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现代小型精密零件加工技术现今，广大零件加工厂对于不断传来的有关制造业的坏消息，已经习以为常了： 诸如销售下降、员工下岗、外来竞争加剧等等。但是，在精密制造业领域，情况却与 此截然相反：加工厂的运行呈现强劲势头。 有人声称这种现象是金属切削加工业一个不可逆转的发展趋势。这些趋势包括： 品种繁多的小型零件、精密工具技术和&按订单大批量生产&。针对这种需求，开发出了 瑞士切削加工技术。 这种类型的工具和制造技术，最重要的是突出一个&小&字。仅仅用公差严格来描 述这类加工是不够充分的。Remco Swiss 公司的工长 Steve Barani 说：&不精确的刀 具不能在这种加工中使用，例如 0.125mm 的公差是不够用的。&该公司总裁 Vince Robisch 认为 0.125mm 的公差完全不行。 为了说明他的观点，Robisch 总裁以一个直径为 1.575mm 的微型螺钉为例作了 介绍，该螺钉是用铍青铜棒料车成，车削该螺钉时，刀具应紧靠导套，其距离不超过 0.508～0.635mm，否则会将材料顶弯。 Robisch 认为，瑞士式车削法是加工小型零件的唯一方法，其它型式的机床都无 法胜任。这种加工有下述两个特点：(1)有固定导套；(2)有轴向活动式前顶尖座。和普 通车床不同之处是，瑞士式加工车床沿 Z 轴的移动由工件完成，刀具则沿 X 轴作径向 运动。除了刀具和工件的结构形状外，保持精度的一个重要方面是刀具/工件的触点要 尽量靠近机床导套，一般为 0.635～1.016mm。具体大小取决于工件直径，直径小时， 其距离要短些。 Robisch 总裁认为， 加工中， 固定导套加上紧贴其后的刀具--刀具绝不能远离导套。 这两个条件合起来，就可取得高精度。机床头架则带着棒料来回移动，使工件通过刀 具进行切削。图 1 Remco Swiss 公司在瑞士式螺纹车床上生产的零件 (零件高度为 2～17mm) Cox 制造公司总裁 Bill Cox 指出，一方面导套对瑞士式加工至关重要，但另一方 面， 它也带来了不少问题。 这是由于工件长径比变化所致。 这种现象在使用成形棒料(如 正方形和六方形截面)时尤为突出。成形棒料在导套中运转时，产生的车削不均匀性要 比无导套的固定头架式机床严重。 机械式和数控式机床的选择 瑞士式加工用的机床， 可分为凸轮式和数控式两种。 凸轮式机床又可细分为两种： 一种是普通型的&工件转动式&，另一种则是&工件固定式&，刀具绕工件旋转的螺旋进给式车床。 在 Remco 公司，工件旋转式的凸轮机床，远远多于昂贵的数控机床，数量约为 4∶1。同时，像众多瑞士式加工工厂一样，Remco 公司倾向于采用专用刀具和专用凸 轮。该公司总裁 Robisch 声称，我们不采用现成的通用刀具，接到一个新零件的订单， 我们就设计专用刀具，这些刀具只为这个零件服务。完成任务后，把刀具保存起来。 下次又有同类零件需要加工时，就不必重新设计刀具，用户也不必再付刀具费用。 Cox 制造公司认为，凸轮式制造工艺迄今仍很适用并具有生命力的原因是，20 年前用 旧工艺制造一组凸轮，既不精确，费用也高。而今天的凸轮用专用软件设计，在数控 机床上加工，既精确又经济，可以说是数控技术提高了凸轮式机床的功能。 Bay Swiss 制造公司的工长 Dave Branvold 指出，瑞士式加工刀具的特点，除 了小型外，还需要有较大的后角，以减小切削压力，使刀具不致于承受过多的摩擦力。 否则，棒料有可能卡在导套里。这种刀具的第二个特点是需要正前角。直到最近几年， 人们不采用可转位刀片，其原因是满足不了上述要求，这就迫使加工厂不得不用硬质 合金刀坯自行磨制合适的刀片。现在，由于可转位刀片结构性能的改善，使用已日渐 增加。图 2 各种车削用的瑞士式可转位刀片 (现已生产供应) (图中上排自左至右为：35°仿形、直角、切槽、精切兼 55°仿形和仿形车削用 刀片。下排自左至右为：直角和斜角切断、夹头端切螺纹、带侧隙的背面车削、切槽、 切螺纹和后支座端斜角切断) Branvold 提到的情况，在瑞士式加工中不是个别现象。许多加工厂都认为最简 便的办法是用钎焊式硬质合金刀具，自行磨出合适的角度。Branvold、Robisch 和 Cox 制造公司都强调，他们在加工中需要专用刀具。Cox 制造公司认为，我们的刀具是专 为特定用途磨制的。 Stellram 工具公司的技术经理 David Wills 对上述情况表示理解。他说：&我们一 直和这一加工领域保持着联系。作为从欧洲过来的一家专业工厂，我们的优势在小型 车削加工方面。本公司一直寻求在适当的领域里帮助用户：假如用户在其他工具供应 商那里解决不了问题，我们愿与之合作，提供服务。我们的研发部门会帮助其改善质 量和缩短工时。& 对工具供应商来说，瑞士式刀具增长最强劲的部分是在数控加工领域。瑞士式加 工中的数控机床和凸轮式机床不同之处在于：刀具主要采用涂层可转位刀片。Cox 制 造公司声称，在瑞士式数控加工中，我们多数采用可转位刀片。 他并不认为有朝一日所有从事瑞士式加 Micro-Matics 公司总裁 Dick Reiling 指出，工的工艺人员都会停止自制刀具。但是他承认，我们正在试着尽量采用可转位刀具。 尽管它们很贵，但刀具磨损后更换简便，工时损失很少。 市场在增长 是什么力量使瑞士式加工获得不断增长?Stellram 工具公司的技术经理 David Wills 认为，这是高新技术产业拉动了瑞士式加工的发展。零件日益向尺寸小、重量轻 发展，非常规材料的使用也日渐增多，精度要求也很高。一些瑞士式加工的设备供应 商表示：最近两年，他们的业务量增长了 45～50%，而其他任何机床供应商是不可能 在两年内达到 50%的增长。图 3 瑞士式数控车床用的小型可转位刀片 Centary 工具和设计公司的副总裁 Raymond Koontz 同意上述观点。他认为，高 技术领域的需求，特别是计算机产业对精密不锈钢零件的需求，是瑞士式加工增长的 最大原因之一。 例如，在一种双向接触开关上，有两个零件可作为采用瑞士式加工制作的众多零 件的代表。一种是用于根部通道的钛合金插件，另一种是液压系统的钢制针形阀。它 们的特点是细而长且又很精密的零件，内径公差要求 0.01mm，外径公差要求在 0.0076mm。 在装备着瑞士式螺丝车床的工厂里，生产上述类似零件的批量为
件，有时批量更大。单件工时低达 6.5 秒。这种瑞士式加工一般都在专门化的工厂中 进行，而且通常在第一次走刀就切除 90%的留量。这样做的优点是能在长工件加工中 保持同心度，并省去磨削等精加工工序。 然而，瑞士式加工的质量要达到高水平是有条件的：首先是工件毛坯棒料要圆而 均匀。如果棒料有偏差，就会反映到工件上。所以，按瑞士式质量标准生产的铜、钢 和不锈钢棒料，加严了公差，满足了均匀一致的要求。但瑞士式质量标准的冷拔棒料， 并无现货供应。可以用普通冷拔钢加一道去表皮磨削加工来保证其圆度。这样，费用 要增加 15～20%。 Lombord Swiss Screw 公司是一家瑞士式加工厂。它车削紫铜、黄铜、磷青铜、 铝、含铅钢、易切钢、300 和 400 系列不锈钢和镍铬钼合金(8620S)等。该公司总裁 Bernie Seewald 发现，刀具寿命随工件光洁度要求而变，而材料变化的影响更大。例 如，一把刀具加工同样的零件，材料为不锈钢时能切 2000 件，材料为易切紫铜时能切
件，而材料为黄铜时达到 2 件。Seewald 说：“由于 303 和 416 系列不锈钢很难切削，所以我们采用 Carpenter project70 系列不锈钢，它比较 容易切削。刀具一般采用 Micro 100 硬质合金钎焊式刀具，用金刚石砂轮修磨角度。 此外，也采用 TiN 涂层的可转位刀片。” 刀具的寿命与工件的结构设计也有关。例如，加工直角台肩和转角，其刀具寿命就比加工圆角低。对某些材料的直角零件，其刀具寿命只 1000 件。 由于瑞士式加工的机动进给是左旋的，所以各种刀具包括钻头、铰刀等必须是左 切削的。这就使刀具成为非常规品种。例如左切削铰刀就没有稳定的现货供应，使用 厂不得不自制。 在瑞士式加工中，还必须注意刀具和工件之间、工件与机床之间的相互影响。例 如，在加工中使用夹头内置导套虽有助于车削长型零件，但在加工小直径零件时，由 于切削区域的导热能力受到限制，热膨胀的影响就成为问题。所以要限制切削速度， 以免产生过多热量以致把工件焊住在导套里。例如，加工直径 3.175mm，长度为 50.8mm 的零件，其切削速度必须在 27.4m/min 以下。 在瑞士式加工中，尽管新型机床都是数控的，但估计凸轮式机床仍占 60～70%。 即使是数控机床，也是用来加工小型零件，一般棒料最大直径不超过 31.75mm。过大 的棒料会造成装卸困难。例如，直径大至 50.8mm，长度为 3658mm 的毛坯，由于笨 重，所以装卸困难。此外，大尺寸零件要保持严格的公差，就要付出高昂的代价，这 也可以说是对瑞士式加工零件尺寸大小的一种内在限制。 当前在瑞士式加工领域中， 正面临着操作人员、 调整人员和编程人员的严重短缺。 除了人员短缺外， 瑞士式加工中机床的调整和编程也是一项困难的挑战。 通常一台 CNC 机床加工一种新零件， 其调整时间长至 8 小时， 内容包括多至 16 把刀具和多达 7 轴的 刀具路径及其正确依次运作的安排，以及棒料进给器的调整，最终确保加工出合格的 零件。 Rose 培训系统公司的 Steve Rose 说：&标准的培训周期是：培训一名机械操作 人员至一级水平，即能操作瑞士式加工机床，约需 2～3 个月；培训至 2 级水平，即能 调整机床，约需 9 个月；培训至 3 级水平，即学会编程，约需 1 年。&应该说，上述这 些培训还没有包括老式机床的凸轮设计和制造所需要的技能和知识在内。而这些老式 机床至今仍大量用于技术要求较低的零件生产。图 4 带螺纹的钛合金植牙柱 (用作植牙安置椿。这是 Lombar d Swiss screw 公司的瑞士式加工代表产品) 以往，瑞士式加工工厂所使用的刀具是由硬质合金刀片焊接在钢制刀杆上，所以 这类刀具称为钎焊或粘接式刀具。但近年来情况有所变化，很多工具制造商针对瑞士 式加工的需要，推出了更多适销对路的可转位刀片品种。虽然钎焊式刀具的单件成本 较低，而且可重磨 10 多次(甚至上百次)，而可转位刀片只能转几次位后丢弃。但是， 提高劳动生产率的需要使得瑞士式加工工厂增加了可转位刀具的试用。 Whiz Cut(美国) 公司总裁 Tommy Townsend 指出了这种动向。他说钎焊式刀具需从机床上取下重磨， 再把它重新装上机床并调整到正确位置，这件事做起来要比可转位刀具困难得多，而且取下、 重磨、 再安装调整时间长达 5 分钟。 可转位刀具用钝后转个位置只需 11 秒钟， 而且保持刀具和工件的相对位置不变。他认为钎焊式刀具已经是一种过时的技术。假 如把机床辅助时间和劳动工时的损失都考虑在内，钎焊刀具的成本则高达 1000 美元。 现在，工具厂商不断推出新的可转位刀片，任何人都能选到适用的刀片。所以，人们 开始不大使用钎焊刀具了。Townsend 最后指出：&随着瑞士式车削加工的增长，以及 瑞士式加工工厂消费更多的可转位刀片，在美国市场上这类刀具的需求急速增加。我 们已经拥有 150 家用户，这个数字每天都在增加，远远超出了原来的预期。 Manchester 工具公司的瑞士式刀具生产部经理 Dave Strobelt 也认为：瑞士式 加工每年都在增长。但就全美国的金属切削市场而言，比重仍不到 10%。尽管如此， 刀具制造商仍关注着这个潜在的市场。从发展趋势来看，将会有越来越多的工具厂商 提供为瑞士式加工服务的专门刀具品种。 涂层刀片 Manchester 工具公司的瑞士式刀具生产部经理 Dave Strobelt 指出，由于涂层的 使用，使可转位刀片不仅方便高效，而且在改善工件表面光洁度、减少积屑瘤和改善 切屑控制方面都卓有成效。Manchester 公司的双头刀片，经磨锐，并用 PVD 涂覆 TiN 和 TiCN，使刀片在加工 300 系列不锈钢时有效地防止积屑瘤的产生。刀片上的断屑器 还可对这种不锈钢切削时产生的带状切屑予以控制。Strobelt 还指出，该公司生产的一 种 CSV 刀片，经精磨、抛光，达到镜面光洁度，从而保证被切的工件表面更加光洁。 这一点对于小尺寸(直径小于 5mm)的医疗、牙科器件加工至关重要。这种刀片对凸轮 式和数控式机床都很适用。 Stellram 工具公司的 Wills 也指出，小直径和外形复杂是瑞士式车削加工零件的 典型特征。这种零件加工时，要求工具厂提供的刀片经过精细磨锐，使用时可不必对 刀口作额外修整。他还指出，对瑞士式加工的场合而言，单涂层效果最好，过厚的涂 层(5～6μ)反而不适用。图 5 适用于凸轮式机床和数控机床上加工的可转位刀具 (该刀具专为直径 5mm 以下的精密、小型零件制造商服务) NTK 工具公司的助理总经理 Noal Buschmohle 指出，涂层能延长刀具寿命，所 以，NTK 公司销售的瑞士式加工刀片 90%都经过涂层。尽管公司一再强调，用户自行 重磨可能产生裂纹、破损和光洁度恶化等弊病，但仍有一些用户习惯于自行重磨，为 照顾这部分需求，本公司的出厂刀片有 10%不涂层。 Century 工具公司的 Koontz 除了同意涂层对延长瑞士式刀具寿命十分重要外， 还特别强调切屑控制的必要性，特别是切断刀。他认为，Century 的切断刀片末端都开 了条槽，用于&粉碎&切屑。假如没有这条槽，切屑就会卷成 Q 形，然后再折断推出。 这个过程使切屑挡住了冷却油使之无法抵达刃口。而带断屑槽的刀片使切屑刚剥离就立即被粉碎，从而使切削油持续浇向刃口。 刀片基体 瑞士式加工的刀片，绝大部分都用细颗粒硬质合金作基体。 Kyocero 工业陶瓷公司的应用工程师 Brent Lindsey 说，在瑞士式加工中，有少量 刀片采用金属陶瓷和陶瓷。而刀具材料的选择主要取决于加工工序的情况和工件材料。 Iscar 金属(美国)公司的技术培训部主任 Mike Gadzinski 指出，瑞士式加工的刀 片基体基本上都是硬质合金。金属陶瓷刀片在高速条件下应用时，因为切屑流动轻快， 可获得较好的工件表面光洁度。但是，瑞士式加工机床的主轴转速通常不够高，所以 更适于使用硬质合金刀片。在低于 213m/min 的速度下，金属陶瓷无法显示其优势。 Manchester 工具公司的瑞士式刀具生产部经理 Dave strobelt 认为，涂层和基体的优 化匹配程度决定速度和进给量的使用水平。 Stellram 工具公司的技术经理 David Wills 强调，细颗粒硬质合金基体对瑞士式 车削十分重要。但他又认为，刀具性能 60%取决于涂层质量及其结合强度，仅有 40% 才分别是刀片基体和几何参数的影响。 在采访中，所有的工具制造商都同意这样的看法：即随着瑞士式刀具消费量的 日益增加，必将有更多的高效可转位刀具推出，用以取代普通的钎焊刀具。 Manchester 工具公司的瑞士式刀具生产部经理 Dave strobelt 说：&我相信，在用户需 要的刀具品种都能买到的时候，他们就会对可转位刀具树立信心。&数控设备空运行与功能检验的一般要求空运转检验是在无负荷状态下运转机床，检验各机构的运转状态、温度变化、功率消耗、操 纵机构动作的灵活性、平稳性、可靠性及安全性试验。 机床的主运动机构应从最低速度起依次运转，每级速度的运转时问不得少于 2 分钟。 用交换齿轮、皮带传动变速和无级变速的机床，可作低、中、高速运转。在最高速度时应运转 足够的时间(不得少于 1 小时)，使主轴轴承(或滑枕)达到稳定温度。 进给机构应作依次变换进给量(或进给速度)的空运转试验。对于正常生产的产品，检验时， 可仅作低、中、高进给量(或进给速度)试验。有快速移动的机构，应作快速移动的试验。在空 运转过程中,还应该做以下的具体检验。 1、温升检验 、 在主轴轴承达到稳定温度时，检验主轴轴承的温度和温升，其值均不得超过表 5-3 主轴轴承 温度和温升的规定。 表 5-3 主轴轴承温度和温升（ 0C）轴承型式 滑动轴承 滚动轴承 温度 60 70 温升 30 40注：机床经过一定时间的运转后，其温度上升幅度不超过每小时 50C 时，一般可认为已达到稳 定温度。 2、主运动和进给运动的检验 、 检验主运动速度和进给速度(进给量)的正确性，并检查快速移动速度(或时间)。在所有速度 下，机床工作机构均应平稳、可靠。 3、动作检验 、 机床动作试验包括以下内容: （1） 用一个适当速度检验主运动和进给运动的起动、 、 停止 (包括制动、 反转和点动等) 动 作是否灵活、可靠；（2）、检验自动机构 (包括自动循环机构) 的调整和动作是否灵活、可靠； （3）、反复变换主运动和进给运动的速度，检查变速机构是否灵活、可靠以及指示的准确 性； （4）、检验转位、定位、分度机构动作是否灵活、可靠； （5）、检验调整机构、夹紧机构、读数指示装置和其他附属装置是否灵活、可靠； （6）、检验装卸工件、刀具、量具和附件是否灵活、可靠； （7）、与机床连接的随机附件应在该机床上试运转，检查其相互关系是否符合设计要求； （8）、检验其他操纵机构是否灵活、可靠； （9）、检验有刻度装置的手轮反向空程量及手轮、手柄的操纵力。空程量应符合有关标准 的规定。操纵力应符合表 5-4 手轮、手柄的操纵力表的要求； 表 5-4 手轮、手柄的操纵力机床重量(t) 经常使用 使用频繁程度 不经常使用 操纵力(N) 60 100 120 160 ≤2 40 ＞2～5 60 ＞5～10 80 ≥10 1204、安全防护装置和保险装置的检验 、 按 GB 《金属切削机床 安全防护通用技术条件》等标准的规定，检验安全防护装 置和保险装置是否齐备、可靠。 5、噪声检验 、 床运动时不应有不正常的尖叫声和冲击声。在空运转条件下，对于精度等级为Ⅲ级和Ⅲ级以 上的机床，噪声声压级不得超过 75 dB(A)；对于其他机床精度等级的机床，噪声声压级不应超 过 85 dB(A)。 6、液压、气动、冷却、润滑系统的检验 、液压、气动、冷却、 一般应有观察供油情况的装置和指示油位的油标，润滑系统应能保证润滑良好。机床的冷却 系统应能保证冷却充分、可靠。机床的液压、气动、冷却和润滑系统及其他部位均不得漏油、 漏水、漏气。冷却液不得混入液压系统和润滑系统。 7、整机连续空运转试验时间控制 、 对于自动、半自动和数控机床，应进行连续空运转试验，整个运转过程中不应发生故障连续 运转时间应符合表 5-4 整机连续空运转时间表规定。试验时自动循环应包括所有功能和全部工 作范围，各次自动循环之间休止时问不得超过 1 分钟。表 5-4 整机连续空运转时间表数字控制 机床自动控制型式 机械控制 电液控制 一般数控机床 时间（小时） 4 8 16 加工中心 328、检验场地应符合有关标准要求，通常包含以下条件: 、检验场地应符合有关标准要求，通常包含以下条件 （1）、环境温度：15～350C； （2）、相对湿度：45%～75%； （3）、大气压力：86～106kPa； （4）、工作电压保持为额定值的+10% ～ -15%范围在柔性加工生产线中如何提升刀具管理水平随着国内汽车制造业的快速发展， 发动机零部件的机械加工水平不断提升， 为适应激烈 的市场竞争，柔性加工生产线(FMS)应运而生。 建立 FMS 的目的是为解决多品种、中小批量产品生产效率低、研发周期长、产品换型 快等问题。 FMS 要实现自动化加工，各类数控加工中心机床必不可少，高效、高速的先进切削技术 层出不穷，新的刀具结构、新的刀具材料、新的刀具涂层技术和具有新型切削刃几何形状 的刀片也被不断研究和开发出来:为适应数控机床和高速加工需要的刀具夹持系统如 HSK 刀柄、热套刀柄、液压刀柄等新型刀柄获得广泛应用;为提高生产效率和减少换刀时间， 在汽车零部件的加工中越来越多地使用了各种复合刀具，如钻镗复合、钻铰复合、钻攻复 合等各类刀具以及结构复杂的展开式刀具等。 为确保生产线能及时得到符合要求的、数量足够的、性价比优异的刀具，必须对刀具的 维护和保养、预调整和检测、刀具寿命等方面实施有效控制，当发生加工问题或刀具问题 时，生产线得到快速的响应和支持，迅速分析和解决出现的问题，以使生产正常进行，将 各种损失降低到最低限度。 面对现代汽车制造业既要柔性还要高效生产的挑战， 面对日益激烈的市场竞争和不断降 低制造成本的压力， 刀具管理水平的高低直接关系到刀具的成本控制， 刀具管理需要既能 保证生产线及时得到符合要求的所需刀具，又要使库存刀具数量保持在最低的必要水平 上， 使得流动资金的占用及其引起的财务费用降到最低； 并能在发生刀具非正常消耗时做 出及时和快速的反应， 确保生产正常进行。 因此刀具管理成为各汽车制造企业日益关注的 热点。 FMS 运行时，刀具处于一个动态变化的过程中,因此刀具管理就显得十分必要。如何提 高刀具管理水平，需从以下几方面的入手： 1．刀具的优化配置 面对当前激烈的市场竞争， 各机械制造企业特别是汽车制造企业都把提高效率、 降低成 本作为最重要的任务和目标之一，由于切削加工是一个复杂的系统问题，工艺、机床、夹 具、切削液、切削参数的变化都对刀具的寿命有影响，从而引起刀具本身结构形式、刀具 材料、表面涂层等方面的变化。 采用高速、高效加工，理论上应能提高生产效率，但对于实行了流水生产的汽车制造业 来说，要能真正提高生产效率，需对刀具进行合理的策划，优化刀具配置，具体应解决好 以下几方面的工作：（1）高度重视项目规划、投资阶段刀具方面的工作：近年来国内外的工作实践表明， 刀具加工方式不合理可能影响一台价值几百万元设备效率的发挥， 工艺规划阶段对刀具的 设计、选型在很大程度上决定了生产阶段的制造成本和刀具费用，应处理好一次性设备、 刀具投资与长期性刀具消耗费用之间的关系。 有的项目在项目规划时节约了设备投资， 采 用了昂贵的刀具或不合理的切削参数， 造成刀具寿命短以及长期的刀具消耗成本过高的问 题，给刀具管理工作带来很多不利因素。 （2）拟定合理的切削加工参数：加工节拍的快慢直接影响刀具的采购价格和零件制造 成本的高低。 （3）拟定合理的刀具寿命：刀具耐用度及换刀频次高低、换刀时间长短直接影响机床 开动率。 （4）拟定合理的加工工艺路线：合理的加工工艺路线是保证生产线上各台设备均衡性 生产的关键。 （5）提高高速加工刀具预调整和检测水平，保证调刀一次合格率。 （6）加强对刀具非正常消耗的预防和控制，应设法控制工件的毛坯质量、机床的稳定 运行能力、切削液的浓度配比、刀具涂层质量的稳定性和一致性。 刀具配置方案通常是以工艺文件的形式从设计部门逐步移交到生产车间。 刀具配置方案 的优劣直接影响刀具管理水平的提升， 刀具配置方案应以工程语言 CAD 刀具图纸(应包括 刀具类别、刀具供应商、刀柄类型、刀具的长度直径、被加工零件名称、紧固件清单、实 际加工参数等相关信息)来表达刀具信息，刀具图纸和技术数据应采用数字化形式，便于 刀具信息能在各台计算机间传输，实现采购、物流、调整、刃磨、生产线之间的网络化通 讯与管理。 2．刀具的采购、贮存和交换 刀具采购部门根据工艺部门提供的 CAD 刀具图纸核对库存，生成刀具采购清单。 刀具的贮存应将刀具、刀具组件(易损件或耐用件)、可修磨刀具或不可修磨刀具进行分 类并进行存储编号，建立存货管理信息。 刀具交换时能够及时了解到库房刀具积压、短缺预警信息。 3．刀具的分配与调度 零件程序员可根据 CAD 刀具图纸上具有惟一性的刀具编号(如同身份证号码)，对刀库 内的刀具进行直接调用，刀具调整人员根据 CAD 刀具图纸进行刀具预调整，由人工将刃 磨好的专用刀具或购买来的标准刀具，在对刀仪上测量相关数据。测量完成后，与标准刀 套组装好，再将刀具结构参数和刀具代码以及其他有关信息输入到计算机。 4．刀具的监控 刀具的监控主要是为了及时了解正在使用的刀具因磨损而发生的性质变化。目前，监控 主要从刀具寿命、 刀具磨损量的监测、 刀具断裂以及其它形式刀具故障的发现三个方面来 进行。刀具寿命是指刀具的耐用度，即正常情况下，磨损量达到磨钝标准为止总的切削时 间或加工件数。刀具寿命值可以用计算方法求得，但通常都是用实验方法来测定，将测试的寿命值记录在各把刀具的文件中。刀具装入机床后，对加工件数或加工时间进行设定。 5．刀具的信息管理 刀具信息的内容主要包括刀具编码信息及刀具几何形状和属性信息。 刀具信息除了为刀 具管理服务之外，还要作为信息源， 为刀具的合理配置、 生产调度、 库存管理、物料采购、 刀具预调和维修等提供服务。由于 FMS 需要的刀具品种和数量非常多，因此要建立刀具 数据库。 刀具工程师可以针对某个特定加工任务在系统内部数据库中进行搜索， 寻找合适 的匹配刀具，减少刀具品种规格的重复冗余。 传统的企业管理将刀具仅作为一种辅助性的工具来管理，与刀具有关的采购、物流、调 整、刃磨、修理、加工问题解决、刀具优化、成本控制等工作分属到企业内不同的部门分 别管理，这样往往不能及时、按需、高效、低成本地向生产线供应高性能、高质量的刀具， 甚至可能影响生产的正常进行，造成较大的经济损失。随着刀具管理系统的开发与应用， 上述问题及相关业务统一在一个系统中，实现一体化的管理，以此实现统一指挥、协调、 快速响应和高效运作，确保生产获得可靠、有力的支持。 刀具管理系统是现代管理科学与高新技术的有机结合， 具备完善的数据库管理功能， 能 够非常灵活、高效地对不同生产厂家、不同类型的刀具进行多库房管理，规范的出入库操 作， 智能的组合刀具拆装， 丰富的库存统计等多种功能， 可轻松获得刀具的最优资源配置， 有效地降低生产中刀具成本，并在最短时间内完成刀具准备，明显地提高机床的利用率。 刀具管理系统的基本功能应包括： （1）系统管理功能：应具备用户管理、运行日志、数据远程备份、系统初始化、系统 维护等内容。 （2）数据维护功能：具备参考数据定义、组装刀具定义、刀具包定义等内容。 （3）刀柄管理功能：具备刀柄新购、出入库、报损管理、多功能查询等内容。 （4）附件管理功能：具备附件新购、出入库、报损管理、多功能查询等内容。 （5）组合刀具管理功能：具备组合刀具组装、借出、改装、拆卸、多功能查询等内容。 （6）贵重刀具管理功能：具备贵重刀具新购、出入库、打磨维修、报损、维修入库， 刀具寿命管理等内容。 （7）量具管理功能：具备量具新购、出入库、校测、报损管理、多功能查询等内容。 （8）非标刀具设计功能：具备非标刀具的设计、审批、出入库、报损管理、多功能查 询等内容。 （9）库房预警功能：具备多库房管理、新刀具自动编码、刀具使用寿命管理、库房刀 具积压、短缺预警管理、修磨刀具管理等内容。 （10）报表管理功能：具备附件类报表模块、刀柄类报表模块、贵重刀具类报表模块等 内容。 FMS 作为一种技术上比较成熟的先进制造技术，现在已经进入实用阶段并取得较好的 效果。在完整的 FMS 中，必须要有集刀具采购、物流、调整、修磨、刀具质量控制、刀具优化等功能的刀具管理系统作为 FMS 的一个子系统，其目的就是及时而准确地为指定 的机床提供适用的刀具，以便在维持较高设备利用率的前提下，生产出合格产品。通过有 效的刀具管理，能快速地对刀具进行优化，大幅度提高刀具的性能和寿命，提高生产效率 和加工质量水平，显著降低制造成本，使企业在激烈的竞争中处于有利地位。数控机床刀柄系统的选择工具系统的选择是数控机床配置中的重要内容之一，因为工具系统不仅影响数控机床的 生产效率， 而且直接影响零件的加工质量。 根据数控机床(或加工中心)的性能与数控加工工 艺的特点优化刀具与刀柄系统，可以取得事半功倍的效果。 一、数控机床常用刀柄的分类 与普通加工方法相比，数控加工对刀具的刚度、精度、耐用度及动平衡性能等方面要 求更为严格。刀具的选择要注重工件的结构与工艺性分析，结合数控机床的加工能力、工 件材料及工序内容等因素综合考虑。 数控加工常用刀柄主要分为钻孔刀具刀柄、镗孔刀具刀柄、铣刀类刀柄、螺纹刀具刀 柄和直柄刀具类刀柄(立铣刀刀柄和弹簧夹头刀柄)。 二、数控机床常用刀柄的选择 1.刀柄结构形式 数控机床刀具刀柄的结构形式分为整体式与模块式两种。整体式刀柄其装夹刀具的工 作部分与它在机床上安装定位用的柄部是一体的。这种刀柄对机床与零件的变换适应能力 较差。为适应零件与机床的变换，用户必须储备各种规格的刀柄，因此刀柄的利用率较低。 模块式刀具系统是一种较先进的刀具系统，其每把刀柄都可通过各种系列化的模块组装而 成。针对不同的加工零件和使用机床，采取不同的组装方案，可获得多种刀柄系列，从而 提高刀柄的适应能力和利用率。 刀柄结构形式的选择应兼顾技术先进与经济合理：①对一些长期反复使用、不需要拼 装的简单刀具以配备整体式刀柄为宜，使工具刚性好，价格便宜(如加工零件外轮廓用的立 铣刀刀柄、弹簧夹头刀柄及钻夹头刀柄等)；②在加工孔径、孔深经常变化的多品种、小批 量零件时，宜选用模块式刀柄，以取代大量整体式镗刀柄，降低加工成本；③对数控机床 较多尤其是机床主轴端部、换刀机械手各不相同时，宜选用模块式刀柄。由于各机床所用 的中间模块(接杆)和工作模块(装刀模块)都可通用， 可大大减少设备投资， 提高工具利用率。 2.刀柄规格 数控刀具刀柄多数采用 7：24 圆锥工具刀柄，并采用相应型式的拉钉拉紧结构与机床 主轴相配合。刀柄有各种规格，常用的有 40 号、45 号和 50 号。目前在我国应用较为广泛 的有 ISO、GB、MAS403-1982、ANSI/ASMEB5.50-1985 等，选择时 应考虑刀柄规格与机床主轴、机械手相适应。 3.刀柄的规格数量整体式的 TSG 工具系统包括 20 种刀柄，其规格数量多达数百种，用户可根据所加工 的典型零件的数控加工工艺来选取刀柄的品种规格，既可满足加工要求又不致造成积压。 考虑到数控机床工作的同时还有一定数量的刀柄处于预调或刀具修磨中，因此通常刀柄的 配置数量是所需刀柄的 2～3 倍。 4.刀具与刀柄的配套 关注刀柄与刀具的匹配，尤其是在选用攻螺纹刀柄时，要注意配用的丝锥传动方头尺 寸。此外，数控机床上选用单刃镗孔刀具可避免退刀时划伤工件，但应注意刀尖相对于刀 柄上键槽的位置方向：有的机床要求与键槽方位一致，而有的机床则要求与键槽方位垂直。 5.选用高效和复合刀柄 为提高加工效率，应尽可能选用高效率的刀具和刀柄。如粗镗孔可选用双刃镗刀刀柄， 既可提高加工效率，又有利于减少切削振动；选用强力弹簧夹头不仅可以夹持直柄刀具， 也可通过接杆夹持带孔刀具等。对于批量大、加工复杂的典型工件，应尽可能选用复合刀 具。尽管复合刀具与刀柄价格较为昂贵，但在加工中心上采用复合刀具加工，可把多道工 序合并成一道工序、由一把刀具完成，有利于减少加工时间和换刀次数，显著提高生产效 率。对于一些特殊零件还可考虑采用专门设计的复合刀柄。 6.强化工具系统管理工作 随着数控机床数量增加，刀柄的数量会急剧增多。一套拥有 5～8 台数控机床的柔性制 造系统，刀柄数量可达 1000 把以上。如何使这些刀具得到合理有效的利用，是刀具管理的 重点工作。其内容包括：刀柄采购或补充计划的提出；刀具数据的预调；刀具的调度与保 管；刀具寿命情况判断与控制等。 三、数控机床刀柄的发展 1.特殊功能的刀柄 近年来，加工中心上出现了一些特殊功能的刀柄，主要有以下类型。 增速刀柄(增速头)：能实现自动换刀。如日本 NIKKEN 公司的 NXSE 增速头，在机床 主轴速度为 4000r/min 时，刀具可在 0.8s 内转速达到 20000r/min。 多轴刀柄：它能同时加工多个孔，相当于多轴加工头。多轴与增速刀柄组合使用可构 成双功能的多轴增速刀柄。内冷却刀柄：该刀柄与芯部开有冷却液通道的麻花钻或深孔钻配合使用，利用特殊的 供油系统，将高压切削液喷注到切削部位，实现良好的冷却与润滑，并排除切屑。 转角刀柄：这种刀柄的头部可作 30o、45o、60o、90o 等角度旋转，具有五面加工功能。 安装在立式加工中心上，可使立式加工中心具有卧式加工中心的功能，可用于深型腔的底 部清角作业。 2.新型高速切削刀柄 随着数控机床高精度高速切削技术的发展，适应高速切削的刀柄系统好得到研制与开 发。如德国 OTT 公司的 HSK 刀柄和美国 Kenamental 公司的 KM 刀柄等，其轴向定位精度 可达 0.001mm，且在高速旋转下，刀夹锁紧更为牢固，径向跳动不超过 5?m。HSK 刀柄是 一种典型的 1:10 短锥面、锥柄和主轴端面同时接触的双定位型空心刀柄，其主要特点为： ?采用锥面、端面过定位的结合形式，能有效地提高工具系统的连接刚度，且重复定位 精度高； ?采用空心结构和缩短锥部长度，刀柄质量较轻，可缩短换刀移动距离，加快换刀速度， 有利于实现高速自动换刀； ?采用 1:10 锥度，锥柄较短，楔形效果好，有较强的抗扭能力，且能抑制因振动而产生 的微量移位； ?刀柄与主轴间由扩张爪锁紧，转速越高，扩张爪的离心力(扩张力)越大，锁紧力越大， 具有良好的高速性能。 ?为提高刀具系统在高速状态下的动平衡精度，可在刀柄上安装自动校正动平衡装置。
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