随着中国汽车工业的高速发展，“高效加工”一时间成为了汽车人津津乐道的热门话题。然而，当我提起笔来真正开始策划“高效加工缔造卓越品质”论坛的时候，翻阅了众多的资料后，突然一个问题蹦将出来，何为高效加工？……带着诸多的疑问和困惑，我走访了来自装备供应商的专家们，现在，就让我们来听听装备供应商们是如果诠译“高效加工缔造卓越品质”的。

高速与高效

在通常情况下，“高效切削加工”的加工理念包含两个涵义，即“高速加工（HSC）”和“高效加工（HPC）”。不论如何，高效的加工技术是与以上这两种技术紧密相连的。“高速加工”的概念主要描述针对轻金属材料的加工，而“高效加工”在大部分情况下是针对钢或铸铁等材料的加工。我们一直都在努力将最佳的技术参数和柔性生产的概念结合起来。在斯达拉格海科特，我们更加致力于中小型系列产品的研发。传统形式的加工构造，如流水线，被广泛地应用于大批量生产中。

“高速加工”和“高效加工”的生产策略在很大程度上影响着加工工件的技术，从而也影响了机床的工程设计。对于“高速加工”理念中最主要的轻金属材料，节约加工时间的方法是增长的快移速度及加速度；在钢、铸铁等材料的加工（高效加工）中，通过高速方式实现的高效切削要求非常高的机床设计刚性。在“高速加工”机床上可以发现，去重、抗震、硬度和精密的排屑量都必须在设计中就考虑到，并且在实践中得以应用。

StarragHeckertGmbH Chemnitz厂长EberhardSchoppe 博士

机床的可靠性是客户对机床“总投资费用”的重要衡量标准之一。精密设计、尖端工程和刀具安装的综合设计使斯达拉格海科特机床的可靠性得以被认可。尖端的三维立体技术和工程理念都应用在每一台机床的设计中。在我们执行的程序中，有限元（FEM）和模式分析决定刚性，最后，在发展过程中和样机试切时确定整个系统的工程设计。在设计和发展过程中，所有的部件都进行了单独测试。同样，在系列生产中，哪怕是最小的部件都必须单独进行性能测试，测试时间最短为24h。为杜绝早期故障，最终产品也一样必须成功地完成长达72h的连续测试。斯达拉格海科特的每一款新机型都要经过严格透彻的工业测试，有时，客户会同我们一起在生产工厂内部进行这样的测试。

在过去的10年里，在刀具领域内，尤其是排屑量方面出现了几何式的跳跃发展。刀具的发展使我们清楚地认识到，市场需求决定了机床的发展方向。这就要求机床应该适应更高的工件加工主轴转速、更大的轴向进给力和更高的进给速度。当为客户配套刀具时，我们会综合考虑模具类型、客户要求的精度、生产量、特殊的加工要求，包括提供选择多家供应商和特殊工具生产商。

小批量生产的要求日趋渐强，随之引起了一系列特征的丧失，这必然要求越来越多的柔性制造，尤其是长期投资者，必须把“柔性”作为一个指导性因素去考虑。因此，刚性生产线越来越趋向于柔性制造系统。这样“灵活”的系统也很自然地包容了各种专机。

高效的柔性生产

国内的用户往往在认识上存在一个误区，即高效加工与柔性生产是一对矛盾的集合体。只有在刚性生产线上单一品种的大批量生产才能称之为“高效加工”，而对于多品种的混线生产线，“高效加工”就多多少少打了些折扣。

顾名思义，高效加工的含义就是加工效率高。就机床本身来讲，这其中自然也就包含了对控制系统、主轴运转速度、自动上料下料等系统的优化。同时，要实现机床的高速运转，高速主轴和直线电机的应用也成为了提高生产效率的一种技术手段。

GROB新推出的G系列加工中心是一种经济型的加工中心，主轴转速可达18000r/min。G系列加工中心的出现有效地缓解了专机和柔性加工中心这两种不同设备之间的矛盾。根据不同产品的不同产量，G系列加工中心的模块化设置有着多种组合供人们选择。G系列加工中心本身具有实现多主轴扩展的优越条件，即可实现大批量的生产，同时也可配置双主轴满足多品种小批量的共线生产。面对单一品种的大批量生产，G系列加工中心可选择A、B两轴；同时，根据产品加工实际需要，可实现三轴至五轴的联动。G系列加工中心在一台机床上能够实现两个或更多工件的加工。采用一个夹具两套刀盘，一次装夹2个或四个工件，同一主轴可完成2个工件的加工，而选用双主轴还可同时完成四个工件的加工。

格劳博技术开发（北京）有限公司总经理任宏志先生

G系列加工中心的维护费用相对较低。为了减少维护所发生的费用，G系列加工中心采用了模块式的组合，一样的床身，一样的滑台，这样就大大降低了维护费用，缩短了维护的时间。就控制系统而言，G系列加工中心可采用控制单元实现对几个加工单元的控制， 这也就降低了对控制系统的维护保养的时间，减少了费用。G系列加工中心的设计和使用充分体现了高效加工与柔性生产相结合的理念。模块控制的原理和标准化的机床配置为用户带来了极大的方便，有效地提高了生产效率。

无论高效率还是低效率的生产，设备的可靠性都是最为重要的。要保证产品周期，就必须要求设备在一定的时间内不能出现故障或保持极低的故障率。GROB公司在新设备投放市场前做了充足的可靠性试验，其机床的可靠性认证周期一般为一年到一年半。首先，机床要在工厂里运转一年，这里指的是每天24h不间断地运转。同时，我们还提供样机给用户无偿服务。通过不断地对设备加以改进，GROB有效地保证了设备的可靠性和稳定性。

但是，无论怎样的可靠性，问题的出现都是在所难免的，因此，只有好的服务才能促进好的销售。GROB为客户提供门对门的服务，提供给用户一年的设备生产支持时间。对于设备的关键性零部件，我们会建议用户备有充足的备件。在为用户提供机床设计的同时，我们会挑选几家刀具供应商根据机床的设计和产品加工工艺要求来完成刀具的设计，然后在机床上进行磨合试验。在交付使用之后，GROB还要在用户的工厂里进行为期一年的考核。在这期间，我们将继续配合用户发掘提高刀具使用寿命的办法，共同解决刀具在日常生产过程中出现的问题。作为机床供应商，GROB在确保设备运转正常的同时， 保证提供给客户最经济、最耐用的高品质刀具。同时，GROB还坚持另一个原则，我们推荐给用户的刀具供应商必须能够为用户提供良好的售后服务。

如果一个发动机厂一年要生产多个品种的发动机部件，混线生产就成为了必然。由G系列加工中心组成的生产线既能满足大批量的生产，也能实现多品种小批量的混线生产。高效加工与柔性生产并不矛盾，而关键是如何去正确理解高效加工和柔性生产。我相信，GROB的G系列加工中心就是这个问题的最佳答案之一。

高效的敏捷制造系统

高效加工要求机床具有更好的刚性、合理的刀库容量、合理的输出功率及扭矩，拥有完善的机床测量功能以保证其加工精度以及完善的机床自检和保护功能。针对汽车零部件的加工特点，机床还应有较广泛及合理的选项配置，如：带A轴、W轴，保留与自动化物流的接口，刀库可容纳大刀盘和长刀具等。另外，如果考虑生产线（机床）将来的扩展能力，在产量以及加工内容方面，如加工缸盖时增加第二火花塞孔、增加的阀门以及相关内容的加工，还要体现很大的柔性。CrossHüller公司单台机床上使用新工件转接板和简单工具/程序调整即可实现新品种的转换。加工单元的工控机（中央计算机）控制着整个自动化传输系统。有了这种设置，各生产单元（机床）之间的技术资料整合即可自动完成。

机床的可靠性或整个生产系统的可靠稳定性对于汽车零部件加工是至关重要的，其可靠性来自硬件和软件两方面。硬件方面主要是指机床自身的刚性、加工精度、主轴在加工时能稳定高速运转并能根据需要稳定输出强大的功率等，还有刀具/夹具和机床良好的匹配性等。软件主要是指优秀的机床操作人员/从业人员和空间利用率。熟练工或者完善的培训/人员鉴定制度是确保生产系统进行高效加工的必要条件。Cross Hüller公司为用户方面的操作人员、编程人员以及电控/维修人员提供先进的互动多媒体结合现场操作的综合培训课程。由于高效加工不允许机床操作人员从错误中学习来适应机床，而CrossHüller公司提供的培训课程则能够从长远保证生产的高效性。作为生产系统的提供者，我们能够清晰地了解客户在生产中可能遇到的问题并提供有效的解决方法。

ThyssenKrupp MetalCutting中国   HüllerHille-Cross Hüller公司代表处黄东宇先生

在编制加工工艺时，对于刀具的选择，要求切削参数可靠、刀具寿命稳定、加工结果满足产品精度的要求，而且刀具的使用成本要合理；要求辅助装备符合生产线的总体规划，自动化程度适中，要有足够的柔性，并为以后的扩充预留位置等。

现代汽车零部件加工工艺及装备的发展趋势是要适应小批量、多品种、共线混合生产模式，而且现在的加工工艺还要有可能适应未来几年内零件更改的要求。另外，在更换品种时，要将相应的机床及辅具调整时间控制在最短的时间内，且更换方便。设备的扩充要以不影响或尽量少影响现有设备的正常生产为目的。因此，采用敏捷加工技术和混线加工技术将会越来越多地在新的生产线中得以体现。Cross Hüller公司在开发上述生产系统方面积累了大量的经验。由于该系统由CNC高速加工中心和一些专用机床或自动线混合构成，所以生产线既保留了加工中心的高效和柔性，同时又兼顾了专机的稳定和高效性。特别是敏捷系统的并联加工方式使其在出故障时仅暂时性地降低产量，而且很少会出现停产情况，其设备利用率可达80%～90%，具有很大的高效加工优势，并有效地解决了柔性制造和高效加工之间的矛盾。

当然，是否采用这种混线生产系统还要取决于实际加工中的一些技术问题和将来对产品的总体规划考虑。从投资角度看，混线系统可能开始投资相对于纯柔性线要稍微大一些。但考虑到产品的升级换代和生产线的柔性以及今后滚动发展所需的进一步追加投资，其长期投资合理性的优势还是可以得到充分体现的。

高效加工的可靠保障

“高效加工”的问题其实是一个追求整条生产线的运转效率还是重视单台机床性能的问题。“高效加工”不仅要求机床本身速度要快、效率要高，更主要的是机床要有稳定的加工精度以及高运转率。

NTC公司主要为用户提供交钥匙工程，以其缸盖生产线、缸体生产线和变速箱壳体生产线著称于世。在此，我们不强调单台机床的加工效率，因为设备本身的高速并不代表成线后就一定能够实现高效。事实上，NTC公司也有主轴转速为20000r/min的机床，并已提供给模具和涡轮制造厂家使用。对于需进行大批量生产加工的汽车生产厂家而言，我们认为确保稳定的加工精度以及可靠的高运转率并配合良好的切削条件才是高效加工的基本体现。

NTC公司的基本策略是将向用户提供长期稳定生产的生产线作为优先考虑的问题。当然，NTC公司也融合了高性能的机床主机，但这必须基于实际使用所积累的经验数据。我们认为制造高性能的机床是一件简单的事情，真正重要的是向用户提供能够长时间乃至几十年使用的、故障率低而且能在短时间内恢复故障的生产线。

用户和制造厂家绝不能忘记所引进的机床要使用长达数10年，而且还要在冷却液和切屑的恶劣环境中使用，因此，不能仅仅以单台机床的性能来评价汽车发动机的自动化加工生产线。我相信，这种体会只有在经历了与汽车生产厂家的长期合作，而且经历了专机、组合机床时代的机床生产厂家才能深深体会到。

日平富山国际贸易（上海）有限公司北京事务所经理艾明裕先生

丰田汽车公司就曾经要求NTC公司为他们提供主轴转速在15000r/min以上、进给速度在60m/min以上的机床。但实践表明，这样的设备并不能为丰田汽车公司带来更高的运转效率和低的使用成本。要适应机床的高转速需要配备昂贵的刀具，与普通机床相比较，生产成本相应提高了很多。现在，丰田汽车公司要求NTC公司提供的是转速不超过12000r/min、进给速度不超过60m/min的机床设备，这些设备完全满足了他们的生产需求。

为了提高机床的效率，NTC公司主要从三方面着手。首先是提高机床的性能、技术指标，即提高机床的稳定性、主轴转速和进给速度。其次，维护要方便，以保证排除故障的时间尽量短。NTC公司在机床的设计时就将易出故障及需要维护的部件集中在机床的一侧，以便于维修，降低工人的劳动强度。三是缩短非切削时间，即停机时间。NTC公司的加工中心采用直线刀库，其优点是机器在不停机的情况下就可进行换刀，从某种意义上讲这也是提高机床效率的有效方法之一。

虽然我们整条生产线上机床型号是一致的，但是刀具的配置则有所不同，这是由不同的转速、不同的加工部位而决定的。在交钥匙工程中，我们对刀具也会提出相应的设计要求。根据我们的经验，工序怎么分配，刀具怎么分配，具体到切削参数的选择，我们都会给用户一些建议。在NTC公司为用户提供的生产线设计方案的技术规格中包含了很多的选项，从刀具、冷却液到气动元件等等，用户可根据自己的习惯选择最佳方案。

在为用户设计生产线时，我们一般都在生产线中留有一定的加工能力。如果一个工序上的设备发生故障难以及时排解时，通过调整可以将该工序的工作分散到其他工序上而不致影响整条线的生产效率。这时，柔性生产线就显得尤为重要了。同样，在选择辅助设备时也应该注意不仅要满足现在的生产状况，还要能够适应今后的生产调整。NTC公司采用的是与机床相独立的传动装置，不仅使用方便而且柔性好，易于生产节拍的安排。这种独立的传动装置能够满足生产线的柔性要求，即使机床发生调整，整条生产线也不会因此而受到影响。

高效加工的“木桶效应”

简单说来，高效加工就是在极短的时间内快速完成预定的加工任务。而现在大家所谈的高效加工的概念通常更为直接——在极短的时间内快速地去除工件多余的金属材料，从而为下一步的精细加工做好准备。

由于高价值设备的不断增加、人力资源成本的不断提升、单位时间的制造费用也在不断提高，使用高效加工的方法能够在最大程度上发挥高价值设备的潜能，从而在总体上降低制造成本。曾有一个北美的客户尝试了多种方法来探讨降低成本的可能性，如使用更长寿命的刀具、降低刀具的采购费用、提高生产效率等等。结果是，几种方法对加工成本都有所降低，而提高加工效率才是最有效的。由于刀具本身的直接费用在零件总成本的构成中只占不到4%的份额，因此，即使降低30%的刀具费用对于总费用而言也只是降低了1%左右。而如果提高加工效率，虽然可能导致刀具费用的增加，总成本却会由于设备费用、人力成本以及分摊的固定资产、管理费用等的下降而得到明显下降。在上面提到的北美工厂的实例中，由于提高了20%的切削速度，刀具成本虽然增加了50%，但最后总成本的下降却接近15%。同样在中国，我们可以预测，由于刀具费用一般不到制造成本的2%，如果伴随着加工效率的提高需要刀具直接费用成倍增加，生产总成本的大幅度降低也是必然的。而在提高加工效率的各种方法中，有时刀具费用的增加可能极其有限。

肯纳飞硕金属(上海)有限公司市场拓展经理杨晓先生

肯纳最近推出的KenFEED就是一种高效率大进给的铣刀。近年来，许多刀具厂商都陆续推出了类似的大进给铣刀，而肯纳的KenFEED为使刀具更适应大进给工作条件，加大了这种铣刀上刀片的厚度，从而在加工中更加安全。这样的设计使KenFEED能安全地大幅度提高加工效率，而刀片的寿命并不会因此降低，刀具的消耗也不会有太多的增加。这样的高效率加工的刀具对于降低客户的加工成本、增强客户的竞争实力不失为是一种有效的手段。

肯纳的模块化刀具系统KM可以在车削、铣削、孔加工等多种加工方式中使用，是柔性加工的一个典型。同时，KM又提供了高速度加工的可能，能够通过高速切削等方法实现高效率的加工。同时，这种系统的高精度又可以大大减少对刀等非加工的辅助时间，也是提高加工效率的一个途径。

肯纳的模块化复合刀具是又一个兼顾高效加工和柔性制造的成功范例。这种复合刀具由钻孔工作模块和倒角/锪孔工作模块组成，可以极为方便地改变工件材料、钻孔长度、钻孔直径、倒角角度、锪孔直径等等，能够适应生产柔性化的需要；同时，它又是一把复合刀具，能将钻孔、倒角、锪孔等加工在一次加工中完成，减少了非加工的辅助时间，从而提高了加工效率。

管理学中常常用到这样一个比喻一个木制的水桶里能装多少水并不是取决于最长的那块木板，而是取决于最短的那块。不言而喻，高效切削加工能够提高加工效率，但与此同时必须注意到这种金属去除率的增加通常意味着切削功率的增加，同时可能需要机床设备能够提供更高的转速、更快的进给速度等。因此，只有机床、刀具甚至软件能够协调一致地运作，才能真正实现高效的加工。我们在与客户进行交流时，会更加注意刀具与整个工艺系统的协调性，包括机床的转速、进给速度、扭距特性、功率、切削液供给、数控系统；CAM软件对刀具形式的支持、插补加工计算方法；夹具的受力情况、刚性等等。对此，我们会建议用户和我们一起展开充分的讨论，以确保高效加工刀具不是仅仅为客户提供降低生产成本的可能性，而是将可能转变为客户能够真正受益的现实。