在金 属加工中，实现高效加工是所有产品制造业者以及工具制造业者持续，永恒追求的目标。近年来，汽车制造工业也步入了快速发展阶段，随着市场日趋对多样化和个 性化方面新的追求，提高汽车生产对市场需求变化的快速反应能力是赢得竞争的重要手段。而对汽车中重要的部件-发动机，变速箱生产者及其他更广大汽车零部制造厂商来说对 实现高效加工以适应产业发展需要也提出了更为紧迫的要求。

在金 属加工中影响高效加工的条件有很多，如：机床，工装，工艺甚至到编程软件，切削液等。而构成加工完成最为主要的是三大要素：机床，工装，刀具。机床和工装 作为加工中重要的载体，是加工能力和品质实现的先决基础条件。对于高效加工当然在装备制造中也有很多体现应用要求上的设计，如：高转速主轴，快速移动导 轨，液压或气动快换夹具。这些都是发挥高效加工的基础硬件配备。但刀具承担作为最终将材料切除的作用，因而成为最终对高效加工实现与否的重要的影响条件。 并且刀具在其中最大的意义还在于对刀具选择的可改变性，利用现有生产设备限度，通过刀具带来对加工时间的直接缩短因而对高效加工 起着最直接的推动作用。

因为 刀具对加工重要性和直接性的影响最早的阐述莫过于所谓“工欲善其事，必先利其器”自古就有的经典术语了。然自进入到近代工业文明以来“利其器”的含义就悄然开始发生变化，并逐渐被延伸，而在 当今日新月异的现代化制造业中“工欲善其事，必先利其器”更是被赋入了更新更为广泛的内涵！而对刀具选择的改变其实也就是对古时“必先利其器”的改变，只 是在当今先进的切削工具产品中，在对“利”一字改变的含义与内容上也发生了巨大的变化，实现刀具对高效加工的推动，在现今的切削工 具产品中则需从以下几方面进行“利”的改变。

一，“利”其材质，改变切削速度，推动高效加工

每 年，切削工具制造业者都会研发和推出比以往更适合带来更长使用寿命并使切削速度得到显著提升的新材质产品，因为高的切削速度相应地推动高的进给速度，从而 达到对高效加工的推动，已成为工具制造业者重要研发目的。高速切削还可带来切削力低，工件残余应力少，热变形少，加工精度高等好处。而对切削速度的改变主 要以对切削材料母材和表面涂层的改变。出于更易达到产品加工要求及稳定，长寿命的需要大部分加工业者对刀具材料的使用已转移到硬质合金及部分CBN，金刚石产品上来，尽管工具制造者们之前已开发出很丰富的 产品出来，但业界针对硬质合金及其它材料技术的研发仍每年都在不断地创造和超越自己，力求在高速切削上不断带给我们新的变化。以日本住友及日本OSG公司研发推出材质为例：

1）    对于一般碳钢及合金钢的切削，早期的硬质合金涂层材质切削 速度为V=100-250m/min，而新近住友推出的材质AC700G/AC820P，通过母材和涂层上的技术革新在加工SCM420传动轴时已将切削速度提升至V=390m/min。同时具备超群的耐崩损性，在加工SCM425齿轮时，可实现5mm切深下，进给值在0.5mm/rev的高进给加工，且达到原有材质1.5到2.7倍的使用寿命，这也足以将我们整个钢类材料中50%以上的产品加工时间缩短1/3到1/2。

2）    对于淬火钢（HRC58-62 ）材料的产品， 如轴承，轴键，齿轮大多采用热处理前车削加工而后采用磨削加工方式，存在效率低，尺寸不易保证问题。也有部分用户采用CBN（立方氮化硼）材质加工，但早期切削速度较低（V=80-150m/min），也一直阻碍效率提升和加工表面质量。住友近年推出的新 材质BNC100 则使切削速度发生了根本性改变，达到了V=100-300m/min。使“以车代磨”加工概念逐渐走入人们视野。BNC200材质则在保持高线速度同时可达到进给值0.1-0.35mm/rev高效率加工，成为淬硬钢加工的决定版产品。同样应用于汽车 模具铣削中，住友公司开发的BN700材质圆刃铣刀片配合BRC刀杆，加工SKD淬火至HRC47-52材料和NAK预硬钢HRC40-45材料时可分别实现150-400m/min及200-800m/min的超高速精加工，可将精加工时间缩短3-5倍，并带来优异的光洁度表面，这在传统采用硬质合金刀片加 工中根本无法实现的。

3）    对于铸铁加工，住友在3到5年间先后更新推出三款铸铁加工用硬质合金涂层材质，从原来AC300G到ACK200再到AC410K将原有切削速度100-250m/min提升至150-400m/min ，通过对比在刹车盘产品加工中实现了1.5倍以上的高切削速度加工并达到2倍以上使用寿命。同样，住友在发动机缸体缸盖面上的精加工 也具有超水平发挥，FM型刀盘配合BN700材质可实现V=600-2000mm/min的超高速精铣加工，而更能带来高效率粗加工的还有RM型刀盘产品，采用整体CBN材质BNS800，可进行V=800-1500mm/min,切深3mm以下的高速粗加工，由于刀片为正反8个刀角可用，同时具有良好的经济性。

4）    在螺纹加工上，传统的丝锥均采用HSS母材且基本上不加任何涂层，切削速度基本在8-15m/min 。举例，近期在我司（金万众）服务的风电行业加工轮毂产品 中，每单件产品上就有大约200-300孔（依产品大小不同）需螺纹加工。以常见M33*3.5螺纹为例，使用HSS母材不加涂层材质丝锥加工每孔切削时间为6秒，采用原有切削速度显然会大大滞后生产跟交货上的期限， 而日本OSG公司依照我司对客户意见反馈研发推出的CPM母材加VP涂层应用到加工中的切削速度为60-70m/min ，每孔切削时间仅为1.8秒，将加工效率提升了3-4倍，为客户大量缩短了加工时间。

二，“利”其结构，改变刀具可切削余量和进给量，推动高效加工

“利” 其机构主要是通过更换在设计理念上更有所突破和创新的刀体及刀片产品。同样，工具制造业者无时无刻地不在改善和创新他们原有刀体结构和刀片几何设计，通过 改善切削力，切刃方式和强度等方面实现加工效率新的突破，并使得一些原有不可能实现加工的方法成为可能。以日本BIG（大昭和）和住友产品为例：

1）      FCM快峰铣刀

BIG在铣刀上进行了20度的轴向前角及很大的径向前角的双前角设计，获得超群的切削 轻快性及超低的抵抗力，同时首次将偏心后角技术运用到机夹式立铣刀上，它的特点是后角不会太大，既不影响刀刃的锋利度，又能提高刀刃的强度，不易崩刃。举 例，在BT40主轴机床上，切削S50C材料，直径32mm铣刀，切深9mm,转速1500，进给可达550mm/min。由于切削轻快，同时产品加工后具有良好的直角和漂亮的壁 面，直角度可在0.01mm, 粗糙度Ra在0.51，而一般铣刀产品加工后直角度在0.04mm,粗糙度Ra在1.56左右. 该产品不但在常规槽铣，方肩铣中发挥效率上的突破作用，更 是在主轴动力不足，夹持刚性不佳，悬深较长场合使产品高效加工也成为可能。

2）EWB-UP 高速超精密镗头

精镗 头的首要特点是对调节精度和加工精度的实现，但由于精镗头属单刃切削的原因要达到高速高效加工同时实现则离不开更重要的另一特点--动平衡，BIG公司通过创新已将尺寸精度调节和与之偏移量对等的动平衡调 节融合到一个镗头部分通 过两个刻度盘旋扭即可轻松实现调节精度在每格0.001mm/￠,最 高转速时动平衡系数G6.3的要求，配合金刚石，CBN材 质在铝合金零部件（如变速箱壳体）及铸铁缸孔产品上可达切削速度200-2000m/min高 速高效加工，并带来可信赖效果。

3）      SMD皇 冠钻头

在钻 孔加工中常见的有整体麻花钻，硬质合金焊刃钻，机夹刀片式钻头，随着数控加工设备的日渐增多，机夹刀片式钻应用已愈来愈为广泛，相比高速钢麻花钻和硬质合 金焊刃钻，因为其切削速度快，经济性好，安装简单等特点得到很多用户的认可。而住友的SMD钻则在 钻孔加工效率和综合性能上达到了新的高度。因为机夹刀片式钻头实为单刃式切削，而SMD钻则为双刃 切削，与机夹刀片式钻头相比SMD钻头在切削速度相当的条件下每转进给可达0.2-0.5mm/rev,是 其1.5-2倍。更为重要的是机夹刀片式钻头在加工中常常可能因为排屑不畅或工件存在杂质硬点，或 切削力发生一些变化时刀片往往容易崩损，给加工中带来较大安全隐患并直接影响到加工效率的实现。而SMD钻 头由于为整块硬质合金冠体式设计并采用放射状嵌合方式具备高强度特点，高进给加工同时实现稳定持久加工状态。另外由于刃部整体为研磨成型更保证被加工孔径 尺寸高精度实现，平均孔径偏差在0.01-0.03之间，并具有良好的孔壁粗糙度。一般在￠30孔径下加工如需精镗孔加工更可直接省去粗镗工序，极大缩短加工时间。另钻头部分可进行3次左右重复刃磨并重新涂层，此钻头在车桥产品加工中可得到高效率及高性价比应用。

4）      MSX高进给铣刀

在模 具的模框或型腔加工中尤其是大量去除余量的粗加工中传统的加工刀具选择为机夹圆刃刀片式铣刀（也有俗称牛鼻刀）切削速度为100-250mm/min,进给在0.1-0.4mm/t左右，从效率表现来看一般。住友的MSX高进给铣刀（也有很多其它品牌同类产品）从结构设计上进行 了根本性改变，特点是在切削进给时可将径向作用力更大地分散至轴向作用力上，由于径向切削作用力的减轻，因此在切削速度相当的同时进给值可实现1.0-3.0mm/t超高进给量，抵消切削余量差异后计算可将效率至少提升为5-7倍，大幅缩短加工时间。

5）      非标型复合结构刀具

对于 大量结构复杂，工序繁多，甚至难加工产品，标准刀具难以对应的情况下高效加工是否实现带来的影响更大。因此对于刀具的结构上需要对应某一具体零件更针对性 地设计，更复合型地设计来满足加工要求和减少换刀时间。如住友在汽车发动机的曲轴，凸轮轴孔加工上的专用刀具，车拉刀，阀门座圈铣刀，自动导向镗刀等，以 及在其它行业产品上采用如钻铣复合，镗铣复合，，钻铰复合，钻（孔）攻（螺纹）带倒角复合等等刀具。这也将成为刀具推动高效加工新的发展方向。

三，“利”其夹持，有效保证高切削速度和大进给的实现，推动高效加工

刀柄 夹持系统是实现对机床主轴和刀具传递的连接，它承载对主轴的精度连接，刚性连接以及刀柄本身的刚性，动平衡性，夹持力，夹持精度，是实现高速高效加工的必 要条件。以BIG 产品为例：

1）      高速高精度型夹持刀柄

主要 针对直径￠20以下刃具尤其在￠12-￠0.25内小径刃具，要想获得高效高精度加工以及优异光洁度的产品 就得通过高速加工来实现，这对于刀柄夹持精度及动平衡性指标具有严格的等级要求。BIG的美夹刀柄系列产品夹持端口跳动精度为0.001mm, 4倍直径前跳动精度为0.003mm, 夹套精度等级为AA级，刀柄均通过动平衡实验处理，最高转速可达40000转，并标准配置中心出水，完全实现高速高精度的钻孔，铰 孔，铣削加工。举 例，在铝合金缸体产品上￠8.5×5D钻孔加工，原使用普通弹簧刀柄跳动精度为0.01-0.03mm, 钻头为HSS-CO母材鈦涂层，加工参数为：n=2500，f=0.3mm/rev, 而采用美夹刀柄后使用OSG硬质合金涂层钻头FTO-GDS，加工参数为：n=6000, f=0.45mm/rev, 效率提升至3-4倍。同时在孔径精度上得到了很好的保证。

2）      重切强力型夹持刀柄

主要 针对￠20-￠50较大直径刃具，由于此直径范围刃具主要应用于粗加工范畴，因此对于刀柄的刚 性以及夹持力有更高要求。BIG的HMC强力刀柄系列具有独特狭缝机构，把持部加厚，刚性好，具备300kgf,m的超强扭矩，而普通强力刀柄夹持扭矩为180-270kgf,m左右。而BIG的另一款BBT美夹高速倍力刀柄系列，则可满足高速强力切削的需要，夹持 精度为0.005-0.01mm之间，并作动平衡实验处理，满足5000-30000转速范围。如与BBT主轴配合可达到刀柄锥面与法兰端面两面贴紧配合，刚性更可 增强3-4倍，更能实现强力大效率重切及良好深孔加工效果。

结束 语：

关于 切削工具材质或结构上，夹持系统上革新的产品不胜枚举，且产品涉及应用于各行各业，也绝不光是在以上举例的住友，BIG，OSG 产品上，更包含 其它很多优秀的刀具品牌，以上仅仅是例举其中一二。其实上述举例中产品有些并未是今天才推出，有些几年前就有的产品，可我们今天依然使用不多。在汽车行业 加工上，尤其在大批量，流水线生产上刀具的精度，切削速度，寿命都直接影响到生产线的开动率，加工节拍及最终生产效率。另据相关调查，我国近70%的用户刀具费用的成本所占生产总成本比例为2-3%，与发达国家4%的比例相比仍显偏低，这也形成在切削水平和切削效率上的一 定落后差距。

随着 数控加工设备的大量引进和采用，以及对机床高精度高生产率的进一步要求，金万众作为专业架起通向用户合作桥梁的刀具服务供应商，一直以满足客户生产回馈要 求和致力于及时传递最先进，最高效的工具产品信息为目标一通过今天新说“工欲善其事，必先利其器”希望更多对我们加工使用者能产 生一些提醒，一些吸引和一些改变。对刀具的改变是在加工三大要素中最为直接和最为可能产生效率和效益的改变！

我们 还需要重视的是：其实大部分刀具新材质的改变并未对原使用刀体产生改变，新材质本身也并不作价格上改变，因而改变我们车间中正在使用两年前甚至三年五年前 的刀具材质，在不增加成本的同时就能为高效加工带来意想不到推动。当对某项工序的加工效率感到欠缺，苦恼，不满的时候，试着改变原有结构的刀体产品在不经 意间就可能为高效加工带来实现。当购入一批新的机床时如果对比机床本身对刀柄夹持系统预先进行高速高精度或重切强力型的刀柄配备，就能对日后高效高精度加 工带来切实保证。当然如果您能再培养配备一位认真负责的刀具主管人员，如果这些工作您正要进行那么您会感受到我们加工车间里将要发生的深刻变化---刀具对于高效加工的巨大推动作用！