高速加工(HSM) 通常指的是在合理的速度和較高的表面進(jìn)給速度下進(jìn)行的加工。例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)鋁缸體、缸蓋的加工中，材料去除率很高，這種加工就是我們所說(shuō)的高速加工。

　　高速加工能使我們以盡量短的時(shí)間加工出質(zhì)量合格的零件，提高一個(gè)企業(yè)的市場(chǎng)反應(yīng)能力。因此，高速加工越來(lái)越受到制造業(yè)的關(guān)注，尤其以企業(yè)新建的工程為主，他們?cè)诮ㄔO(shè)新工廠、新項(xiàng)目、生產(chǎn)線改造時(shí)，優(yōu)先考慮高效加工方式，即順應(yīng)行業(yè)高速加工發(fā)展趨勢(shì)，又滿足生產(chǎn)線精益生產(chǎn)要求，有效降低制造成本，使生產(chǎn)的產(chǎn)品有競(jìng)爭(zhēng)力。

　　高速加工是一個(gè)系統(tǒng)工程，它需要各個(gè)方面的配合以形成完整的高速切削加工（圖1）。在各環(huán)節(jié)中，除高速加工機(jī)床對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程起著決定性作用外，刀具也是高速加工中非常重要的一個(gè)因素，因此刀具的選擇與管理就非常重要，需要在實(shí)施中慎重考慮和精心策劃。

　　刀具的選擇

　　為了保證加工中設(shè)備效率與生產(chǎn)線節(jié)拍平衡，就需要考慮合適的刀具與生產(chǎn)線中的設(shè)備匹配。因而刀具選用的合理與否將直接影響工件質(zhì)量和加工效率，因此刀具的選擇應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行：

　　1、加工設(shè)備

　　首先是了解加工設(shè)備的性能，只有了解了設(shè)備的性能才能選用合適的刀具來(lái)匹配，否則，不管單獨(dú)選擇設(shè)備或者刀具，其效率都不能發(fā)揮出來(lái)。近年來(lái)的相關(guān)資料都表明，一把價(jià)值幾萬(wàn)元的刀具有可能影響一臺(tái)價(jià)值幾百萬(wàn)元的設(shè)備效率的發(fā)揮，規(guī)劃過(guò)程中對(duì)刀具的設(shè)計(jì)和安排在很大程度上決定了生產(chǎn)階段的制造成本和刀具費(fèi)用。

　　如圖2 是鋁合金缸體生產(chǎn)線上使用的德國(guó)HELLER 高速加工中心。該機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速16000r/min，最大快移速度60mm/min， 加速度10m/s2， 節(jié)拍2.6min 的生產(chǎn)線僅用9 臺(tái)設(shè)備，由此可見(jiàn)其加工效率之高。

　　2、刀具材質(zhì)

　　制造技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)切削刀具的要求越來(lái)越高，為適應(yīng)高速切削度要求，新材料刀具已經(jīng)被廣泛使用，新材料刀具的使用使切削效率大大提高，高鈷、高釩、高性能、高速鋼刀具的耐用度可比普通高速鋼提高1.5 ～ 3 倍，粉末冶金高速鋼的強(qiáng)度可提高20% ～ 30%，韌性提高1.5 ～ 2倍，并且可靠性比普通高速鋼明顯提高，而CBN（立方晶氮化硼）、PCD（聚晶金剛石）刀具和陶瓷刀具等代表當(dāng)今技術(shù)發(fā)展水平的超硬刀具，切削速度可比硬質(zhì)合金提高數(shù)倍，大大提高加工效率。

　　3、刀具刀柄

　　刀具刀柄隨著切削速度的提高，主軸／刀柄聯(lián)接性能在離心力的作用下發(fā)生很大變化，直接影響工件的加工精度和表面粗糙度，因此，適應(yīng)數(shù)控機(jī)床和高速加工需要的刀具夾持及其與機(jī)床的連接件， 如HSK 刀柄、熱套刀柄、液壓刀柄等以及其他新型刀柄被廣泛應(yīng)用。

　　4、刀具結(jié)構(gòu)方式

　　為提高生產(chǎn)效率和減少換刀時(shí)間，在汽車(chē)零部件的加工中越來(lái)越多地使用了各種復(fù)合刀具，如鉆鏜復(fù)合、鉆鉸復(fù)合、鉆孔和螺紋加工復(fù)合等各類(lèi)復(fù)合刀具，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的展開(kāi)式刀具滿足了很多特殊的加工要求，有些刀具甚至已發(fā)展成機(jī)、電、液一體化的裝置，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了傳統(tǒng)的刀具的概念；由于動(dòng)力總成加工中大量采用的是流水生產(chǎn)，上道工序的生產(chǎn)直接影響到下道工序的生產(chǎn)，而為了提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本，又采用了大量的組合式刀具及由此引起的非標(biāo)刀具。

　　5、刀具的成本

　　刀具消耗量與很多因素有關(guān)，需要具體情況具體分析；在看總的刀具消耗費(fèi)用的同時(shí)，更重要的是看單件加工產(chǎn)品消耗的刀具成本, 不僅要看直接的刀具成本，更要看刀具對(duì)生產(chǎn)效率的影響及其引起的總的制造成本的變化；新刀的性能、壽命及其采購(gòu)價(jià)格對(duì)刀具費(fèi)用的影響非常大，而可重磨刀具的數(shù)量、重磨次數(shù)及修磨費(fèi)用高低對(duì)刀具的總成本也有著顯著的影響；因此，需要考慮一次性設(shè)備和刀具投資與長(zhǎng)期性刀具消耗費(fèi)用之間的關(guān)系，需要綜合考慮和平衡。

　　6、工藝方法

　　為了充分發(fā)揮高效率柔性線的作用，刀具對(duì)工藝提出了許多新的要求，如盡量考慮同一種刀具能更多地完成同一工件不同工序的加工，努力減少刀具庫(kù)存量，限制換刀頻率，降低制造成本等；同時(shí)還要針對(duì)一些工藝難點(diǎn)，設(shè)計(jì)專(zhuān)用刀具、復(fù)合刀具或智能刀具，以解決加工精度和加工效率之間的問(wèn)題。

　　7、刀具供應(yīng)商

　　刀具的選用包括刀具供應(yīng)商的確定，由于切削加工是一個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題，工藝的變化、機(jī)床、夾具、切削液、切削參數(shù)都對(duì)刀具的壽命有著顯著的影響，而影響加工性能的刀具本身的結(jié)構(gòu)形式、刀具的材料、表面涂層等的確定又與工藝、切削參數(shù)、切削液等緊密相連，選用的刀具都必須經(jīng)過(guò)切削試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)切削試驗(yàn)后確定選用的刀具及其供應(yīng)商；同時(shí)現(xiàn)代汽車(chē)制造業(yè)還要求刀具供應(yīng)商不僅能提供切削加工整體解決方案，并能提供及時(shí)有效的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持，形成與汽車(chē)制造企業(yè)的一種合作伙伴關(guān)系。

　　刀具的管理

　　切削方式采用了高速、高效加工，理論上應(yīng)能提高生產(chǎn)效率，但對(duì)于實(shí)行了流水作業(yè)的生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)，能否真正達(dá)到生產(chǎn)效率的提高，就需要對(duì)生產(chǎn)線的刀具進(jìn)行科學(xué)的管理；為確保生產(chǎn)線能及時(shí)得到符合要求的、數(shù)量足夠的、性?xún)r(jià)比優(yōu)異的刀具，必須對(duì)刀具的維護(hù)和保養(yǎng)、預(yù)調(diào)整和檢測(cè)、刀具壽命等方面實(shí)施有效控制，當(dāng)發(fā)生加工問(wèn)題或刀具問(wèn)題時(shí)，生產(chǎn)線得到快速的響應(yīng)和支持，迅速分析和解決出現(xiàn)的問(wèn)題，以使生產(chǎn)正常進(jìn)行，將各種損失降低到最低限度，因此刀具的管理從以下幾方面進(jìn)行：

　　1、刀具耐用度及換刀頻次高低、換刀時(shí)間長(zhǎng)短

　　以上因素直接影響機(jī)床開(kāi)動(dòng)率，需合理設(shè)定刀具的壽命，并對(duì)換刀時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格控制，需要考慮如何在換一臺(tái)機(jī)床上的各把刀時(shí)，使生產(chǎn)線設(shè)備的停機(jī)時(shí)間最少，同時(shí)要考慮刀具磨損到何種程度時(shí)進(jìn)行換刀能獲得較好的刃磨效果以及最長(zhǎng)的刀具壽命。

　　2、生產(chǎn)線上的瓶頸設(shè)備

　　要控制生產(chǎn)線上各臺(tái)設(shè)備的效率，通過(guò)工作使其達(dá)到同樣的效率，否則高速加工帶來(lái)的高效率由于生產(chǎn)線上某些設(shè)備的瓶頸效應(yīng)，仍然不能實(shí)現(xiàn)。

　　3、刀具的預(yù)調(diào)整和檢測(cè)

　　高效加工刀具的預(yù)調(diào)整和檢測(cè)極為重要，調(diào)刀一次合格率對(duì)生產(chǎn)效率的影響很大，因此，需要考慮要有完善的系統(tǒng)和一系列的管理來(lái)確保生產(chǎn)線及時(shí)得到符合要求的、數(shù)量足夠的刀具，并在發(fā)生加工問(wèn)題或刀具問(wèn)題時(shí)得到快速的響應(yīng)和支持，迅速分析和解決出現(xiàn)的問(wèn)題，以使生產(chǎn)正常進(jìn)行。

　　4、刀具非正常消耗的預(yù)防和控制

　　加強(qiáng)對(duì)刀具非正常消耗的預(yù)防和控制，設(shè)法控制有可能造成刀具非正常消耗的各個(gè)變量，如工件的毛坯質(zhì)量、機(jī)床的穩(wěn)定運(yùn)行、切削液的質(zhì)量、刀具及其涂層的質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性等，要采取各種必要有效的控制手段和預(yù)防措施。

　　5、刀具的保養(yǎng)和維護(hù)

　　建立類(lèi)似于設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)那樣的刀具維護(hù)保養(yǎng)制度，定期對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的刀具進(jìn)行拆檢、清洗、潤(rùn)滑等工作，進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　面對(duì)現(xiàn)代制造業(yè)既要柔性又要高效生產(chǎn)的挑戰(zhàn)，面對(duì)日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和不斷降低制造成本的壓力，刀具選用的合理與否以及刀具管理水平的高低對(duì)高速加工的影響非常重要，尤其對(duì)生產(chǎn)效率和制造成本影響更大。在當(dāng)今如此激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，科學(xué)地選用刀具、有效的管理刀具，將會(huì)顯著提高生產(chǎn)效率，有效降低制造成本，使企業(yè)在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中處于有利地位。