1、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。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，所以我把它獨立出 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，但安全常常是第一位的。一旦有飛機 失事后，許多人會慎重考慮是否真的繼續選擇

2、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，追求效率有我們的一些約 束條件。一個零件的加工效率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，會吃力不討好的。就像上海到北京的火車，現在在晚上 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。因為列車員都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

3、也是如此，尤其在流水線生產的條件下更 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

4、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的比例 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 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

5、成本1%左右一一因為刀具總成本只是占到制造成 本的4%,但如果提高20%的加工參數，大約可以降低15%的制造成本一一 雖然如果提高的是切削速度 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。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銃刀進行加

6、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因素。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

7、原則， 即首先保證加工的尺寸精度、表面粗糙度和表面質量。現在典型的一種以保證精度為優先考慮的刀具被國外許多刀具廠商所青 睞，這就是接近完美 90。主偏角的立銃刀。我們從數學上可以得出，如果 用一個平面（對于刀具是前刀面）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。但這時刀刃受力通常不理想，我們常常需 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

8、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：肯納金屬的被稱為 Mill 1 ,山特維克可樂滿的被稱為 R390,而瓦爾特 的則被稱為F4042。這些刀具的本質都是一樣的，他們用一段曲線形的切 削刃來構筑接近完美的圓柱面。雖說不同直徑的銃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

9、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。車削上的Wiper刀片和鋁合金鉆孔的三刃鉆（如肯納的TF鉆）都是這樣的例子。圖1是Wiper刀片例子。紅色線條為傳統刀片，藍色刀片為 Wiper刀片, 如果我們采用相同的進給量（如0.05mm）,傳統刀片加工的表面粗糙度比 Wiper刀片的高到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月在辦州舉行的高速加工國際研討會(ICHSM, InternationalConference 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，如圖2(黑色是鉆芯軌跡紅色與藍色分別是兩個鉆尖拐角的軌跡即削刃1切酊刃2鉆芯而如果鉆芯不對稱，則會形成非圓的形狀，