我公司的发动机缸体3线，铣削铸铁缸体采用数控专机和加工中心，自2009年投产以来，在OP20、OP30、OP40和OP180等铣削余量大的工序，普遍存在着刀具寿命低、加工质量不稳定现象，频繁换刀严重影响正常生产。在OP20序，加工300件就需要停机检查更换5～6片左右的崩刃刀片(见图1);在OP30序和OP40序，新刀加工80～100件后就会出现刀具急剧磨损、掉渣、尺寸不合格和振纹等质量问题;在OP180序，铣刀加工60～100件时就会出现零件掉渣严重，只能更换刀具。

缸体3线铣削刀具的消耗是加工相同零件的缸体1线(自动线)的两倍，问题十分突出，严重影响正常生产和制造成本，必须重点解决。

初步分析问题原因

1.缸体3线和缸体1线的比较

缸体3线和缸体1线加工的产品相同且工艺接近，但设备、刀具等选型存在着较大差异。缸体1线为刚性自动线模式，采用步伐式输送、多工位加工、集中供应切削液和地沟排铁屑。缸体3线采用的是数控专机和加工中心组合起来的具有一定柔性的生产线，专机带B轴，可加工多个面;集中供应切削液，采用提升泵将单机的铁屑和切削液一起泵回到回液主管道，返回切削液中心进行处理。经对比分析，铣削工艺系统刚性方面缸体1线较缸体3线要强，由于刀具结构和供应商不同，所以我们初步分析认为，工艺系统刚性和刀具是问题产生的主要原因。于是，确定在刚性、刀具和加工参数方面进行改进。

2.改进工艺系统的刚性

工艺系统刚性对刀具寿命影响十分大，刚性不好造成刀具寿命低的事例比比皆是。缸体3线加工中心和数控铣的主机采用标准设备，在选型和设计时，重点考虑了刚性问题，采用数控铣专机粗铣就是为了提高刚性满足生产效率的要求，数控铣的主轴轴承直径达到240 mm，B轴为齿盘式630 mm×630 mm数控转台;加工中心铣削选用刚性足够的HSK100机械主轴和630 mm×630 mm数控转台，并对刀具、夹具等系统进行了加强，因此要再进行大的改进提高刚性比较困难。通过分析，我们判定OP30、OP40工序的夹具刚性较差一些，还有改进空间。于是，我们首先在切削力最大的OP40工序进行夹具改进试验。

缸体3线OP40工序的加工内容是粗铣缸体的缸盖结合面和正时面，设备为630 mm×630 mm齿盘式数控转台的数控铣削专机，夹具安装在回转台上。改进前的现状是，加工80～100件后刀具出现微崩刃、急剧磨损，切削力大，造成加工的零件在B轴方向偏转，尺寸严重超差，更换新刀片加工后工件尺寸合格。为提高系统刚性，减少B轴方向的偏转，我们对夹具进行了重新设计，把夹紧机构支座固定在机床底座上，在夹紧支座上增加零件辅助支承，使设备床身承担部分切削力，改变所有切削力都由回转台承受的现状。改进完成后进行试验，刀具寿命略有改进(提高20件左右)，刀具微崩的情况还是存在，刀具出现急剧磨损后，加工面的尺寸还是存在超差(切削力过大)。

OP40工序夹具刚性改进的试验证明，缸体3线OP40工序铣刀寿命低的主要原因不是工艺系统的刚性问题，所以我们就没有再继续改进OP30工序的夹具。

3.改进刀具的刀片形状及材料

(1)改进刀片刃型 由带前角的刀片改为0前角的刀片，提高刃口强度。试验证明，刀具寿命略有提高，但微崩、急剧磨损的情况还是存在。

(2)改进刀具材质 我们试验了多家供应商的多种材料的刀片，刀具寿命有一定的差别但寿命都不是很高。虽通过优化材质，刀具寿命有所提高，但都没有达到预期的要求：OP30/40工序加工不到200件还是存在急剧磨损、尺寸不合格和加工掉渣等问题;OP180加工中心刀具寿命由60件提高到80件，刀具磨损、加工零件掉渣严重。

4.优化加工参数

为查清问题的根源，我们采取不考虑节拍问题，在OP40工序进行降低进给速度和转速的试验。

(1)工艺设计 如图2所示，刀具直径315 mm，40个刀片，转速140 r/min，进给速度1 600 mm/min。

(2)工艺试验 转速降低到100 r/min，进给速度减低到800 mm/min。

试验结果显示刀具寿命无显著改善。试验证明，目前的加工参数不是刀具寿命低的主要因素。

深入分析，解决问题

1.进一步分析

通过前面的探索、试验，刀具寿命普遍偏低的主要原因并没有找到。我们继续重点跟踪分析OP40工序刀具的整个磨损过程：刀具加工到90件时状况很好没有磨损，但之后出现微崩刃和快速磨损，仅能加工20件左右就不能使用。刀具出现微崩刃，切削状态恶化，刀具寿命迅速降低，过早的出现微崩是导致刀具寿命低的重要原因，因此，

解决微崩刃问题是我们提高刀具寿命的关键。

刀具微崩刃影响因素很多，刀具的结构、材质，加工的零件材质、缺陷，工艺系统刚性，切削液(刀片的温度发生剧烈变化)，切削力(冲击、大小)等。前期的试验已经验证刀具、工艺系统刚性等都不是导致刀具寿命低的主要因素，于是切削液对刀具的影响成了我们研究的重点。

比较两条生产线，缸体1线采用地沟排屑，刀具冷却切削液流量大，冲屑流量小;缸体3线采用的是通过提升泵和管道排屑，设备内冲屑消耗的流量较大，虽然目视所有刀具冷却切削液水流量不小，但相对1线流量要小很多。铣削刀具刀齿多，粗加工余量大，铸造表面硬度高，加工时切削温度较高，如果冷却稍不充分就会出现温度剧变的情况，对于硬质合金刀具来说，温度的剧变承受能力差，容易出现崩刃现象。特别是刀具磨损或微崩后切削力更大，加工区温度更高，切削液不充分造成的温度剧变更严重，形成恶性循环，就会使刀具急剧崩刃和磨损，同缸体3线铣刀目前出现的刀具急剧磨损的现象比较接近。不同厂家刀具材质及涂层不同，温度的剧变承受能力也有差异，但目前还没有能承受温度剧变的硬质合金和超硬材料，所以，必须要保证刀具充分、均匀的冷却，排除温度变化对刀具寿命的影响。

2.工艺试验

对于缸体3线的设备，大幅增加切削液流量十分困难，必须改造管道系统和提升泵，但改造周期较长。为确定切削液问题是否是刀具寿命低的主因，我们首先在便于实现干切的OP180工序的加工中心上进行干切工艺试验，采用先完成干铣加工工步后进行其他湿切加工工步的干湿结合方法，避免了切削液冷却不充分造成的铣刀温度的骤变，同时又保证了夹具、设备冲屑干净，不会造成设备排屑不畅的问题。试验结果显示，刀具寿命由以前的

60～100件提高到了300件，证实了切削液冷却问题是缸体3线的铣削刀具寿命低的主要原因。OP180工序的刀具如图3所示。

3.干切改造

为解决问题，我们对缸体3线铣削余量大、刀具寿命低的铣削工位(工步)进行改造。

(1)对采用加工中心的OP10和OP180工序，修改切削液控制程序，实现先干铣加工，后进行其他湿切加工，干、湿加工结合，输送时冲洗夹具和零件，保证零件、夹具及设备的清洁。

(2)对于OP20、OP30和OP40工序的铣削专机，改进切削液管道和控制系统，采用干铣加工，铣削加工时，加工区切削液关闭，设备内其他区域继续冲屑;输送零件时，加工区切削液打开，冲洗零件、夹具上的铁屑，保证零件、夹具和设备的清洁。

4.改进效果

通过改进，缸体3线的铣削刀具寿命得到大幅提升，崩刃情况改善十分明显。

OP20工序组合铣刀，安装有108片刀片，改进前加工300件就要停机检查、更换崩刃刀片，勉强加工到1 500件，须换下崩刃的刀片多达25片。改进后，刀具加工到2 000件，很少出现刀片崩刃情况，降低了刀具消耗，减少了换刀时间。换刀情况的改善如表所示。

改进后，铣削刀具寿命达到或超过缸体一线的刀具寿命，刀具消耗降低8.5元/件，按年20万产量计算，节省刀具费用170万元，并且减少了停机换刀时间，产生了良好的经济效益。

结语

刀具寿命低是个复杂问题，只有对影响因素进行逐一排除，才能找到真正的主要原因。本文中的案例让我们清楚地认识到，切削液有助于排屑，保证加工质量，提高刀具寿命。但当其不能充分冷却刀具时反而会降低刀具寿命，影响加工质量。

为此，在铸铁件的铣削中，特别是余量大的粗铣，采用切削液加工时必须要有十分充足的切削液流量，才能保证刀具的充分冷却。针对本案例中的问题，采用干铣加工，切削液仅用于冲洗和排屑，既避免了温度剧变对刀具的影响，又简单地解决了零件、夹具和设备的清洁和排屑问题，是一个很好的选择。