汽车工业持续的高速发展，高质量、高效率及低成本的生产成为市场竞争的基本要求。高速加工技术集高效、优质和低耗于一身，已成为汽车制造工艺的主流。新产品、新技术、新工艺和新材料不断涌现的同时，对刀具切削技术也提出了新的要求，传统的加工工艺正面临着变革。

随着数控机床向高速、高精和智能方向的发展，汽车工业对数控刀具也提出了新的要求。在实际生产中，正确选择刀具结构和优化刀具参数对于提高加工效率、提升产品质量、延长刀具寿命及降低加工成本起着非常关键的作用。本文以我公司371发动机缸体加工为例，结合实例重点阐述了合理选择刀具结构、合理选择刀具材质以及切削工艺革新的重要性。

合理选择刀具结构

刀具结构的合理选择是高效加工的前提。切削刃具、刀柄和夹头构成了一把可生产加工的整体刀具，刃具通过夹头装入刀柄之中，刀柄与机床主轴相连。整体的刀具连接系统对加工后的工件质量和刀具寿命影响显著，对高速加工的影响更是重大。当刀具以12000r/min以上的主轴转速进行高速加工时，就会出现很多刀具问题，如刀具不平衡、振动带来的影响以及径向跳动量增大等，这些都是导致刀具寿命缩短、产生不良表面质量和造成主轴故障的潜在因素。刀具系统的刚性不足则会导致刀具系统的振动，降低加工精度，使加工表面出现振纹，加剧刀具磨损，严重影响刀具寿命。

1. 缸盖导管阀座加工刀具

371发动机缸盖导管阀座加工工序描述如图1所示。气缸盖上加工缸盖导管阀座的刀具，自项目调试以来一直存在刀具寿命偏低、刀片崩刃等问题，导致单件加工成本居高不下和员工劳动强度大，经过多次更改刀片均未得到改善。为此，我们引进一种新的刀具结构，首件检测导管孔孔径、阀座跳动和阀座圆度均在合格范围内，现能加工工件300余件。

新的引导刀刀具（见图2）形式为：导管孔引导刀为双刃焊接PCD刀杆，加工阀座孔为4刃口CBN刀片；精铰刀刀具（见图3）形式为：导管孔精铰刀为单刃焊接PCD刀杆，加工阀座孔为4刃口CBN刀片。

新刀具具有以下特点：

（1）刀杆为整体焊接PCD，不需要调整刀具，安装后即可使用，减少了换刀时间，加工产品质量稳定；刀杆可以修磨，直至修磨到足够短时才不可使用。

（2）阀座刀片安装在刀夹上，每次换刀只需刀片转位即可，刀夹已经锁紧在刀体上，因此减少了阀座刀片的调刀时间。

（3）刀体是模块化结构，如果加工其他型号产品，更换刀杆和阀座刀夹就可以实现方便快捷的换型。

2. 孔加工刀具

在前期规划时，371气缸体生产线的孔类刀具多半采用多刃复合式刀具结构，如阶梯钻头、复合镗刀，在一次性走刀过程中可完成不同孔的加工。在刀柄的选用中优先选用HSK系类刀柄，对精度要求不太高的使用热套刀柄，对精度要求高的采用液压刀柄。为确保加工过程中的稳定性，一般不采用弹簧夹套刀柄（丝锥除外）。

在定位销、出沙孔等加工精度要求较高的精加工部位，我们选用玛帕的精密镗、铰刀。此种刀具为单刃切削刀具，刀片采用精密研磨的可转位刀片，刀体上镶有两块以上的支承导条，几乎在刀片进入工件切削的同时，支承导条也紧跟在对应的位置起支撑作用，并吸收切削时所引起的振动和阻力，保证内孔圆度和圆柱度在1～3μm以内，其孔径公差可达H6。

3.平面铣刀

在铣削面时我们多半采用具有密齿、过定位和重复夹紧结构的径、轴双向可调高速密齿型面铣刀。铣刀直径100～250mm，刀具的轴向跳动±0.0025mm。可调整的刀夹必须有定位面的支撑，防止加工中刀具振动引起锁紧螺钉的振动，造成加工刀具的不稳定。精铣刀盘的刀片可通过偏心螺钉进行调整，调整精度达0.002mm。在精铣加工时，采用普通刀片与修光刀片合理布置，刀具的线速度可达500m/min，工件表面粗糙度可达0.7μm，平面度小于0.02mm。

精加工缸体上结合面时，我们采用瓦尔特的F4045面铣刀，刀具直径为200mm，切削刀片为24片，修光刀片为4片，刀具寿命可达800件。

加工特殊部位时，刀具结构的选择需给予一定重视。例如，止推面、缸孔用曲轴孔等部位的刀具选择需考虑到刀具的刚性、让刀和冷却等因素，防止加工中出现振纹、亮斑等质量问题。

合理选择刀具材料

高速加工对刀具材料的要求是：既要有高的硬度和高温硬度，又要有足够的断裂韧性。为此必须选用细晶粒硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、聚晶金刚石（PCD）和聚晶立方氮化硼（PCBN）等刀具材料。这些材料特点各异，适应的加工工件材料和切削速度范围也都不同，只有选择合理的刀具材料才能真正实现高效的加工。因此，我们要按照实际需要来选用合适的刀具材科：粗加工时优先考虑刀具材料韧性，精加工时优先考虑刀具材料硬度。

371气缸盖加工螺栓座面的平面直径15mm加工到20mm，前期使用371-T206φ17mm硬质合金铣刀（见图4）进行插补铣，加工参数为S=5300r/min，f=0.15mm/r，但加工质量极不稳定，加工面出现翻边毛刺，刀杆也经常折断，刀具寿命较低，约为150件。此外，由于插补铣6个座面，加工时间较长，严重影响节拍且单件加工成本也比较高。后期我们使用φ20mm的两刃铣刀（见图5），刀具材质更改为PCD，刀具靠主轴定位进退刀具，避免了刀具干涉，由前期的插补铣变成一次性完成加工。更改后的刀具加工参数S=12732r/min，f=0.16mm/r。经验证，刀具寿命提高了40多倍（6956件），加工效率提高十几倍。由于PCD的高速加工，工件表面质量得到了显著提高，避免了毛刺的产生。

切削工艺的革新

新型刀具与切削工艺的革新相结合，可以从更深层次挖掘切削加工的潜力，实现高速切削。例如：用CBN刀具对淬硬工件的以车代磨工艺，用硬质合金螺纹铣刀铣削螺纹代替攻螺纹，避免了丝锥的折断，充分发挥了硬质合金高速切削的优点，正在改变螺纹孔加工低速、低效的现状。复合刀具的应用则节约了刀具的换刀时间、快速移动时间和切削开始前3～5mm的安全距离，大大提高了生产效率。

371气缸体缸孔的加工前期一般都是精加工后进行珩磨，精加工刀具（见图6a）的线速度可以达到400～800m/min，寿命可以达到1000～1200孔/刃标准，其惟一的缺陷是缸孔精加工前必须进行粗镗、半精镗，节拍较慢，不能满足生产需求。后期通过与刀具厂家技术人员的交流，我们采用玛帕的新型刀具（见图6b），大大提高了生产效率。
该刀具为厂家最新研究的刀具，通过目前现场的实际应用其优越性已经得到充分的验证。其特点是：

1.刀的凸缘结构改为在刀杆顶端，与其相连接的是整体的实体刀柄，最大限度地保证了刀具自身的刚性，从而为后面增加寿命、提高效率提供了有效的保障。

2.刀结构分为半精镗和精镗两组刀片。半精镗4片刀片采用立装CBN结构，最大限度地保证了刀片的刚性强度，一次性加工直至精加工尺寸，不会产生缩孔让刀现象，从而节省了半精加工步骤。

3.精镗采用2片六角梅花形CBN刀片，重槽形的刀片通过验证其装夹稳定性极好。我们曾做过验证，在好的刚性及稳定性做保障的前提下，该精加工刀片可以在750m/min的线速度下加工500件/刃。

结语

在汽车的大批量生产中，发动机等关键零部件生产效率的提高尤为突出。合理的刀具选择、刀具优化能大幅度提高刀具的性能与寿命，提高生产效率和加工质量水平，帮助企业降低制造成本，实现高效、高质及低成本的生产，使企业在激烈的竞争中处于有利地位。为此，在紧张的工作之余，我们还要不断加强学习和交流，充分利用好国内外切削技术现有的成果。