刀具技術在現代制造中的作用分析

汪哲能

（衡陽財經工業(yè)職業(yè)技術學院 機械工程系，衡陽 421002）

0 引言

當今世界正處在先進制造技術快速發(fā)展的時期。隨著數控機床的問世，現代制造業(yè)發(fā)展了一系列的數控加工技術，如加工中心（MC）、柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）、并聯機床等。這些技術與高速加工技術、刀具技術、切削加工工藝緊密結合，使機械加工中的勞動強度大大降低，輔助時間大大縮短，產品質量和生產效率大大提高，對制造業(yè)乃至全球經濟的發(fā)展起到巨大的推動作用。目前切削加工約占整個機械加工工作量的90%，現代切削技術是制造技術的主力軍之一，切削加工（含磨削）在整個21世紀仍是機械制造業(yè)的主導加工方法。作為切削加工中重要的基礎工藝裝備，刀具技術對現代制造的發(fā)展起著至關重要的作用。

1 刀具在切削加工中的重要性

在機械加工中，金屬切削機床和刀具是切削加工的基礎工藝裝備。目前切削機床不斷更新換代，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，其主軸轉速可達10000～50000/min，有的甚至可達150000r/min。采用滾珠絲杠的進給機構其速度可達40～60m/min，直線電機可達90～120m/min，精密數控加工中心的加工加速度可以達到2g（g為重力加速度）。切削機床的快速發(fā)展為現代制造業(yè)的發(fā)展提供了基本的前提和技術保障，但無論是什么樣的金屬切削機床，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。刀具性能和質量直接影響到切削機床生產效率的高低和加工質量的好壞，直接影響到整個機械制造業(yè)的生產技術水平和經濟效益。

正因為如此，國外制造業(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行了生動而深刻的描述。如一根20萬千瓦發(fā)電機轉子軸，其凈重為30噸，而其鍛件毛坯達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。國際上一位切削與機床方面的權威專家對切削刀具的作用作了如下評價：“改進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。合理地選擇和應用現代切削刀具是降低生產成本，獲得主要經濟效益的關鍵?！泵绹腘?茲拉丁曾說過：“一臺價值25萬美元的NC機床，其效率的發(fā)揮在很大程度上取決于一把價值30美元立銑刀的性能”。

2 刀具在制造中的成本分析

隨著現代科技水平的提高，設備更新換代速度越來越加快，目前更新換代的速度可達10～15年更換一代。要在這樣短的時間內賺回設備投資并創(chuàng)造利潤，必須充分挖掘刀具的潛力。據有關資料分析：刀具費用占制造成本的2.4～4%，但它卻直接影響占制造成本中20%的機床費用和38%的人工費用。

還有一種算法是機床與刀具投入比為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行經濟分析指出：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格降低30%，企業(yè)只節(jié)省了1%的零件成本；如果購進了較好的刀具，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（假設提高20%），那么就能節(jié)省15%的零件成本。至今，這個理論已經被很多切削加工的實例所證實。

有資料曾就采用不同的刀具進行加工做過一個比較：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巨大的。

3 我國刀具技術現狀分析

大力發(fā)展數控加工技術及裝備，已成為世界各國政府的戰(zhàn)略決策，用數控裝備武裝現代工業(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，機床總產量和技術水平已邁入世界第一方陣，機床的進口消費量近年已達世界之首，我國已跨入世界制造大國之列，但還不是制造強國。其中我國目前制造業(yè)的勞動生產率只相當于美國的1/23，日本的1/25，德國的1/18，與先進的工業(yè)國家相比，還存在著巨大差距。

工業(yè)發(fā)達國家的數控機床在兩班制工作條件下開動率達到60～70%，而我國國內許多企業(yè)往往只能達到20～30%，造成我國數控機床使用率低的原因是多方面的，除了設備配備不合理、技術人員綜合素質有待提高、數控機床的工作環(huán)境差、生產技術準備工作滯后等原因外，最重要的一點是機床與刀具的技術含量不匹配，有相當一部分生產企業(yè)還普遍地采用焊接式刀具用于數控機床加工，不講究“門當戶對”、“好馬配好鞍”，致使先進的機床配備落后的刀具，造成設備潛力沒有充分發(fā)揮出來，從而造成巨大的浪費。因此，更新觀念，廣泛應用先進刀具已成當務之急。在投資機床的同時，一定要配備相應的刀具，才能保證設備的高效運轉，有效地提高生產率，從而獲取更大的利潤。

建國以來，我國刀具行業(yè)為機械制造業(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，數控設備的普及，對切削加工刀具的要求越來越高。國產刀具在使用壽命、可靠性等方面都與國外發(fā)達國家存在明顯差距，無論是在產品的品種還是性能和質量上都遠遠滿足不了我國制造業(yè)發(fā)展的需求。近年來，我國每年進口刀具的金額增長率高達50%以上，這一事實值得我們認真思考和努力改進。

4 我國刀具技術發(fā)展展望

當前應用創(chuàng)新的切削工藝，采用先進的刀具，適當地增加刀具費用的投入，提高加工效率和加工質量，降低制造的整體成本，從而提高勞動生產率和企業(yè)的競爭實力已成為工業(yè)發(fā)達國家機械加工企業(yè)的共識，也引起我國機械加工企業(yè)的關注。合理的刀具投入，可以成倍地提高生產率和產品質量，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)只有轉變傳統(tǒng)觀念，正確理解降低成本的實質，克服片面控制刀具費用的做法。因此，從刀具應用技術入手，提高企業(yè)切削刀具的應用水平，在我國具有重要的現實意義。國內刀具企業(yè)應轉變觀念，提高市場意識、品牌意識，抓住機遇，加快自身的技術創(chuàng)新、技術改造力度，加大研發(fā)力度，提高產品質量，以優(yōu)質的產品、優(yōu)良的服務贏得客戶的信任，以先進的切削刀具、新型的刀具材料和涂層技術不斷滿足機械制造業(yè)的需求。只有這樣，國內刀具企業(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的發(fā)展趨勢[J].數控機床市場.2005,(10):35-41.

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