浅析中国切削加工的发展动向

在数控技术和刀具技术的共同推动下切削加工已进入了高速切削时代。近二十年切削速度提高了5至10倍，切削加工效率提高了50%到一倍。切削速度提高到一定数值后随着切削速度的增加切削力反而下降，在更高的切削速度下工件的温升也随之降低。现在新型硬质合金涂层刀具、各种超硬刀具已广泛用于汽车、航空、航天和模具等行业各种材料的高速切削加工，包括干切削、重切削和硬切削加工，有效地提高了加工效率和产品质量。

现代加工中刀具费用只占制造成本的3%～4%，但它对总制造成本的影响却要大得多。加工效率提高20%加工成本可降低15%，而刀具价格下降20%加工成本只能降低0.6%，刀具寿命延长一倍加工成本也只降低1.5%。计划经济时代有的加工企业制订刀具消耗定额进行成本控制，甚至在高效率的进口设备上使用低性能的焊接刀具，难以发挥设备性能反而造成更大浪费。现在越来越多的人认识到：加大刀具投入进行高速切削加工，是提高加工效率和降低生产成本的有效手段。这是近年切削理念的一次进步。

几年前国外有人预言“超硬刀具、高韧性陶瓷材料和超硬涂层是切削加工的未来”。现代汽车制造业和航空航天工业用PCD刀具铣削铝合金的速度达到4000～7000m/min；CBN刀具精镗铸铁缸孔的速度达到2000m/min，还成功地用于淬硬轧辊的粗加工；新型超硬涂层牌号的硬度达HV400O,可承受800～1100℃的高温。随着超硬刀具材料和涂层技术的迅速发展，高速切削将会得到更广泛的应用。

二、切削理念的更新推动了加工效率的不断提高（理念篇）

先进刀具有三大技术基础：材料、涂层和结构创新。目前我国的刀具材料和涂层技术与国外还有较大差距，在使用常规加工设备的场合下，注重刀具的结构创新同样是提高切削效率的有效和更为可行的手段。

例如Iscar公司的大走刀量铣刀每齿走刀量达到3.5mm,Seco公司的复合孔加工刀具一次走刀就能完成钻、镗孔和端面倒角等。曲轴加工的工艺进步更具有说服力，从早期的曲轴车加工发展到内铣加工，而九十年代曲轴车拉刀的发明成十倍地提高了曲轴加工效率。现在又出现了效率更高的曲轴高速铣刀，一次走刀就可完成七个主轴颈的加工。东风汽车公司量刃具厂已经成功地为国内汽车厂开发了曲轴车拉刀和高速铣刀并成功用于生产。上世纪九十年代成都工具研究所在涂层、材料的单项技术都不占优势的情况下，凭借自主知识产权的刀具设计和工艺技术，加上涂层、材料和刀具结构创新技术的综合运用，在高强度石油管螺纹刀具上实现了对国外知名企业的一次成功超越。还有许多例子都说明刀具结构创新也有效地提高切削效率。

高速切削只是提高切削效率的手段之一，我们应采用高速切削和刀具结构创新等多种手段实现高效切削，从高速切削到高效切削，是切削理念的又一次进步。

我们注意到近二十年切削速度提高了5～10倍，但加工效率只提高了50%到一倍。原因之一在于切削效率提高的效果被大量的非切削时间抵消了。日本MAZAK公司说他们的加工中心只有百分之三十的时间在为公司创造效益。东方汽轮机厂进口瑞士加工中心上自动纪录的切削时间也只有30%左右。切削技术在不断发展，人们的认识也在不断深化：在提高加工效率的努力中不光是高速切削和高效切削，通过切削应用技术提高切削生产效率的潜力还很大。

东方汽轮机厂近年推广可转位刀具就提高生产效率30%。进而他们又在刀具结构创新上下功夫，与株洲钻石切削刀具股份有限公司合作开发先进刀具，还对老式设备进行改造以使用先进刀具来提高生产效率。他们还对全厂工艺配置进行了优化、加强管理、采用网络编程和切削过程的计算机模拟等手段减少非切削时间，“向70%的时间要效益”。降低非切削时间比例的方法很多，如机外调刀、自动装载机、随机测量、设置装卸工位、采购可靠性高的设备减少维修停机时间等等，在管理手段上优化工艺配置、做好工序平衡以缩短工件周转和等待时间都是有效的方法。

在采用先进刀具实现高效切削的同时，还要应用相关技术和管理手段优化整个加工过程实现高效加工。

从高速切削到高效切削，再到高效加工，我们把这个过程称作切削理念的三次进步。提出这三个切削理念为实现“发展切削技术，建设制造强国”目标指出了多种的途径，各企业应根据各自条件采取适合于自己的方法有效地提高加工的效率。

三、人才、创新、基础、实践（返璞归真篇）

切削理念三次进步，为我们更好地运用切削技术、相关技术和管理手段全面提高加工效率提供了新的思路。为了更好地提升这三个理念并取得效果，应重视人才培养、技术创新、基础学习、注重实践。

当前数控技术和切削技术的发展日新月异。并联机床、直线电机、五轴联动加数控可回转主轴、超硬刀具、新型涂层、40000r/min的高速主轴、7000m/min的切削速度、20m/min的进给速度，更有如切木头一样地切削钢铁的场景让人眼花缭乱……

先进刀具产品层出不穷，广告宣传铺天盖地，在供应商为用户创造效益的服务面前，一些加工企业实行“买来主义”提高生产效率立竿见影。不过在我们花钱而不费大力就提高了生产效率或解决了加工难题后，会不会感到有些茫然？

国内刀具行业正在努力赶超世界先进水平，客观地说目前主要是在跟踪先进技术和产品。在轿车、模具、航空航天等行业的数控加工中使用的刀具大部分仍是外国公司的产品，缺少自主创新使我们与世界先进水平的差距有拉大的趋势，面对高端刀具产品的市场竞争是否又有些无奈？

回想上世纪五六十年代，一批劳动模范、能工巧匠和专家学者们创造了大量先进工具，对推动建国初期的机械制造业起到很大的作用。如北京永定机械厂倪志福创造的群钻、鞍钢机械总厂王崇伦创造的万能工具胎和武汉重型机床厂马学礼创造的深孔套料刀等等。倪志福同志在东欧国家表演群钻时引起了轰动。四十多年过去，切削技术无疑取得了极大的进步，但我们在赶超世界先进水平和享用最先进的刀具进行高效率加工时，对比当时的情形却感到有所缺失―创新动力和创新人才的缺失。

问题在于我们较多地看重国外刀具的先进水平，却较少留意其先进性的支承——人才、创新、基础、实践。我们要提高切削水平用好先进刀具，要开发先进刀具赶超世界先进水平，都得从基本的做起。

首先要培养有创新动力的人才，而学习与实践是人才成长的必经之路。金属切削作为一门传统技术有比较系统的理论基础，用以有效地指导我们进行切削加工。不过切削过程很复杂且受许多随机因素的影响很难用一些公式和定理准确地描述又有其不确定性。关键在于理论与实践的结合，要在实践中逐步增强运用切削理论基础知识解决实际问题的能力。

国外的刀具企业都很重视切削理论基础知识，可我们的高校机械专业却把原先160学时的切削原理和刀具设计归并缩减到不足20学时。有些大学毕业生连基本的切削理论基础都不具备，如何发展我们的切削技术？

为了加强综合切削知识的培训，配合中国刀协20工程我们编写了“刀具应用技术基础”教材，用于中国刀协举办的现代刀具培训与研讨班，尝试将与刀具应用有关的基础技术纳入培训与研讨的内容，以引起大家共同关心和重视刀具的基础知识。教材从切削加工技术系统的构成和刀具应用技术三要素的介绍开始，对工件材料的可切削性、刀具材料与涂层及选择依据、刀具切削几何参数与结构及选择、切削参数的选择、改进切削加工的途径等进行了较系统的阐述。教材还结合现代切削技术的发展增添了与高速切削相关的技术，分别是高速旋转刀具的动平衡技术、安全技术和装夹技术。

我们的目标是为企业培训了解现代切削技术的基础知识和最新发展，掌握切削应用技术的基础理论并能够解决实际问题的人才——我们称之为切削工程师和新一代的刀具大王。通过人才去创新、去实践、去赶超世界先进水平。从高速切削到高效切削再到高效加工，随着切削理念的每一次进步加工效率也不断提高。现在我们应该静下心来从根本问题入手，重视人才、创新、基础、实践―呼唤切削理念新的提升，以带动切削技术的更大进步和加工效率的进一步提高，也才能赶超世界先进水平。

四、结语

这几年我们从只注重切削技术到同时关注切削理念，促进了从高速切削、高效切削到高效加工为代表的切削理念的三次进步，推进了切削加工效率的进一步提高。现在的思考则是从根本做起，在切削技术高度发展和切削理念不断更新基础上，切削理念来一次返璞归真，呼唤从切削技术―切削理念―人才基础的更高层次上切削理念新的提升。
“十年树木、百年树人”，我们要克服浮燥心理和急功近利的思想，重基础重实践努力造就一大批掌握先进切削技术基础、懂得先进切削理念、有创新意识和解决实际问题能力的切削工程师和新一代的刀具大王。这才是进一步提高切削加工的生产效率和更快地赶超切削刀具先进水平的根本途径。