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高速加工刀具的選擇與管理

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發表于 2015-7-25 20:08:34 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

高速加工（High Speed Machining，簡稱HSM），通常指的是在合理的速度和較高的表面進給速度下進行的加工。例如，在發動機鋁缸體、缸蓋的加工中，材料去除率很高，這種加工就是我們所說的高速加工。高速加工能使我們以盡量短的時間加工出質量合格的零件，提高一個企業的市場反應能力。因此，高速加工越來越受到制造業的關注，尤其以企業新建的工程為主，他們在建設新工廠、新項目、生產線改造時，優先考慮高效加工方式，即順應行業高速加工發展趨勢，又滿足生產線精益生產要求，有效降低制造成本，使生產的產品有競爭力。
高速加工是一個系統工程，它需要各個方面的配合以形成完整的高速切削加工。
在各環節中，除高速加工機床對整個工藝過程起著決定性作用外，刀具也是高速加工中非常重要的一個因素，因此，刀具的選擇與管理就非常重要，需要在實施中慎重考慮和精心策劃。
一、刀具的選擇
為了保證加工中設備效率與生產線節拍平衡，就需要考慮合適的刀具與生產線中的設備匹配。因而，刀具選用的合理與否將直接影響工件質量和加工效率，因此，刀具的選擇應從以下幾方面進行：
1.加工設備
首先是了解加工設備的性能，只有了解了設備的性能，才能選用合適的刀具來匹配，否則，不管單獨選擇設備或者刀具，其效率都不能發揮出來。近年來的相關資料都表明，一把價值幾萬元的刀具，有可能影響一臺價值幾百萬元的設備效率的發揮。規劃過程中，對刀具的設計和安排在很大程度上決定了生產階段的制造成本和刀具費用。
2.刀具材質
制造技術的高速發展，對切削刀具的要求越來越高。為適應高速切削的要求，新材料刀具已經被廣泛使用。新材料刀具的使用使切削效率大大提高，高鈷、高釩、高性能、高速鋼刀具的耐用度可比普通高速鋼提高1.5-3倍，粉末冶金高速鋼的強度可提高20%-30%，韌性提高1.5-2倍，并且可靠性比普通高速鋼明顯提高，而CBN（立方晶氮化硼）、PCD（聚晶金剛石）刀具和陶瓷刀具等代表當今技術發展水平的超硬刀具，切削速度可比硬質合金提高數倍，大大提高加工效率。
3.刀具刀柄
刀具刀柄隨著切削速度的提高，主軸/刀柄聯接性能在離心力的作用下發生很大變化，直接影響工件的加工精度和表面粗糙度，因此，適應數控機床和高速加工需要的刀具夾持及其與機床的連接件，如HSK刀柄、熱套刀柄、液壓刀柄等以及其他新型刀柄被廣泛應用。
4.刀具結構方式
為提高生產效率和減少換刀時間，在汽車零部件的加工中，越來越多地使用了各種復合刀具，如鉆鏜復合、鉆鉸復合、鉆孔和螺紋加工復合等各類復合刀具。結構復雜的展開式刀具滿足了很多特殊的加工要求，有些刀具甚至已發展成機、電、液一體化的裝置，已遠遠超越了傳統的刀具的概念；由于動力總成加工中大量采用的是流水生產，上道工序的生產直接影響到下道工序的生產，而為了提高生產效率和降低生產成本，又采用了大量的組合式刀具及由此引起的非標刀具。
5.刀具的成本
刀具消耗量與很多因素有關，需要具體情況具體分析。在看總的刀具消耗費用的同時，更重要的是看單件加工產品消耗的刀具成本。不僅要看直接的刀具成本，更要看刀具對生產效率的影響及其引起的總的制造成本的變化。新刀的性能、壽命及其采購價格對刀具費用的影響非常大，而可重磨刀具的數量、重磨次數及修磨費用高低，對刀具的總成本也有著顯著的影響；因此，需要考慮一次性設備和刀具投資與長期性刀具消耗費用之間的關系，需要綜合考慮和平衡。
6.工藝方法
為了充分發揮高效率柔性線的作用，刀具對工藝提出了許多新的要求，如盡量考慮同一種刀具能更多地完成同一工件不同工序的加工，努力減少刀具庫存量，限制換刀頻率，降低制造成本等；同時，還要針對一些工藝難點，設計專用刀具、復合刀具或智能刀具，以解決加工精度和加工效率之間的問題。
7.刀具供應商
刀具的選用包括刀具供應商的確定。由于切削加工是一個系統問題，工藝的變化、機床、夾具、切削液、切削參數都對刀具的壽命有著顯著的影響，而影響加工性能的刀具本身的結構形式、刀具的材料、表面涂層等的確定又與工藝、切削參數、切削液等緊密相連。選用的刀具都必須經過切削試驗，經過切削試驗后確定選用的刀具及其供應商；同時現代汽車制造業還要求刀具供應商不僅能提供切削加工整體解決方案，并能提供及時有效的現場技術支持，形成與汽車制造企業的一種合作伙伴關系。
二、刀具的管理
切削方式采用了高速、高效加工，理論上應能提高生產效率，但對于實行了流水作業的生產線來說，能否真正達到生產效率的提高，就需要對生產線的刀具進行科學的管理。
為確保生產線能及時得到符合要求的、數量足夠的、性價比優異的刀具，必須對刀具的維護和保養、預調整和檢測、刀具壽命等方面實施有效控制。當發生加工問題或刀具問題時，生產線得到快速的響應和支持，迅速分析和解決出現的問題，以使生產正常進行，將各種損失降低到最低限度，因此，刀具的管理從以下幾方面進行：
1.刀具耐用度及換刀頻次高低、換刀時間長短
以上因素直接影響機床開動率，需合理設定刀具的壽命，并對換刀時間進行嚴格控制，需要考慮如何在換一臺機床上的各把刀時，使生產線設備的停機時間最少，同時，要考慮刀具磨損到何種程度時進行換刀能獲得較好的刃磨效果以及最長的刀具壽命。
2.生產線上的瓶頸設備
要控制生產線上各臺設備的效率，通過工作使其達到同樣的效率，否則，高速加工帶來的高效率，由于生產線上某些設備的瓶頸效應，仍然不能實現。
3.刀具的預調整和檢測
高效加工刀具的預調整和檢測極為重要，調刀一次合格率對生產效率的影響很大，因此，需要考慮要有完善的系統和一系列的管理來確保生產線及時得到符合要求的、數量足夠的刀具，并在發生加工問題或刀具問題時得到快速的響應和支持，迅速分析和解決出現的問題，以使生產正常進行。
4.刀具非正常消耗的預防和控制
加強對刀具非正常消耗的預防和控制，設法控制有可能造成刀具非正常消耗的各個變量，如工件的毛坯質量、機床的穩定運行、切削液的質量、刀具及其涂層的質量穩定性和一致性等，要采取各種必要有效的控制手段和預防措施。
5.刀具的保養和維護
建立類似于設備維護保養那樣的刀具維護保養制度，定期對結構復雜的刀具進行拆檢、清洗、潤滑等工作，進行預防性維護保養。

刀具

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