刀具技術(shù)在現(xiàn)代制造中的作用分析

汪哲能

（衡陽財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程系，衡陽 421002）

0 引言

當(dāng)今世界正處在先進(jìn)制造技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)期。隨著數(shù)控機(jī)床的問世，現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展了一系列的數(shù)控加工技術(shù)，如加工中心（MC）、柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）、并聯(lián)機(jī)床等。這些技術(shù)與高速加工技術(shù)、刀具技術(shù)、切削加工工藝緊密結(jié)合，使機(jī)械加工中的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，輔助時(shí)間大大縮短，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率大大提高，對制造業(yè)乃至全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到巨大的推動(dòng)作用。目前切削加工約占整個(gè)機(jī)械加工工作量的90%，現(xiàn)代切削技術(shù)是制造技術(shù)的主力軍之一，切削加工（含磨削）在整個(gè)21世紀(jì)仍是機(jī)械制造業(yè)的主導(dǎo)加工方法。作為切削加工中重要的基礎(chǔ)工藝裝備，刀具技術(shù)對現(xiàn)代制造的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。

1 刀具在切削加工中的重要性

在機(jī)械加工中，金屬切削機(jī)床和刀具是切削加工的基礎(chǔ)工藝裝備。目前切削機(jī)床不斷更新?lián)Q代，高速主軸采用陶瓷軸承、液體靜壓軸承、空氣靜壓軸承、磁浮軸承后，其主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)10000～50000/min，有的甚至可達(dá)150000r/min。采用滾珠絲杠的進(jìn)給機(jī)構(gòu)其速度可達(dá)40～60m/min，直線電機(jī)可達(dá)90～120m/min，精密數(shù)控加工中心的加工加速度可以達(dá)到2g（g為重力加速度）。切削機(jī)床的快速發(fā)展為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展提供了基本的前提和技術(shù)保障，但無論是什么樣的金屬切削機(jī)床，都必須依靠與工件直接接觸、從工件上切除材料的刀具才能發(fā)揮作用。刀具性能和質(zhì)量直接影響到切削機(jī)床生產(chǎn)效率的高低和加工質(zhì)量的好壞，直接影響到整個(gè)機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益。

正因?yàn)槿绱耍瑖庵圃鞓I(yè)才有“企業(yè)的紅利在刀刃上”的說法，漢語成語中的“工欲善其事，必先利其器”、“磨刀不誤砍柴功”也對刀具在切削加工中的重要性進(jìn)行了生動(dòng)而深刻的描述。如一根20萬千瓦發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸，其凈重為30噸，而其鍛件毛坯達(dá)60～70噸，需切除的切屑占了零件毛重的50%以上，很難想象如果沒有高效的刀具如何能完成這樣的加工任務(wù)。國際上一位切削與機(jī)床方面的權(quán)威專家對切削刀具的作用作了如下評價(jià)：“改進(jìn)刀具對降低切削成本比其它任何單一過程的改變更具有潛力。合理地選擇和應(yīng)用現(xiàn)代切削刀具是降低生產(chǎn)成本，獲得主要經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。”美國的N?茲拉丁曾說過：“一臺(tái)價(jià)值25萬美元的NC機(jī)床，其效率的發(fā)揮在很大程度上取決于一把價(jià)值30美元立銑刀的性能”。

2 刀具在制造中的成本分析

隨著現(xiàn)代科技水平的提高，設(shè)備更新?lián)Q代速度越來越加快，目前更新?lián)Q代的速度可達(dá)10～15年更換一代。要在這樣短的時(shí)間內(nèi)賺回設(shè)備投資并創(chuàng)造利潤，必須充分挖掘刀具的潛力。據(jù)有關(guān)資料分析：刀具費(fèi)用占制造成本的2.4～4%，但它卻直接影響占制造成本中20%的機(jī)床費(fèi)用和38%的人工費(fèi)用。

還有一種算法是機(jī)床與刀具投入比為9：1到7：3，只要刀具投資到位，切削速度和進(jìn)給速度每提高15～20%可使制造成本降低10～15%。

有資料對切削加工進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析指出：由于刀具成本在零件制造成本中所占的比例僅為3%～5%，如果把刀具的購買價(jià)格降低30%，企業(yè)只節(jié)省了1%的零件成本；如果購進(jìn)了較好的刀具，使刀具壽命延長50%，企業(yè)也只節(jié)省1%的零件成本；但是如果購進(jìn)了性能優(yōu)異的刀具，從而改善切削能力，提高加工效率（假設(shè)提高20%），那么就能節(jié)省15%的零件成本。至今，這個(gè)理論已經(jīng)被很多切削加工的實(shí)例所證實(shí)。

有資料曾就采用不同的刀具進(jìn)行加工做過一個(gè)比較：在1900年，采用碳素工具鋼的刀具，加工一根直徑φ100mm，長500mm的碳鋼軸件，需要100分鐘才能完成，而在100年后的今天，采用硬質(zhì)合金涂層刀具或立方氮化硼刀具，加工上述同樣的軸，僅需要1分鐘就能完成，切削效率提高100倍。由此可見刀具在提高切削效率方面的潛力是相當(dāng)巨大的。

3 我國刀具技術(shù)現(xiàn)狀分析

大力發(fā)展數(shù)控加工技術(shù)及裝備，已成為世界各國政府的戰(zhàn)略決策，用數(shù)控裝備武裝現(xiàn)代工業(yè)和改造傳統(tǒng)工業(yè)也成為世界各國制造業(yè)發(fā)展的方向。改革開放后，我國制造業(yè)的發(fā)展舉世矚目，機(jī)床總產(chǎn)量和技術(shù)水平已邁入世界第一方陣，機(jī)床的進(jìn)口消費(fèi)量近年已達(dá)世界之首，我國已跨入世界制造大國之列，但還不是制造強(qiáng)國。其中我國目前制造業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率只相當(dāng)于美國的1/23，日本的1/25，德國的1/18，與先進(jìn)的工業(yè)國家相比，還存在著巨大差距。

工業(yè)發(fā)達(dá)國家的數(shù)控機(jī)床在兩班制工作條件下開動(dòng)率達(dá)到60～70%，而我國國內(nèi)許多企業(yè)往往只能達(dá)到20～30%，造成我國數(shù)控機(jī)床使用率低的原因是多方面的，除了設(shè)備配備不合理、技術(shù)人員綜合素質(zhì)有待提高、數(shù)控機(jī)床的工作環(huán)境差、生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作滯后等原因外，最重要的一點(diǎn)是機(jī)床與刀具的技術(shù)含量不匹配，有相當(dāng)一部分生產(chǎn)企業(yè)還普遍地采用焊接式刀具用于數(shù)控機(jī)床加工，不講究“門當(dāng)戶對”、“好馬配好鞍”，致使先進(jìn)的機(jī)床配備落后的刀具，造成設(shè)備潛力沒有充分發(fā)揮出來，從而造成巨大的浪費(fèi)。因此，更新觀念，廣泛應(yīng)用先進(jìn)刀具已成當(dāng)務(wù)之急。在投資機(jī)床的同時(shí)，一定要配備相應(yīng)的刀具，才能保證設(shè)備的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，有效地提高生產(chǎn)率，從而獲取更大的利潤。

建國以來，我國刀具行業(yè)為機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展做了大量的工作，取得了很大的成績，但隨著切削加工速度的提高，難切削加工材料的大量使用，數(shù)控設(shè)備的普及，對切削加工刀具的要求越來越高。國產(chǎn)刀具在使用壽命、可靠性等方面都與國外發(fā)達(dá)國家存在明顯差距，無論是在產(chǎn)品的品種還是性能和質(zhì)量上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了我國制造業(yè)發(fā)展的需求。近年來，我國每年進(jìn)口刀具的金額增長率高達(dá)50%以上，這一事實(shí)值得我們認(rèn)真思考和努力改進(jìn)。

4 我國刀具技術(shù)發(fā)展展望

當(dāng)前應(yīng)用創(chuàng)新的切削工藝，采用先進(jìn)的刀具，適當(dāng)?shù)卦黾拥毒哔M(fèi)用的投入，提高加工效率和加工質(zhì)量，降低制造的整體成本，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和企業(yè)的競爭實(shí)力已成為工業(yè)發(fā)達(dá)國家機(jī)械加工企業(yè)的共識(shí)，也引起我國機(jī)械加工企業(yè)的關(guān)注。合理的刀具投入，可以成倍地提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，對于提升企業(yè)的競爭力是很值得的投資。制造業(yè)企業(yè)只有轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念，正確理解降低成本的實(shí)質(zhì)，克服片面控制刀具費(fèi)用的做法。因此，從刀具應(yīng)用技術(shù)入手，提高企業(yè)切削刀具的應(yīng)用水平，在我國具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。國內(nèi)刀具企業(yè)應(yīng)轉(zhuǎn)變觀念，提高市場意識(shí)、品牌意識(shí)，抓住機(jī)遇，加快自身的技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)改造力度，加大研發(fā)力度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、優(yōu)良的服務(wù)贏得客戶的信任，以先進(jìn)的切削刀具、新型的刀具材料和涂層技術(shù)不斷滿足機(jī)械制造業(yè)的需求。只有這樣，國內(nèi)刀具企業(yè)才能在激烈的市場競爭中確定自己的優(yōu)勢，贏得更多的市場份額。

[1] 桂育鵬.展望我國切削加工與刀具技術(shù)的發(fā)展趨勢[J].數(shù)控機(jī)床市場.2005,(10):35-41.

[2] 趙炳楨.重視刀具應(yīng)用技術(shù),提高切削加工效率[J].航空制造技術(shù).2005,(7):38-40.