質都是一樣的，它們用一段曲線形的切削刃來構成接近完美的圓柱面。雖說不同直徑的銑刀應該有不同的曲線，而刀片生產的經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。這種產品開發的思路值得國內廠家好好學習。研究用戶的需要，分析目前存在的問題，進而想方設法去為客戶解決這些問題，是企業不斷創新、不斷進步、不斷滿足客戶增長的需求的有效手段。
還有一些刀具是經過改進，能夠一次加工達到最終質量要求的。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備導致或助長了這種現象。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。