高速加工中心的使用使金屬加工踏上了高速之路，但能否行之有效，還要看刀具的選擇，因為刀具是實(shí)現高速切削的基本、有效和活躍的因素。我們接觸了世界著(zhù)名刀具廠(chǎng)家，研究了發(fā)達國家平均刀具費用和生產(chǎn)成本等各種相關(guān)資料，發(fā)現降低30％的刀具費用，可降低1％的單件生產(chǎn)成本；提高50％的刀具壽命，可降低1％的生產(chǎn)成本；而提高20％的加工效率，則可降低15％的生產(chǎn)成本。這充分說(shuō)明利用現代切削技術(shù)，選擇高速且效率高的刀具，充分發(fā)揮機床的性能和效率，實(shí)現高速切削，才是加工中心柔性生產(chǎn)線(xiàn)組織生產(chǎn)提高效率、降低生產(chǎn)成本的正確之路。

先進(jìn)刀具特性

加工中心采用的高速刀具除應具備一般刀具應具備的良好的硬度和耐磨性、高的強度和韌性等性能外，還應該具備：

1. 更高的可靠性——切削穩定，質(zhì)量一致，換刀次數少，壽命長(cháng)。

2. 更高的安裝精度和重復定位精度，好的互換性和快換性。

3. 系列化、標準化和通用化，盡量采用機夾可傳位刀具和多功能復合刀具。

4. 良好的斷屑、卷屑和排屑性能，確保切屑不纏繞在刀具和工件上，不破壞已加工表面，不妨礙切削液的澆注。

可供高速加工中心選擇的刀具品種很多，下面幾種材料的刀具是常用的刀具：

1. 陶瓷刀具具有硬度高、耐磨性好、耐熱性和化學(xué)穩定性?xún)?yōu)良的特點(diǎn)，加工中不易與金屬粘接，在數控加工中獲得廣泛應用；其中氧化鋁基陶瓷刀具適用于碳鋼、合金鋼和鑄鐵材料的加工；氮化硅基陶瓷刀具更適用于合金鑄鐵、冷硬鑄鐵等高硬材料的加工，切削速度可達500～1000m/min。

2. 聚晶金剛石（PCD）刀具加工鋁及鋁合金材料有極高的壽命和良好的精度，切削速度可達1000～4000m/min，美國波音公司高速銑削鋁合金切削速度已高達5000～7500m/min。與PCD相比，CVD金剛石刀具硬度更高、耐磨性更好、摩擦系數更小、化學(xué)穩定性和熱穩定性更強，壽命較PCD長(cháng)2～3倍，缺點(diǎn)是韌性不如PCD。CVD金剛石刀具被認為是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機產(chǎn)品加工中應用前景廣闊的新一代刀具材料，尤其是鋁及鋁合金材料的加工。

3. 立方氮化硼（CBN）、聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具材料，同PCD、VCD相比有更高的熱穩定性和優(yōu)良的化學(xué)穩定性，在1 200～1 300℃環(huán)境下也不與鐵系材料發(fā)生反應；其硬度、耐磨性與金剛石接近，非常適用于加工鑄鐵和淬硬鋼，被加工材料的硬度越高越能體現立方氮化硼刀具的優(yōu)越性，由于在加工精度，切削效率，刀具壽命等各方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性，立方氮化硼、聚晶立方氮化硼刀具材料越來(lái)越受到世界各國的重視。

4. 涂層刀具，按涂層方法不同可分為CVD和PVD涂層刀具，根據涂層材料的性質(zhì)又分為“硬”涂層刀具和“軟”涂層刀具，根據基體材料不同可分為硬質(zhì)合金涂層刀具、高速鋼涂層刀具及陶瓷和超硬材料涂層刀具，又開(kāi)發(fā)了納米涂層刀具。涂層刀具可以靈活地選擇基體材料和涂層材料使刀具獲得需要的性能，提高加工效率、改善加工精度、延長(cháng)刀具壽命和降低加工成本。

刀具應用案例

近年來(lái)，長(cháng)城公司轎車(chē)發(fā)動(dòng)機廠(chǎng)采用世界著(zhù)名機床廠(chǎng)家的高速、高 效加工中心組建了3條柔性機加生產(chǎn)線(xiàn)，與世界著(zhù)名刀具廠(chǎng)家美國肯納公司一起，結合所加工的產(chǎn)品精心選擇刀具，正在努力實(shí)現高速高 效切削。

1. KSCM-AluMill面銑刀

在缸體和缸蓋生產(chǎn)線(xiàn)，我們將肯納KSCM-AluMill面銑刀用于鋁合金缸體和缸蓋的平面銑削加工。此刀具由鋼制刀盤(pán)和鋁制刀體組成，在保證足夠剛性的前提下減輕了重量，而且雙金屬結構也減少了加工振動(dòng)。該刀具具有高金屬去除率、低加工毛刺及高加工效率等特點(diǎn)，非常適用于高速切削。KSCM-AluMill面銑刀有5種形式的刀夾，不同刀夾相互搭配用于粗銑和精銑，可達到不同的表面粗糙度，也可同時(shí)安裝粗銑和精銑刀夾，粗精加工一次完成，縮短加工時(shí)間，提高工作效率。

實(shí)際加工中我們選用了適用于加工低硅鋁合金，具有高耐磨性、高壽命的KD1415和KD1420兩種PCD切削材料刀夾。KD1415刀片硬度較高，適于加工余量均勻，硬度一致的表面，因此將其用于缸體、缸蓋上下和前后表面的精加工；KD1420刀夾，刀片韌性較好，適用于余量不均勻，硬度不一致的表面，將其用于粗加工。精加工后，缸體、缸蓋上下面、前后面等大平面的平面度誤差大不大于0.02mm，達到0.0034mm，平均平面度誤差不大于0.01mm，表面粗糙度低于Ra0.8，加工節拍滿(mǎn)足要求。KSCM-AluMill面銑刀更換刀夾時(shí)，僅做軸向調整，不需要徑向調整，具有調整方便、調整時(shí)間短和調整精度高的特點(diǎn)，在長(cháng)城公司實(shí)際使用時(shí)實(shí)現了軸向調整偏差不大于0.003mm，使切削負荷均勻分布到每個(gè)刀齒上，有效地延長(cháng)了刀具壽命。經(jīng)幾個(gè)月的試加工，KSCM-AluMill面銑刀鋁合金加工效果良好。

僅舉缸體頂、底面精銑為例，頂面精銑刀盤(pán)Φ100、Z12（9個(gè)精銑刀夾、3個(gè)修光刀夾），修光量0.008＋0.002mm，整體焊接PCD刀片；加工參數：V＝2500m/min，fz=0.12mm/z，Vf＝11.5m/min；精銑后實(shí)測試件，表面粗糙度Ra0.8，平面度誤差＜0.004，節拍滿(mǎn)足要求。底面精銑刀盤(pán)Φ200、Z24（18個(gè)精銑刀夾，6個(gè)修光刀夾），加工參數：V＝2500m/min，fz=0.12mm/z，Vf=14.3m/min；加工后實(shí)測試件，表面粗糙度Ra0.8，平面度＜0.004mm，節拍滿(mǎn)足要求。

2. 復合加工刀具

復合加工是提高加工效率的一個(gè)非常有效的手段，幾個(gè)加工內容用一把刀在一次加工中完成，減少了換刀次數，節約了輔助時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。階梯鉆是簡(jiǎn)單也是常見(jiàn)的一種復合加工刀具，帶倒角刃的鉆頭就是簡(jiǎn)單的階梯鉆。在缸體、缸蓋孔系加工中，孔口需要倒角的鉆孔加工都選用了這種簡(jiǎn)易階梯鉆，取得了良好的效果。例如，肯納直槽180°頂角TX階梯鉆頭，鉆孔時(shí)徑向力幾乎為零，4條直線(xiàn)刃帶沿圓周對稱(chēng)分布，導向性好，兼具修光作用，使鉆孔的直線(xiàn)度和位置度得到大幅提高。缸體和缸蓋孔系加工中，選用的另一種復合鉆頭是圓周均布3個(gè)切削刃的TF鉆頭，它鉆芯比二刃鉆頭厚、強度高，彌補了硬質(zhì)合金韌性差的弱點(diǎn)；刀尖前端特殊形狀，可自動(dòng)定心，不需加工中心孔；切削刃多使每轉進(jìn)給量增大（切鋁時(shí)可達20m/min），強度高，可進(jìn)行高速切削（切鋁時(shí)高可達1000m/min），從而大幅度縮短了加工時(shí)間，提高了加工效率，尤其適于深孔加工，尺寸精度高可達H9，位置精度高可達±11μm，粗糙度Rz20～25。

在長(cháng)城曲軸生產(chǎn)線(xiàn)，選用了肯納整體硬質(zhì)合金SE階梯鉆頭，與普通高速鋼鉆頭相比有更高的鉆孔圓度，高速鋼鉆頭的鉆孔圓度高可達到20μm，而SE鉆頭的鉆孔圓度僅為前者的1/5。按照這一鉆孔形狀精度，我們完全可以考慮免去擴孔這一工序，在某種場(chǎng)合，甚至可以替代要求不高的鉸孔（譬如擠壓螺紋的螺紋底孔）。這種鉆頭的特點(diǎn)是橫刃修磨的較短，可減少軸向力近50％；鉆芯附近前角為正值，因此切削刃更鋒利；槽形為拋物線(xiàn)型，鉆芯厚度更大，鉆頭強度更高、剛性更強；有兩個(gè)噴油冷卻孔，冷卻條件好；圓弧形切削刃和排屑槽型布置合理，便于切屑斷裂成小塊順利排出。該鉆頭用于曲軸前后端鉆孔，效果良好。

3. 精密孔加工刀具

現代工業(yè)的飛速發(fā)展對孔的尺寸精度、幾何形狀及表面粗糙度提出了更高的要求，尤其是汽車(chē)工業(yè)，即要求高精度又要求大批量，因而迫切需要高 效率的精密孔加工刀具。金剛石鉸刀正是適應這種需要而發(fā)展起來(lái)的一種精密刀具。在缸蓋生產(chǎn)線(xiàn)導管和座圈底孔等工位，使用了肯納多刃整體焊接PCD鉸刀；缸體缸蓋定位孔的精加工，使用了肯納Bencere分體式可轉位PCD鉸刀，實(shí)現了高速切削，充分發(fā)揮了高速加工中心的性能，大大提高了加工效率?，F場(chǎng)實(shí)際抽測部分產(chǎn)品?8、?10和?13三組孔，尺寸變動(dòng)范圍在0.014之內，尺寸精度誤差不到公差的60％，平均誤差小于0.005mm，孔的表面粗糙度＜Ra0.8。

缸體曲軸孔精加工和缸蓋凸輪軸孔精加工使用了肯納Bencere QUATTRO-CUT刀具，4刃可轉位刀片安裝在高精度鋸齒狀刀窩中，尺寸精度控制在μ級。與傳統分體式可轉位刀具相比，QUATTRO-CUT刀具只需調整刀片徑向高度，不需要調整刀片背錐，縮短了調整時(shí)間。按抽測記錄，精鏜曲軸孔。尺寸精度加工誤差＜0.018mm，同軸度誤差＜0.016mm，誤差僅0.0021mm，粗糙度＜Ra1.6； 精鏜凸輪軸孔，同軸度誤差＜0.007，誤差為0.0014mm，圓度誤差＜0.002mm，位置度誤差＜0.063，誤差為0.0148mm，尺寸精度偏差＜0.018mm，偏差為0.0044mm。兩組孔的加工都能滿(mǎn)足節拍要求，試加工至今已累計生產(chǎn)幾百件，效果良好。

4. 缸孔和曲軸加工刀具

長(cháng)城公司缸體生產(chǎn)線(xiàn)上的缸體，缸孔鑲鑄鑄鐵缸套，缸孔粗加工是大余量的鑄鐵加工，需要刀具有高的強度和韌性，經(jīng)仔細斟酌使用了肯納Fix-Perfect刀具。Fix-Perfect刀具系統是一個(gè)不同正負角組合的產(chǎn)品系列，其特點(diǎn)在于：刀片負的徑向前角和正的軸向前角，正的軸向前角減小了軸向切削力，并且與負的徑向前角形成了很好的剪切作用，便于斷屑。正的軸向前角使切削力向著(zhù)主軸，使銑刀工作更穩定；而且，負的徑向前角能使切入工件的“沖擊點(diǎn)”離開(kāi)刀尖，對刀尖起保護作用。刀片立裝，刀刃的下部有較強的實(shí)體支承，增加了刀刃強度。Fix-Perfect刀具加工精度、表面粗糙度都不錯，惟一不足就是壽命太低。 在曲軸生產(chǎn)線(xiàn)上，主軸頸及前后端軸頸的加工全部使用了KM工具系統。KM工具系統由美國肯納金屬（Kennametal）公司及德國WIDIA公司聯(lián)合研制，其基本形狀與HSK很類(lèi)似，也是采用了1:10的空心短錐配合和雙面定位方式。其主要的差別在于夾緊機構的不同，KM刀柄是使用鋼球斜面鎖緊，夾緊時(shí)鋼球沿拉桿凹槽的斜面被推出，卡在刀柄上的鎖緊孔斜面上，將刀柄向主軸孔拉緊，刀柄產(chǎn)生彈性變形使刀柄端面與主軸端面貼緊。KM工具系統具有高剛度、高精度、快速裝夾和維護簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。試驗證實(shí)，KM刀柄的動(dòng)剛度比HSK系統更高。 在曲軸主軸頸、前后端軸頸的車(chē)削加工中使用了KC9315等涂層硬質(zhì)合金刀片，該刀片CVD復合涂層中有很厚的K-MTCVD氧化鋁層，抗磨損性能非常，厚的KMT CVD TiCN涂層確保了長(cháng)壽命，可以進(jìn)行高速連續切削或者輕微斷續切削，特別適合加工灰口鑄鐵或延展性鑄鐵。在曲軸加工中切削速度達到223m/min，節拍滿(mǎn)足要求，實(shí)現了高速、高 效加工。 結語(yǔ)

高速加工中心組成的生產(chǎn)線(xiàn)的高速、高 效切削，是一個(gè)系統工程，受機床、刀具、被加工材料、冷卻潤滑和切削參數等多種因素影響，只有大量地試驗、充分地采集數據，認真仔細地分析，不斷摸索規律，將各種因素進(jìn)行有效組合，才能獲得預期的加工效果。