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摘要：近20年来数控技术在机械加工行业得到了很大的发展，加工中心作为现代制造业飞速发展下新型加工技术，其高精密的加工精度、高度集成的加工模块和高效的加工效率，在现代制造业得到广泛的应用，也是制造业未来进一步向智能化过度的主要数控设备。
关键词：加工中心；刀具；精密制造
引言
数控加工技术作为世界主流的加工技术，设备和技术的应用更新的速度非常快，不管是精度和加工效率的提升都非常的大。相对应出现的刀具技术与夹具，也跟随着新技术的应用而更新换代。你还在使用F2000的速度时，尖端技术已经可以实现F15000的超高速加工技术。在本文中，将重点阐述刀具在加工中心的运用。
研究的背景
加工中心在国内非常的普及，但是加工效率、精度每家公司进行对比都有很大的差距。在进行加工工艺设计时，每一个公司都会对自身的需求进行设计，影响的因素最大的：刀具成本、工装成本、人力成本、机床成本。很多企业为了追求成本，避免刀具成本高，作出很多错误的做法，造成效率低，人力成本高，设备成本高。本论文研究刀具在加工中心的具体应用。
加工中心刀具分析
刀具按功能分：钻头、丝锥、铰刀、镗刀、铣刀等。按刀具基材分：高速钢刀具、硬质合金刀具、CBN刀具、陶瓷刀具、PCD刀具、单晶金刚石刀具等。按刀具的结构分：整体刀具、模块化刀具、可转位刀具等。刀具按刃数分：1刃、2刃、3刃…..9刃刀具等。刀尖有R角刀具、C角刀具和尖角刀具。按冷却方式分：内冷刀具、非内冷刀具。按涂层分：非涂层刀具和涂层刀具，涂层现在基本上都是复合涂层，涂层的主要指标是硬度、耐热度，韧性，润滑性，主要的颜色就是黑色、亚黑、金黄色、银白色。刀柄按夹持分：热套刀柄、液压刀柄、侧固刀柄、弹簧夹套刀柄。
刀具的选择
机床的性能，被加工的材料，冷却方式，加工参数是选择刀具的四大要素。刀具的加工效率是机床性能的具体体现，只有和机床相匹配的刀具才能发挥出机床的性能。在很多时候选择刀具的性能大于或等于机床的性能，为什么这么选择：机床的性能会完整的发挥出来，加工效率是最高，虽然刀具直接成本会提高很多，但是按产量来计算是最低的。刀具的性能小于机床的性能，刀具直接成本低，但是机床的性能被完全浪费，造成人工成本高，机床成本高而导致生产成本高，不利于工厂的市场竞争。篇幅的原因分析钻孔案列：
案例1：普通3轴线轨机，G0速度为X/Y/Z速度为10000mm/分钟，主轴最高转速8000转/分钟，主轴带内冷。工件材料为球墨铸铁，加工直径6.3mm，深度32mm的盲孔，一个工件上面6个孔。机床成本80元/小时，人工成本35元/小时。
1.如果我们采用刀具为普通的麻花钻配弹簧夹套刀柄，刀具成本10元，它的加工参数：主轴转速910（线速度18米），深孔钻G83，每次加工深度1.2mm，F80.水溶性冷却液，加工时间为5分15秒（0.0875小时），每个钻头能加工60个孔，更换钻头需要3分钟，一个钻头可以加工（60÷6=10个产品），10×0.0875=0.875小时×60分钟=52.5分钟需要更换钻头停机3分钟，生产一个产品时间为55.5分钟÷10=5.55分钟÷60=0.0925小时，生产成本为80元+35元=115元×0.0925小时=10.6375元。
2.如果我们采用加强型液压刀柄/热套刀柄，配一款KENNA的B255A06300YPC的内冷钻头，刀具价格295元，加工工艺：转速7077转/分钟（线速度140米），钻孔G81，进给F1415mm/分钟，主轴内冷，加工时间为25秒，每个钻头可以加工1100个孔， 1100÷6=183.3333个产品，更换钻头为3分钟，183.3333×25秒=4583.3325秒÷60=76.3889分钟+3分钟=79.3889分钟÷60=1.3231小时，单个生产时间1.3231小时÷183.3333=0.0072小时，每个成本为115×0.0072=0.828元。
总结：方案1 刀具成本10.元，生产周期0.0925小时，单个产品生产成本10.6375元；
方案2. 刀具成本295元，生产周期0.0072小时，单个产品生产成本0.828元；
根据对比很明显生产成本下降了10.6375-0.828=9.8095元，刀具成本增加了295-10=285元，增加的成本换算生产多少个产品才能持平：285元÷9.8095=29.0535个产品，生产时间29.0535×0.0072=0.2092小时。实际上刀具成本要低很多，因为一根钻头可以重磨4到7次，重磨的成本大概是新刀具的成本的25%左右，还有一个数据就是钻头的加工深度问题，这个根据设备精度、装夹刀柄、切削液导致数据都有偏差，我这里采集的数据都是按最低数据来进行对比。产品加工报价12元，两个方案生产一个班（8小时）进行数据对比：
方案1. 8小时÷0.0925小时/个=86.5个（产品），刀具数量86.5÷10=8.65个，刀具成本8.65×10=86.5元，成本：86.5+8×115=1006.5元，产值：86.5×12=1038元。利润1038-1006.5=31.5元
方案2. 8小时÷0.0072小时/个=1111.1个，刀具数量1111.1÷183.3333=6.06个，刀具成本6.06×295=1787.7元，成本：1787.7+8×115=2707.7元，产值：1111.1×12=13333.2元，利润：13333.2-2707.7=10625.5元
对比数据差异很明显，方案1几乎没有利润，方案2利润1万左右。在两个案列中，用内冷G81和不用内冷G83同参数加工的时间会差1倍，方案1是很多小企业现行状态，刀具成本低形成低成本运营，对经营的压力比较小，竞争力非常弱，方案2优势很明显，但是执行的时候有两个困难，①是刀具成本会增加运营成本；②是对技术人员要求高，里面有几个关键要素，⑴刀柄要求是加强型刀柄，增加刀具的加持力，在高速时，重量重的刀柄可以增加稳定性；⑵产品装夹在加工时不能发生震动，设备的整体精度和稳定性能要好，刀具旋转时跳动越小，加工精度越高，使用寿命也越好，这些对刀具的使用寿命影响很大；⑶切削液的润滑性能要好，因为产品材料为球墨铸铁，容易出现粉末，对刀具摩擦系数大，需要切削液的润滑性来中和；⑸参数调试：刀具的参数高于设备，刀具最高线速度为210米/分钟（10616转/分钟），比设备最高转速8000转/分钟要高，进给配0.16—0.32mm/转,在进行参数调试时，注意主轴在高速位置转动的时的声音是否异常，把主轴调到声音比较合适的速度，在主轴负载22%以下进行F进给调试，F值调到接近上限的位置，每转切削量大一些，可以大幅提高加工效率和提升刀具寿命。根据个人经验选择刀具特别注意：欧洲品牌刀体基材好，重磨性能好；日系刀体基材差，日本的涂层质量好，但是重磨性能差。选择刀具注意很多市场品牌的参数都比较虚，真实效果与目录表差很多，选刀具建议超标选。
结语
作为一个数控加工从业者，技术的快速发展，需要我们不断的学习与积累。每台设备和环境都是变化的，只有不断的观察与实验才能发挥出每台设备的最大潜力。精益求精是每一个数控加工人的座右铭，效率和品质是企业的生命线，每一个数控加工人员都是一个制造强国的基石，希望本文对从事数控加工人起到一些帮助。
作者简介：
李程 在国内外多家知名企业内从事数控加工20余年，数控铣技师，数控车技师。
参考文献：
KENNA新品目录2018