工厂的建立是一个复杂的系统工程，虽然刀具系统只是这个系统工程中的一部分，但其将直接影响到被加工产品的产品质量、加工效率及加工成本。本文介绍了福田康明斯发动机工厂筹建阶段刀具管理系统创建的思路，总结了实施经验，并阐述了刀具管理的重要性。

北京福田康明斯发动机有限公司是目前国内规模最大的发动机生产厂之一，现已完成筹建，并已于2009年正式投产。公司引进康明斯最新产品技术，满足欧Ⅳ排放标准的2.8L及3.8L轻型柴油发动机，具有高起点、高性能和低排放等特点。工厂建设规模为40万台/年，建设这样一个世界一流的发动机制造工厂，刀具系统的建立显得尤为重要。

虽然，刀具费用只是汽车制造成本中很少的一部分，但其对总制造成本的影响却要大得多。本文对福田康明斯发动机工厂筹建阶段刀具管理系统的建立及其创建过程中的相关经验进行了总结，从刀具系统建立的几个阶段分别进行了详细介绍。

整体规划阶段

这个阶段主要是要确立刀具系统建立的策略，并做好规划。刀具系统的主要任务是：满足被加工产品的质量要求；满足加工效率的需要；满足不间断交付的需要；满足低成本制造的需要。

1. 管理形式的选择

刀具管理有多种形式，如：整体外包式、自主管理式以及自主管理加部分外包式。这三种管理模式究竟哪种方式好，不是本文所要讨论的重点。笔者认为这三种管理方式各有优缺点，对工厂内部的配套管理模式也各有各的要求。通常，日本企业偏向于自主管理，欧洲企业大部分是自主管理，少部分是自主管理加部分外包或全部外包。

通过前期的市场调研及比较，我公司最终选择了第三种管理模式，即自主管理加部分外包（刀具的优化、采购、调整配送及使用等自主管理，刀具修磨业务外包）。采用这种模式是考虑到，如果采用整体外包管理，需要外包供应商在工厂内部作业，为其提供办公及作业场地，给工厂的日后管理带来不便；外包管理需要解决与外包供应商的职责分工问题（如刀具造成的质量及交付问题需要与供应商有一个合理的协商解决机制）；整体外包管理对工厂的技术机密构成一定的威胁；不能确定整体外包管理的成本比自主管理低。另外，在工厂建立初期，由于产量的不确定，完全自主管理需要的投入相对较大，特别是需要投入相当规模的修磨设备，在前期产量较低的阶段，就会因设备闲置造成工厂的制造成本增加。

基于以上考虑，我们最终决定将刀具优化、采购、刀具库存、刀具调整配送以及刀具使用中的问题分析解决等业务进行自主管理，刀具修磨业务外包管理。这样，我们只需要规划设置刀具调整用房间，设立刀具调整人员和管理人员，投资调整用设备，不需要投资相对昂贵的修磨设备。这样的规划在工厂建立前期可以用相对低的投资成本满足整个刀具管理的需求。

2. 刀具配送到现场方式的选择

由于我厂规划的年产量是40万台，生产节拍是每条加工线57s完成一个零件，这就要求在加工过程中尽可能地节约辅助时间。基于这样的原则，设备中的刀具更换机构应尽可能选用快换接口，以最大限度地节约刀具更换时间；同时要求机床操作者能方便地拿到需要更换的刀具，而不是到库房去领用。基于以上考虑，我们采用将调整好的刀具配送到机床旁边的模式，以便操作者及时更换刀具。

但配送刀具如何到达现场也有不同的模式。一种是分别在机床旁边设立刀具柜，由调刀人员每天把刀具集中领出后配送到各个工位；另一种是针对工位进行配送。我们对这两种方式进行了比较：

方案一：刀具集中配送到各工位，在各个工位上配置刀具柜。

将刀具统一装在配送车上→将刀具配送车分别推到各工位→将各工位的刀具从刀具车上取下安放在工位旁的工具柜里→将更换下的旧刀具回收到工具柜中→从工具柜中取出刀具放在刀具配送车上→将装满旧刀具的配送车送回刀具调整间→将刀柄从刀具小车上取下放回刀具架→将刀具从刀柄上取下并分类清洗。

刀具的调整：分别从刀具架上取出各工位对应的刀柄→分别从库房领取各工位对应的刀具→将刀具装入对应的刀柄中→在调刀仪上调整→调整好的刀具放回刀具架→从刀具架上取出各工位对应的刀具放在刀具集中配送小车上。

方案二：各个工位分别配送。

每个工位配置两个刀具小车，一个小车装新刀，另一个装等待更换的刀具。将装满新刀的小车送到对应的工位→将该工位上装满旧刀的小车取回刀具调整间→将刀具从刀柄上取下并分类清洗，刀柄继续放在对应的小车上。

刀具的调整：从库房领取该工位对应的刀具→从小车上取出对应的刀柄→将刀具装入对应得刀柄中→在调刀仪上调整→调整好的刀具放回刀具车→将刀具车送往对应的工位。

对以上两种方案的优缺点进行对比，结果如表所示。经过慎重讨论对比，我们最终选用了方案二。

3. 刀具调整用设备的选型

采用数据芯片镶嵌在刀柄中来传递刀具信息，这样加工中心根据芯片中的信息，能够识别刀具的编号，刀具的长度、直径，刀具的寿命，以及需要加工的孔位信息等。同时，我们还采用了大量热胀刀柄。所以，需要带有带热胀系统、芯片信息读写系统及具备测量、调整功能的刀具调整仪器。此外，还有大直径的铣刀需要调整，需要通用的铣刀调整设备。

生产中，机床采用的是湿加工，刀具加工后会带有很多铁屑需要清洁。在前期调研的基础上，我们选择了通过式的清洗机床来清洗刀具，没有采用超声波等设备。实践表明，采用通过式清洗的清洗效果很好。

考虑到建厂初期的产量较低，为降低工厂的成本，初期我们只计划一部分设备到位，产量增加时再考虑增加设备，如：铣刀调整台及刀具预调仪目前我们只购买了原规划中的一部分，在产量增加到一定规模后再考虑增添。

刀具选型及配置阶段

发动机的生产节拍很快，对刀具提出了更高的要求：刀具需要满足高速切削的要求，同时也要保证较高的使用寿命。由于我们的项目是交钥匙工程，原则上由机床厂商MAG负责刀具的设计及品牌选择，于是在刀具的配置阶段我们向机床厂商提出了几点要求：一是选择的刀具品牌要在国内有良好的售后服务；二是尽量采用经过多次使用验证及切削试验验证的品牌，且可以优选每个品牌中的最强势刀具品种；三是满足刀具快速更换需要；四，满足高速切削的需要。

最终，我公司刀具的特点是：以涂层整体硬质合金刀具为主，没有高速钢刀具，采用了超硬材料CBN及新型涂层材料的刀具等，以保证高的切削线速度及切削效率；曲轴孔、凸轮轴孔采用精珩工艺，缸孔采用CBN精镗及小平顶珩等先进工艺，以保证加工精度；采用热胀刀柄系统，以保证快换刀及换刀精度；采用刀具识别系统，以保证CNC能够抓取正确的刀具并按照换刀周期进行刀具的更换。

1. 缸孔精镗快换系统

传统加工方式是以推镗的方式进行半精镗和倒角，以拉镗的方式进行精镗，尺寸自动补偿，刀具调整需要停机，用V型对刀器进行刀具的调整。我公司采用了镗头快换结构，镗杆装在机床主轴上，刀片及刀夹装载在快换镗头上，镗头可实现线外预调，然后在机床上快速实现快速更换。这种系统在每次刀片更换时可节约操作人员30min以上的时间。

2. CBN高速铣削铸铁表面

传统工艺很少采用CBN进行铸铁的铣削加工，但由于该项目节拍很快，同时零件的表面质量要求很高，为同时满足质量及节拍要求，我们采用了CBN高速铣削铸铁表面技术，线速度达913m/min，表面局部平面度满足0.01mm的要求。

3. 可转位刀片应用于弹簧座圈加工刀具

传统的弹簧座圈刀具采用焊接式的套车刀，这种刀具成本高，且不宜修磨，一次性就报废，调整刀具的长度费时。目前，我们要求刀具供应商采用可转位刀片形式，每次只须更换刀片。这种方式实现了刀片的快速更换，同时解决了刀具长度调整难的问题。

4. 全部采用湿加工

冷却方面，我们采用的是集中冷却系统，所有的切削加工过程都有切削液进行冷却和润滑，包括铣削加工、镗削加工、钻和铰孔加工等。特别值得一提的是丝锥也采用的是内冷却加工。在加工过程中采用切削液，无疑提高了刀具的寿命及切削速度。

5. 比较高的切削速度

57s加工一个零件，如此快的节拍要求必须使用高速切削技术。实际上，我们的切削速度相对其他企业的柴油机加工是比较高的。其中，攻丝的线速度在25～35m/min之间，钻孔在80～200m/min之间，铣削在168～913m/min之间，缸孔的镗削速度为1 140m/min。

6. 刀具寿命的管理

在CNC设备上，我们全部采用数据芯片传递系统，通过刀具预调仪将刀具编号、刀具寿命、刀具直径以及刀具高度等数据输入芯片。在刀具安装到CNC设备上时通过数据读写装置读出芯片中的数据，实现刀具编号的识别，并将刀具寿命、刀具高度等信息输入CNC设备的控制系统中。在刀具达到其使用寿命时，CNC设备将自动停机，将达到寿命需要更换的刀具自动弹出，由操作人员进行更换。刀具寿命的调整是在刀具调整仪上实现的。

关于成本管理的思考

由于汽车行业竞争的加剧，成本管理是企业各层关注的重点之一。虽然在传统的观念中刀具费用只占用了制造成本的3%～5%，但如何在保证质量的前提下，不断降低成本始终是刀具管理的重要内容之一。

1. 产品设计及加工工艺规划阶段的成本控制

产品的设计应考虑工艺可行性及加工成本，刀具部门需要将加工过程中可改进的产品设计问题反馈到产品部门，使得产品的设计既满足用户的使用要求，又使得制造成本得到降低。如喷油嘴安装孔，前期产品部门要求将倒角改为圆弧，但如果改为圆弧则刀具寿命会大幅降低，且给刀具制造带来难度使得刀具成本上涨，经过与产品部门的沟通，最终决定取消此改变。

2. 工艺规划中的成本控制

在实际生产中对工艺进行不断优化，以期不断提高生产效率、降低成本和提高质量，如改进刀具结构及改进工艺的前后布置。

3. 减少制造过程中的废品损失

由于机床在初期使用阶段不稳定，再加上操作人员还不是非常熟练，建厂初期产生废品将是一个亟待解决的问题。为此，需要协助制造部门进行操作人员的培训及设备的定期维护，使设备能够平稳运行，操作人员熟练操作，正确使用刀具等。同时，增加返修工艺，挽救部分有问题的零件。

4. 做好刀具的修磨管理工作

做好旧刀具的修磨工作，可以使刀具能够最大限度地反复使用。

5. 刀具寿命优化

反复优化我们的刀具寿命设定值，找到最合理的刀具寿命设定值，避免刀具不到寿命而被换下，同时避免超过使用寿命打刀造成刀具及被加工零件的报废。

6. 刀具国产化及刀具优化

刀具国产化是个敏感话题，实际上，刀具国产化是要有一个前提：必须在满足质量要求的前提下进行国产化工作；所进行的任何刀具替换必需经过切削验证；必需要综合考虑性价比及切削效率；国产化要包括进口品牌在其国内工厂制造。在以上条件都满足的情况下，国产化工作势必会降低一定的刀具成本。