金屬切削水平研究論文

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摘要：本文對應用切削技術提高加工效率進行系統論述，從組織機構、推廣應用工作體系、等方面闡述了提高刀具應用水平的措施。

1、前言

中國刀協在第一屆先進切削技術高層論壇確立了“發展切削技術、建設制造強國”的奮斗目標，并于次年在全國刀協工作會議上提出了“以提高效率為中心、開展中國刀協20工程”的號召。時經三年，我國機械行業在研發和推廣應用先進高效刀具，解決加工難題，提高切削效率和降低制造成本等方面取得了非凡的成效。東方汽輪機廠作為我國電力設備龍頭企業之一，在產值產能上也有較大的提升。04年產值近30億，05年產值逾60億，而今年工廠產值產量又將實現歷史性突破。這幾年工廠有什么不同呢？——那就是優化生產管理，提升加工能力。

2、應用高效刀具是提高生產效率不可代替的手段

近年東方汽輪機廠為適應高速發展的需要，引進大量先進數控金切設備，包括增建葉片加工中心、建立汽輪機中小件數控設備機群、添置超大規格重型數控設備，在三年左右時間設備總投資逾二十億。金切設備的更新為先進高效刀具的廣泛應用起到了極大的推動作用。

同時，工廠也非常重視先進刀具的應用，特別是在數控加工中提倡采用先進高效刀具提高機床產能。在數控加工的帶動下，許多普通機床也大量應用了先進適用的刀具，加工效率也得到了較大提高，比如用普通機床加工汽輪機隔板，在采用了可轉位數控刀具后切削效率提高了50%以上，返修率降低1倍。在汽封圈和轉子的普通車削加工中90%采用了可轉位刀具（包括自主開發的高效專用刀具），加工效率和質量都有較大程度的提高。在螺紋攻絲中推廣應用一錐成高效絲錐，螺孔加工效率提高4倍以上，刀具費用降低70%。目前先進高效刀具已在工廠汽輪機零件金屬切削加工中廣泛應用，小到一個螺栓，大到加工汽輪機轉子、汽缸，這些先進適用的刀具在生產中發揮了重要作用。在關鍵數控設備、關鍵工序加工中以進口刀具為主，在普通加工工序及一般數控設備優先選用國產數控刀具。數控刀具占總費用的比例由2003年的1.2%提高到05年的2%。而05年在職工人數略有下降的情況下，生產總值比03年提高了一倍。實踐告訴我們，僅僅依靠先進設備提高金切效率是不夠的，一定要加大高效刀具的應用。

3、開展系統性工作，提高刀具應用水平

有了先進高效刀具在手，并不意味著提高產品的加工效率就得到了保障。刀具應用合理性由機床、工件和人等因素決定。作為一個系統工程，要正確認識刀具、機床、工件、人四個因素的相互關系，最大限度提高加工效率和質量，降低生產成本。

目前刀具產品跨入一個高速發展時期，許多知名刀具品牌僅隔兩年左右就推出升級換代的產品，為刀具用戶提供了豐富的市場資源。新的刀具產品如何有效地適應各種復雜切削加工狀態的需要，不僅是對刀具廠商產品性能的又一次提升，也是刀具用戶企業降本增效十分重要的環節。開展刀具創新和應用的系統性研究，最大限度發揮刀具切削性能對供求雙方都有著重要的意義。

工廠在全面推進數控刀具應用之初就充分認識到，刀具配置及選用的合理與否將直接影響產品的加工效率和質量，并在全廠上下達成了共識。工廠為此建立相關制度對新刀具進行規范性切削試驗，為刀具的合理應用儲備技術參數。充分發揮先進高效刀具的作用，需從刀具的選擇配置到現場使用的全過程給予高度重視，并組織專業人員進行系統性研究。

3.1加強刀具系統研究，合理配置先進刀具

高性能數控機床是現代制造業不可缺少的硬件設施，不過“好馬配好鞍”是經久不變的真理。一臺汽輪機包括十余萬個零件的不同加工要求，在刀具配置方面要分析零件結構特點和各車間加工模式，既要滿足各車間的生產要求又要考慮全廠內的互補性和統一性，在滿足切削效率和產品質量的前提下，降低刀具費用，提高刀具系統的性價比。

在設計刀具配置方案時，要深入研究加工產品工藝性、機床-工件工藝系統條件以及當前生產中刀具應用情況。

第一，分析機床結構、功能技術條件，合理匹配機床刀具系統。

仔細分析了機床結構技術參數和生產中刀具應用情況，合理配置刀具系統。用最少的費用達到刀具與機床的最佳匹配。

第二，明確機床加工對象及要求。

機床生產任務是配刀工作的前提，在滿足生產要求的條件下達到最經濟的刀具配置。

如果機床加工產品是單一的或批量性生產模式，要強調刀具的專用性，例如可配置組合刀具，以提高刀具的切削效率；如果機床生產任務復雜，產品變化大，須強調刀具的多功能性，例如可配置多功能刀具或模塊化刀具系統，盡量減少停機時間，提高機床機動性。

第三，研究工件材料和工藝特點

按最新切削材料分組標準，工件材料被分為P、M、K、H、S、N六類，不同分類材料需用相應的切削刀具牌號，汽輪機零件材料類型復雜，對刀具材料牌號的選擇有更多的要求，工廠對此進行了長期的切削研究，本文不作專門闡述。

另外工件的結構剛性、被加工面的間斷性及不對稱性、復雜箱體類工件被加工面的位置結構等特點對刀具選配也有相應要求。在選擇標準產品不能滿足加工要求時，或者標準產品配置較復雜時可適當設計專用刀具。

第四、科學利用現有資源，重視刀具配置的系統性

刀具配置不是一個孤立的技術工作，應充分考慮刀具應用現狀，以提高刀具系統的通用性，降低刀具配置費用，便于刀具管理。如果重新配置一套新的刀具系統，可能會增加大量的刀具費用。請看下面例子，工廠在為11臺新引進的大型數控鏜銑床配刀時，預算刀具費用約3000余萬。后來經充分分析現有刀具資源，并考慮刀具系統的通用性，總的刀具配置僅1000多萬。節約刀具配置費用60%。

第五、優先選用國產品牌，共助民族工業騰飛

隨著我國機械制造業的騰飛，國內工具廠的產品水平也有了較大的提升，株硬、成量集團等一些國內知名工具制造企業在引進先進設備和工藝技術的基礎上，加大了產品研發力度，近幾年生產出了許多具有國際水平的刀具產品，我廠在普通車削和銑削加工中國產刀具的應用呈上升趨勢。05年工廠國產工具約2000萬，是上年度的兩倍多。

3.2重視現場服務，促進刀具的合理使用

產品生產是一個動態過程，切削刀具現場應用情況復雜，刀具應用的合理性與工件材料情況、工件結構狀態、機床條件、加工質量要求、生產進度要求、職工技術素質等許多因素有關密切關系，在加工中要不斷調整刀具使用參數或更換刀具才能達到理想效果。因此，從技術準備、新刀具切削試驗、刀具配置、刀具采購、刀具預調與管理、刀具應用的整個過程，須對每個環節的信息作出正確的反饋及處理。這是刀具推廣工作中不可忽視的工作內容之一。特別是刀具的現場應用情況，相關人員都要及時地準確掌握。對刀具使用方法的問題給予及時糾正，對刀具選擇上的問題給予及時更換。比如，車間在加工一個高溫合金件時，操作工仍按常規材料的方法切削，結果一個班消耗了40片刀片，而僅加工出幾個工件，車間向技術部門反映刀具選擇存在問題，要求更換刀具，但刀具工程師到現場了解到實際情況后，對其加工方法進行糾正，結果一個班就完成了幾十件加工任務，刀片消耗僅10片。類似刀具應用方面的問題在生產中隨時都可能發生，工藝技術人員、刀具工程師、作為主力軍，隨時都要在生產現場進行指導和服務。

3.3加強刀具應用技術的針對性崗位培訓

知識爆炸時代，產品技術更新周期越來越短，以刀具產品為例，從硬質合金刀具產生到可轉位刀具產品問世，經歷了二十余年時間，到二十一世紀，幾乎每過兩、三年就會有全新刀具產品問世。作為刀具用戶企業，需要及時掌握最新的刀具產品信息和最新的切削加工理念。這些工作不僅僅是工藝技術人員或刀具工程師的事，相關管理人員，技術主管、機床操作工，甚至相關行政領導也需要一定程度上的學習，了解先進刀具對提高生產效率、降低生產成本的作用。刀具應用技術的培訓教育應是一項長抓不懈的工作，“請進來、派出去、開展專項技術培訓”是提高企業刀具應用技術水平不可缺少的方針。

為了提高工廠各方面對先進高效工具的認識，工廠每年都會有計劃地組織20次以上的各種形式的工具技術講座與培訓，培訓方式包括：

第一、定期組織的切削工具和手動工具應用技術培訓；

第二、難加工材料及特種加工工藝等專項加工技術培訓；

第三、數控編程與刀具應用技術培訓；

第四、針對各工種機床操作人員組織專項刀具應用培訓；

第五、針對加工中的技術質量問題組織相關人員進行交流；

第六、先進工具現場演示與應用技術交流；

第七、切削加工技能比賽。

4、做好前期刀具技術工作，提高新產品開發效率

4.1加強刀具應用技術研究，優化產品加工切削參數

技術創新是“科學發展觀”的重要內容之一。在工廠“四電并舉”（火電、氣電、核電、風電）的創新戰略實施過程中，新材料、新結構對我們的加工水平提出新的考驗。新的加工難題解決的好壞將直接影響新產品的研發周期和產品制造質量。加工工藝上的問題必須在生產之前給予解決。比如，工廠在短短的五年時間，因新產品的開發工作，新增加了十余種加工難度較高的金屬材料和許多特殊的工件結構，用現有的刀具和加工工藝方法是難以完成的。據統計，高溫合金、高強度不銹鋼等新的難加工材料牌號近二十種，工廠為此組織了大量的人力進行了前期專項技術攻關工作。

4.1.1數控化改造和新的高效刀具應用，打破了傳統的切削加工方式，在新的加工條件下，需根據機床、刀具、材料的變化進行切削研究，優化切削參數。在汽輪機葉片加工中心投入使用初期加工某葉片需要20小時以上，經過改進數控程序和優化刀具切削參數，在機床、刀具、工件不變的條件下，該葉片加工時間縮短到10小時以內。

4.1.2根據工廠新產品研發戰略，展開對難加工材料或其它新材料切削性能的研究。針對大功率、高參數汽輪機、燃機的研發規劃，組織材料及工藝研究部門，對高溫合金、高強度不銹鋼等材料進行切削性能試驗研究，在新產品投產之前基本掌握切削加工性能，推動新產品生產的順利進行。

4.1.3加強切削加工的冷卻與潤滑技術研究，工廠設有專職崗位，研究切削液應用技術，近期工廠又投資研究低溫風冷切削技術，經初步試驗，已取得不錯的效果。

4.1.4積極開展刀具國產化工作，推動民族刀具工業的發展。根據產品特點聯合國內刀具企業開發先進刀具。如在轉子復雜型面的加工中與國內企業合作開發了一系列切槽刀具，還自行研發了高精度樅樹型銑刀，為工廠節約大量刀具費用。

工廠正在論證建立新的工藝切削試驗研究室，對切削技術開展專門研究。通過前期技術研究，基本掌握產品材料和結構的加工性能，優化切削參數，獲取第一手資料，用以指導新產品、新材料的切削加工。

4.2新刀具應用試驗

高的生產效率是建立在技術不斷推陳出新的基礎上的。制造企業要加強對新的刀具產品的關注，并對其進行切削試驗和生產應用試驗，結合自身的產品特點在生產過程中切實有效地推廣新型高效的切削刀具。這是推進工廠切削水平和刀具管理的一個重要環節。

在一個車間使用效果好的刀具及使用方法，也要向其它車間推廣應用，逐漸淘汰不適應的切削刀具。

5、建立健全新技術推廣體系，促進切削技術水平持續提高

5.1建立推廣工作體系，保障新技術推廣工作順利開展

5.1.1工廠領導高度重視，將其作為工廠日常技術工作。總工程師高度關注先進高效工具的使用情況，對高效工具推廣年度工作總結進行審閱，對所取得的推廣成果給予肯定。

5.1.2副總工程師、總工藝師直接主抓技術推廣工作，安排具體推廣任務，檢查技術推廣日常工作情況。生產分廠與工藝技術處室有兼職新技術推廣人員，分管領導抓本部門的技術推廣工作。

5.1.3制造技術處下設技術推廣職能組，專職負責全廠范圍組織、實施、協調并落實各項推廣工作。專職技術推廣員由副主任工程師、高級工程師、工程師各一名組成，均為從事刀具技術工作多年的技術人員，技術力量較強，經驗豐富。

5.1.4以技術推廣組為歸口部門，建立工廠技術推廣網，均由各生產技術部門的技術人員組成。推廣網成員作為工廠新技術推廣工作骨干，在全廠范圍開展以高效切削技術為主的新技術推廣應用工作。

5.1.5從資金上給予支持，保證新技術推廣工作的順利開展。包括設立專項資金保證推廣工作所需費用；建立新產品試制費，針對工藝改進與研究工作采購小批高效工具，為生產作好技術儲備。

5.1.6技術推廣工作采取項目管理制度專人負責組織實施。推廣項目的提出包括：產品研發有關的新工藝；技術準備、工藝改進項目；生產現場臨時提出的問題；進口刀具國產化。

5.1.7技術推廣工作與工廠合建成果、工藝試驗成果、科協金橋工程、科研成果等廠內成果評定相結合給予獎勵。對較重大的刀具技術成果獎勵金額高達萬元以上。

5.2調查研究，收集刀具應用信息，提高工廠刀具應用總體水平

刀具應用是一項實踐性很強的技術，工廠要組織相關人員深入生產準確了解刀具應用實際情況，同時也要收集廠外有關刀具產品及其相關信息，為切削加工中類似加工問題的有效解決提供快捷措施。

組織刀具專業技術人才，對新的刀具產品進行應用試驗，掌握刀具市場新產品信息，有針對地推廣先進適用刀具。

對生產中的先進刀具或其它新技術應用成果進行匯總，總結經驗促進刀具應用水平的提高。

組織專業刀具技術員深入現場，指導操作工正確應用數控刀具，對生產中出現的切削技術難題及時給予解決辦法。

5.3跟蹤服務，推廣先進刀具和應用經驗

刀具應用水平與各車間生產條件和職工技能有一定關系，各車間在刀具應用方面也會有一定的差異和各自的側重點，要作到工廠總體水平的提高，需在調查研究基礎上加強刀具服務，一是根據車間特點和加工難題推廣先進適用的刀具，二是將某車間成功的應用經驗推廣到其它車間，促進各車間刀具應用技術協調發展、共同進步。

6、更新刀具的應用理念，促進工廠快速發展

刀具費用僅占企業生產成本的1—5%，按3%的刀具費用計算，刀具費用下降30%也僅降低總生產成本的0.1%，不過刀具費用下降將犧牲產品加工效率。根據對工廠近兩年刀具應用情況的統計分析，在生產成本中增加1%的刀具費用，可提高生產效率20%以上，而機床運行成本等生產成本可降低15%。因此刀具費用的適當增加，不僅不會增加工廠的綜合成本，反而會大大增加生產效率和工廠的總體贏利能力。這些數據充分證明了先進切削刀具對提高生產能力的重要作用。我國機加工行業的刀具費用一般在總成本的1%左右，與國外相比切削水平還處在較低的層次。刀具推廣還有較大的提高空間。

綜上所述，應用先進高效刀具提高生產效率降低生產成本是企業上下都應引起重視的理念。我們的體會是：

6.1切削技術進步依賴于先進刀具和機床這兩個輪子。在提高職工技術素質前提下，使兩者達到最佳匹配，制造企業才能從切削技術的進步獲得最大經濟效益；

6.2跟蹤刀具新產品發展的方向，盡可能采用新的刀具產品，達到不斷提高產品生產效率的目的。

6.3加強刀具應用信息管理和切削技術服務，重視工廠切削技術的協調發展，促進刀具應用總體水平的的提高。

6.4重視高效加工技術的研究和推廣。實踐證明，機床、刀具的純切削時間僅占機床總運行時間的30—50%。實現高效加工是一個系統技術問題，刀具的制造商和刀具用戶應從刀具系統創新、切削參數優化、工藝流程優化、數控程序優化、減少換刀時間和工件裝卸時間等方面進行系統研究。最終達到減少停機時間、提高加工效率的目的。