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名称 标注方式 说明
公制螺纹(MM牙)
牙深=0.6495*牙距P
(牙角60度)
内牙孔径=
公称直径-1.0825*P
M20x2.5-6H/7g (右手)-(单头螺纹)-(公制粗牙)
(公称直径20mm) (牙距2.5mm)
(内螺纹配合等级6H)
(外螺纹配合等级7g)
左-双头-M20x1.5 (左手)-(双头螺纹)-(公制细牙)
(公称直径20mm) (牙距1.5mm)
美制螺纹
(统一标准螺纹)
牙深=
0.6495*(25.4/每吋牙数)
(牙角60度)
3/4-10UNC-2A
(UNC粗牙)(UNF细牙)
(1A 2A 3A 外牙公差配合等级)
(1B 2B 3B 内牙公差配合等级)
UNC美制统一标准 粗牙螺纹
外径3/4英吋,每英吋10牙
外牙 2级公差配合
管螺纹(英制PT)
牙深=
0.6403*(25.4/每吋牙数)
(牙角55度)
PT 3/4-14 (锥度管螺纹) 锥度管螺纹,锥度比1/16
3/4英吋管用,每英吋14牙
管螺纹
(PS直螺纹)(PF细牙)
牙深=
0.6403*(25.4/每吋牙数)
(牙角55度)
PS 3/4-14 (直形管螺纹)
PF1 1/8-16 (直形管螺纹)

(细牙)
直形管螺纹
3/4英吋管用,每英吋14牙
1 1/8英吋管用,每英吋16牙
管螺纹(美制NPT)
(牙角60度)
NPT 3/4-14 (锥形管螺纹) 锥形管螺纹,锥度比1/16
3/4英吋管用,每英吋14牙
梯形螺纹
(30度 公制)
TM40*6 公称直径40mm 牙距6.0mm
梯形螺纹
(29度 爱克姆螺纹)
TW26*5 外径26mm,每英吋5牙
方形螺纹

车牙的计算

考虑条件 计算公式
公制牙与英制牙的转换 每吋螺纹数 n = 25.4 / 牙距 P
　　　牙距 P = 25.4 / 每吋螺纹数 n
因为工件材料及刀具所决定的转速 转速 N = (1000周速 V ) / (圆周率 p * 直径 D )
因为机器结构所决定的转速
刀座快速移动的影响 车牙最高转速 N = 4000/ P
刀座快速移动加减速的影响
下刀点与退刀点的计算
(不完全牙的计算) 下刀最小距离 L1
L1 = (牙距 P ) * (主轴转速 S ) / 500
退刀最距离 L2
L2 = (牙距 P ) * (主轴转速 S ) / 2000
牙深及牙底径d 牙深 h =0.6495 * P
牙底径 d =公称外径 D - 2 * h


* 例题：　车制外牙3/4"-10UNC　20mm长
*
公制牙与英制牙的转换 牙距 P = 25.4 / (吋螺纹数 n)
　　 P = 25.4 / 10 = 2.54mm
因为工件材料及
刀具所决定的转速 外径 D = 3 / 4英吋 = 25.4 * (3/4) =19.05MM
转速 N = (1000周速V) / (圆周率 p * 直径 D )
　　 N = 1000V / pD = 1000 * 120 / (3.1416*19.05)
　　　 =2005 rpm (转/分)
因为机器结构所决定的转速
刀座快速移动的影响 车牙最高转速 N = 4000 / P
N = 4000/2.54 = 1575 rpm
综合工件材料刀具及机械结构
所决定的转速 N = 1575 转 　　N = 2005转
两者转速选择较低者,即1575转
刀座快速移动加减速的影响
下刀点与退刀点的计算
(不完全牙的计算) 下刀最小距离 L1
　　L1 = (牙距P) * (主轴转速S) / 500
　　L1 = 2.54*1575/500=8.00mm
退刀最小距离 L2
　　L2 = (牙距P) * (主轴转速S) / 2000
　　L2 = 2.54*1575/2000=2.00mm
牙深及牙底径d 牙深径 d = 公称外径 D-2*h =19.05-2*1.65 = 15.75mm
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硬 质合金可转位铣刀铣削加工钢时，一般不浇注切削液，当切削液量充足可进行充分冷却时，也可浇注切削液(一般为水溶性切削液)。精铣时，为提高刀具寿命和被 加工件表面质量，最好使用切削液充分冷却。硬质合金铣刀浇注切削液时，必须与切削同时或提前进行，不允许切削中途开始浇注。

铣削不锈钢时，一般采用非水溶性切削液，以改善铣削性能。

铣削铸铁时，一般不用切削液，只有在极少情况下为了解决切削中的粉尘问题时，才使用切削液。

铣削铝合金时，可采用切削液，主要目地是冷却和提高被加工件的表面质量。

立铣刀、三面刃铣刀加工槽时，因为是封闭式切削，温度较高，建议使用水溶性切削液或压缩空气充分冷却。


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1.刀具管理的意义及其面临的挑战

机械制造业的生产过程涉及大量的机械加工，特别是金属切削加工所加工产品的尺寸、形状、位置精度、表面形貌等都与刀具有关，刀具的性能、质量及其管理直接 影响到能否顺利加工出所需要的合格产品，影响到加工节拍和生产效率，影响制造成本的控制和降低，关系到制造型企业的核心竞争力，这在汽车制造业中表现得更 为突出。
（1）汽车制造业中刀具发展和应用的新特点
现代汽车制造业的机械加工及其所用刀具技术近年来发展特别快，高新技术被大量采用，在加工工艺、切削方式、刀具结构、刀具材料、表面工程等方面都已有了与 过去传统机械加工很大的不同点，首先是大量采用柔性加工生产线，采用高效、高速切削，各类数控加工中心机床被大量采用，与此相应的是超硬刀具如CBN(立 方氮化硼)、PCD(聚晶金刚石)刀具和新型硬质合金刀具被大量采用，由表面工程和摩擦学技术最新发展所获得的各种新型涂层应用在刀具表面，新的刀具结构 和具有新型切削刃和几何形状的刀片被不断研究和开发出来，适应数控机床和高速加工需要的刀具夹持及其与机床的连接件如HSK刀柄、热套刀柄、液压刀柄等以 及其他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、钻孔和螺纹加工复 合等各类复合刀具，结构复杂的展开式刀具满足了很多特殊的加工要求，有些刀具甚至已发展成机、电、液一体化的装置，已远远超越了传统的刀具的概念。刀具需 要维护和保养，需要预调整和检测，刀具寿命需要得到控制，需要有完善的系统和一系列的管理来确保生产线及时得到符合要求的、数量足够的刀具，并在发生加工 问题或刀具问题时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，并且包含刀具费用在内的制造成本应具有足够的市场竞争力，所有这些 都对刀具的管理提出了与过去不同的全新的要求。
面对机械加工和刀具技术的高速发展，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，刀具的管理成为各汽车制造企业日益关注的热点。
（2）刀具及其管理对生产效率的影响
刀具的性能与质量直接影响到能否顺利加工出所要求的合格产品，刀具能否满足高速切削的要求，刀具寿命如何及换刀频次高低都直接影响生产线开动率，影响到加 工节拍和生产效率，而能否按时和保证质量地将调整或修磨好的刀具提供给生产线又将直接关系到生产能否正常持续地进行下去。由于汽车工业中大量采用的是流水 生产，上道工序的生产直接影响到下道工序的生产，而为了提高生产效率和降低生产成本，又采用了大量的组合式刀具及由此引起的非标刀具，因而一把关键的刀具 特别是非标刀具如不能按时供应，就会如同串联电路中一个元件损坏引起整条电路瘫痪一样，会造成整条机加工生产线停产，而如果没有应急措施或不能快速反应， 还有可能造成总成装配线甚至汽车总装配线停产，由此可见刀具及其管理对汽车生产的重大影响。
（3）刀具及其管理对制造成本的影响
刀具及其管理费用在汽车零部件制造费用中占有相当重要的一部分。一般情况下，一个年产几十万台发动机和变速箱的工厂，每年刀具费用可能会达到几千万乃至上 亿元人民币。此外，刀具和刀辅具库存还要占用大量流动资金。因此，降低刀具费用就成为了汽车制造企业的一项十分重要、迫切而又难度颇大的任务。而刀具费用 的降低又与新刀具、新工艺、新技术、新材料的采用紧密相关，与刀具的采购、物流、调整、修磨、刀具质量控制、刀具优化等一系列的刀具管理工作紧密相联。
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，又能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。
刀具消耗量与很多因素有关，需要具体情况具体分析。在看总的刀具消耗费用的同时，更重要的是看单件加工产品消耗的刀具成本,不仅要看直接的刀具成本，更要 看刀具对生产效率的影响及其引起的总的制造成本的变化。新刀的性能、寿命及其采购价格对刀具费用的影响非常大，而可重磨刀具的数量、重磨次数及修磨费用高 低对刀具的总成本也有着显著的影响；同时，还要注意一次性设备和刀具投资与长期性刀具消耗费用之间的关系，有的项目有可能在项目规划时节约了设备投资，却 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，需要综合考虑和平衡。

2.刀具一体化管理的出现和发展

在现代汽车制造业中，刀具的管理已不再是简单的采购刀具、库存刀具以及等待生产线人员来领取刀具的传统概念，伴随汽车制造业大批量、柔性化生产和高新技术 的大量采用，刀具的应用及其管理已发展成为一门专门的专业，它涵盖了刀具规划、采购、物流、调整、刃磨、修理、现场技术支持、加工问题分析和解决、刀具优 化和刀具成本控制等多方面内容，需要有全新的理念和方法，有一套完善的体系来运作和控制，以期达到预定的目标。
（1）刀具一体化管理与传统刀具管理的区别
传统的企业管理中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、成本控制等业务分属本企业内 不同的部门分别管理，未认识到在大批量流水生产的现代化汽车制造企业中，特别是采用了高速、高效加工和柔性生产线以后，如何及时、按需、高效又低成本地向 生产线供应高性能、高质量刀具与先进的刀具管理理念和刀具管理系统紧密相关，如无可靠、受控、有效的刀具管理系统，不仅不能实现高速、高效加工，而且有可 能使生产的正常进行都成为问题，也有可能造成严重的产品质量问题和制造成本高昂。
近年来探索和发展起来的刀具一体化管理，充分认识到了与刀具有关的机械加工和相应的刀具准备是一个复杂的系统问题，系统问题就要用系统的观点和系统的方法 来解决，将与刀具有关的采购、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。
（2）刀具管理外包的应用
刀具管理外包是根据价值链和社会大分工及规模效益的理论，出于对市场竞争快速反应、提高效率、减少一次性投入、降低制造成本和发展与保持竞争优势的需要， 利用社会资源对刀具涉及的方方面面进行一体化的管理，对有关业务流程进行重新整合，实现资源优化配置，获取差异化的竞争优势，以求获得更高的效率、更高的 质量、更低的成本和最大的投资回报。
刀具管理外包于二十世纪九十年代初出现在北美的美国通用汽车公司，这时可以称为刀具管理发展的第一阶段，实行的是初级层次的刀具管理外包，第一阶段的刀具 管理外包仅负责刀具的采购和库存管理。九十年代中期刀具外包管理的概念和做法逐渐传播到欧洲、南美洲，随后又传到亚洲和大洋洲，出现了专门从事刀具管理的 专职公司，如奥地利的TCM公司、美国FSS公司等。1996年在匈牙利的欧宝公司出现了现在意义上的较高层次的刀具管理，随后在波兰的大众汽车公司、 TRW公司等都开始应用刀具外包管理。
这期间，北美的汽车制造企业更广泛地推行了现代刀具外包管理，2000年，美国通用汽车公司决定在所有的动力总成新项目中实行第二阶段的刀具管理外包，在 第二阶段的刀具管理外包中，刀具管理外包供应商不仅要负责第一阶段刀具管理外包所要承担的全部工作，还要负责刀具的调整、修磨和工程方面的工作。目前通用 汽车公司已有多个工厂实施刀具管理外包，如Flint Engine South，Warren Transmission，Silao Engine Plant，Ypsilanti Transmission等工厂。
随着汽车市场竞争的激烈和刀具管理对现代汽车生产的重大影响为越来越多的汽车制造企业高层领导所重视，越来越多的汽车制造企业开始重视刀具的一体化管理， 试图在刀具管理方面作出新的探索，包括应用刀具管理外包这种模式。上海通用汽车公司从建设初期就规划并采用了刀具外包管理，上海合创企业公司与美国 Valinite刀具公司合作承担了上海通用汽车公司动力总成厂的首期刀具管理任务，2002年起TCM中国公司在中国第一次以按单件工件加工所需刀具费 用的方式承接了上海通用汽车公司动力总成厂的刀具管理任务。随后德国蓝帜公司也承接了大众汽车变速器(上海)公司的刀具管理任务。国内已有相当一部分工厂 正在考虑或已开始着手采用这种新的刀具管理模式，如一汽大众、上海大众、奇瑞汽车、上汽通用五菱甚至韩国的汽车公司都曾组织力量研究和了解有关刀具一体化 管理的经验，有的也准备采用刀具管理外包这种模式，如现在上海大众动力总成有限公司已采用刀具管理外包，上汽通用五菱也正着手实施刀具管理外包。
（3）刀具一体化管理的不同模式
刀具一体化管理可以有不同的实现模式，可以通过外包的方式实现刀具一体化管理，也可以由需要刀具管理的企业自营一体化管理，也可以通过由发包企业参股设立 的刀具管理公司来进行，其共同点是要实现统一、和谐的系统，并要确保该系统受控和高效运转。不同的模式各有长处和短处，需要依据企业的自身情况和战略考 虑，采用最有利于提高企业核心竞争力的做法。
刀具一体化管理的不同的模式，各有其特定的应用条件，关键是要适合本企业的内、外部条件，具体情况具体分析，采取相应的对策，以达到预期的目标，获得理想 的效果。对于采用哪一种模式进行管理，需要综合考虑多方面的因素，如项目的性质、企业的供应链管理方法、建立和更新过程的成本、刀具方面设备的投资、人力 资源的考虑和安排、物流成本、刀具库存成本的考虑和死库存风险的大小、设备维修的成本、对由于刀具供应或刀具质量造成的生产损失的风险控制等，还要考虑外 包市场的成熟度和可供选择的外包供应商的数量和质量等多方面情况。
刀具管理的概念和创新正不断向深入发展，在管理模式上、管理方法上、控制机制上、绩效评估上都有很多问题需要回答，需要进一步的探索和实践。


3.刀具管理的发展趋势和进一步的探索

刀具管理所具有的重大意义和所面临的挑战，要求继续对刀具一体化管理进行探索和创新，研究分析比较不同模式的特点和实施方法，探索通过刀具管理进一步提高 效率和降低成本的途径和方法，探索进一步增强对刀具管理系统实行有效控制的机制和手段，进行技术创新、管理创新、体制创新和机制创新，创造新的理论和经 验。
（1）刀具管理中精益生产理念的贯彻
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，而精益生产的理念和生产方式就是实现这一 目标的最有效的手段。精益生产的一个核心理念就是消除一切浪费，现在很多的汽车制造企业都已按照精益生产的方式来规划和组织生产，这就对刀具管理提出很多 新的需求，同时刀具管理本身也需贯彻精益生产的理念，实现体现精益思想的刀具管理。
汽车生产实现精益生产后，按照拉动式方式组织生产，中间库存和在制造品都会变得很少，加工中使用的刀具如果出了问题又不能及时得到解决，就有可能由于影响 一道工序的生产变成影响整条生产线的生产，严重时还有可能造成总装线的停产，所以刀具管理承受的压力就变得更大，必须通过有效、科学的管理，确保刀具的按 需供应和刀具的性能优良及质量稳定可靠，同时还要设法使刀具的性价比提高，不断降低刀具成本和刀具管理的成本。
而为了满足这些要求，刀具管理本身也要实现精益的管理，其中很重要的一个方面是如何科学地组织刀具的采购和包括库存管理在内的刀具物流。需要研究和探索如 何在确保生产线正常运转的情况下降低刀具的库存资金占用、优化刀具的最低库存设置、刀具的采购起始点、刀具的合理采购频率和采购批量，建立有效的刀具预警 机制、应急机制和快速响应机制，有科学有效的方法跟踪、监控刀具库存状态和采购状态。需要根据消除一切浪费的精益生产的理念，对设的利用、人力资源的安 排、包括刀具收送刀和调整及刃磨等在内的刀具物流的路线不断地进行优化和及时调整，重构相应的流程，同时需切实实施刀具有关设备和检测仪器的预防性维护， 以确保贯彻了精益理念的刀具管理工作对实施了精益方式的生产提供有效可靠的支持。
（2）满足高速加工和高效加工的要求
切削采用了高速、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，能否真正达到生产效率的提高还需要通过刀具管理对以下几方面因素加以控制：
①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，需高度重视刀具寿命的合理设定和换刀控制，需要考虑如何在换一台机床上的各把刀时，使生产线设备的停机时间最少，还要考虑刀具磨损到何种程度时进行换刀可获得较好的刃磨效果和最长的总体刀具寿命。
②切削参数提高后对刀具要求的提高及其价格的变化对总的制造成本的影响，要考虑刀具成本变化与生产效率变化带来的制造成本之间的综合平衡。
③生产线上各台设备能否达到同样的效率，否则高速加工带来的高效率由于生产线上某些设备的瓶颈效应，仍然不能实现。
④高速加工刀具的预调整和检测极为重要，调刀一次合格率对生产效率的影响很大，需通过完善的质量体系对其加以保证。
⑤加强对刀具非正常消耗的预防和控制，注意设法控制有可能造成刀具非正常消耗的各个变量，如工件的毛坯质量、机床的稳定运行、切削液的控制、刀具及其涂层的质量稳定性和一致性等等，采取各种必要和有效的控制和预防措施。
⑥加强对复合式和展开式刀具的管理，建立类似于设备维护保养那样的刀具维护保养制度，定期对结构复杂的刀具进行拆检、清洗、润滑等工作，进行预防性维护保养。
（3）适应现代制造业信息化发展的要求
适应现代制造业信息化发展的要求，刀具管理的信息化和网络化正在快速发展，一方面是现代制造企业的信息化管理要求将刀具管理纳入企业的信息系统中，另一方 面是刀具管理本身越来越需要先进的、可靠的基于计算机技术、网络技术和信息技术基础上的刀具管理信息系统提供强有力的支持。
刀具管理需要建立起包括有关刀具的技术信息、应用信息、商务信息和管理信息等在内的完整、准确的数据库，刀具管理需要实现采购、物流、调整、刃磨、生产线 之间的网络化通讯与管理，调刀设备与加工设备之间在必要时进行直接的刀具信息交换，实现实时的刀具寿命设定、换刀控制和性能跟踪以及刀具成本分析的控制， 并实现现场、备刀、库管、采购、修磨、技术、图纸及文件控制和更改等刀具有关的各个方面的交互联系、动态跟踪和及时的反应与控制，还要实现与企业其他有关 部门的联系和协调管理。
由此可见，对刀具管理信息系统的要求是很高的，其不仅需要处理很多管理类型的信息，还需要能够处理很多技术类型的信息。目前国内外已有的很多ERP 软件，擅长于处理企业管理的很多方面的事务，可是还无完善的能处理刀具管理这个特殊领域的模块，而一些信息公司包括一些刀具制造公司开发出的一些专用的刀 具管理软件，目前还不完善，其与企业的ERP软件的连接也有待开发和改进，这方面还有很多工作要做，但这将是刀具管理中极为重要和具有极大发展潜力的一个 领域。
（4）系统工程方法的进一步应用
由于切削加工是一个系统问题，工艺的变化、机床、夹具、切削液、切削参数都对刀具的寿命有着显著的影响，而影响加工性能的刀具本身的结构形式、刀具的材 料、表面涂层等的确定又与工艺、切削参数、切削液等紧密相连，刀具的选用包括刀具供应商的确定，都必须经过切削试验，经过切削试验后确定的刀具及其供应 商，非经严格的试验和审批、控制流程是不能随便更改的，这种种因素都影响到刀具的消耗和成本，对不同的产品、不同的加工工艺、不同的生产设备等所组成的系 统的刀具成本进行比较也很不容易。
系统的问题必须用系统的观点和方法来分析和解决，所以刀具管理需要更注重采用系统工程的方法来分析和解决与刀具有关的机械加工问题，更注重组织和协调管 理，与工艺、设备、夹具、工件毛坯、冷却液、刀具供应商、涂层服务商等多个方面进行协同工作，刀具的材料、结构、表面涂层和从切削部分、夹持部分直至与机 床的接口部分的各因素及其与其他因素的相互作用和关系将被联系起来分析和研究，以发现问题的原因和寻求控制措施，获得新的解决方案。
需要高度重视项目规划投资阶段的刀具方面的工作，近年来的工作实践和国内外的经验都表明，一把价值几万元的刀具有可能影响一台价值几百万元的设备的效率的 发挥，工艺规划阶段对刀具的设计和安排在很大程度上决定了生产阶段的制造成本和刀具费用。需要设法探索如何在项目的规划设计阶段就对刀具的设计选用加以更 有效的管理和控制，并向设备供应商和刀具供应商提出项目投产后对刀具的耐用度和有关使用成本的基本要求，对投产后生产中将发生的刀具费用和制造成本在项目 的规划阶段就有预测和控制，这将大大提高新项目实施后的技术经济效益。
（5）刀具管理不同模式的进一步探索
出于市场竞争和力求获得比竞争对手更低的制造成本的压力，不断地降本增效将是制造业和刀具管理所面临的长期的任务和挑战，刀具管理的哪种模式或哪种管理途 径及方法能更有利于迎接这种挑战，更有利于达到预定的目标，将是企业管理者和从事刀具管理的人们所需要回答的问题，需要理论上的深入分析和研究，也需要不 断的实践和探索。
在研究、分析和比较不同的刀具管理模式和方法时，一定要注意应用科学的方法，客观、全面地考察和分析问题，例如，对于刀具成本的比较和分析就要注意，一是 需将很多隐性的费用支出显性化，包括需考虑是否有计入其他部门的与刀具及其管理有关的人力、物力、财力的支出未显性表达出来；二是刀具管理对成本的影响还 表现在对生产效率的影响、对生产柔性化的影响、对市场快速响应的影响以及企业组织、人力资源管理等的影响。
根据实践的经验和长时期的分析研究，刀具管理外包要能够真正实现理论上所提出的各项益处，达到预定的目标，以下各要素是获得成功必须注意的，其如何得到真正贯彻是需要实践中作进一步探索的：
①刀具管理外包是企业的战略决策，而不是一项权宜之计。高层次的刀具管理与机械制造企业的核心业务紧密相关，是否进行外包以及进行哪一级层次的外包都需要认真和全面的分析，需要有科学的分析评估方法和完善的外包决策机制。
②由于刀具管理业务的特殊性，刀具管理的发包方与承包方具有很高的相关性，双方都需要切实贯彻双赢理念，只要有一方在指导思想上和实际行动上违背这一原则，都会导至不能达到外包预期的目标，如何在实践中真正贯彻双赢的理念需要双方的共同努力。
③为了使双方都可以做较长期的打算和进行相应的投资，并有利于稳定员工队伍和工作经验及知识的积累，克服供应链中的薄弱环节，需要探讨如何能建立较为稳定的合作伙伴关系又不致于形成过份依赖的途径。
④ 承担刀具一体化管理外包任务的供应商，是一家独立的公司，可是由于刀具管理任务的特殊性，其在客户现场的运作就相当于客户的一个虚拟部门，必须按照客户的 各项指令，快速完成各项布置的任务，如何实施这一虚拟部门的运作和实现对其的有效控制是一个需要继续探索的课题。
⑤如何运用系统工程和控制工程的方法来分析和解决刀具管理中遇到的种种问题，如何既保持高效率又不失去必要的约束和控制将是刀具一体化管理需要认真研究和思考的问题。

4.结语

刀具及其管理是现代管理科学与高新技术应用的有机结合，刀具及其管理对机械制造业的重要性、对生产效率和制造成本的重大影响正引起越来越多的机械制造企业 高层管理者的重视和思考。在当今如此激烈的市场竞争中，科学、有效、不断完善的管理，将显著提高生产效率，有效地降低制造成本，使企业在激烈的竞争中处于 有利地位。越来越多的机械制造企业正试图改进对刀具的管理，探索新的刀具管理模式或管理方法，应用刀具一体化管理，试图通过有效的刀具管理及其管理下的刀 具优化过程，大幅度提高刀具的性能和寿命，提高生产效率和加工质量，显著降低制造成本。刀具管理将发展到一个新的阶段，刀具管理的理论和方法将得到不断的 完善，在实践中获得进一步的探索和发展。
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在高性能切削中，五种能提升切削刀具性能的方法已经显著改善了切削刀具的经济性。缩短刀具供货时间并提高其质量还能使用户获得更大的收益。
目前切削刀具除去其自身功能以外而被作为“合理化工具”的应用正不断提升其经济性。这得益于不断进行的多方面的刀具开发，而不是仅仅通过孤立的性能优化来 实现。例如，仅通过延长刀具使用寿命——通常采用当今广泛沿用的肤浅评价标准——来降低加工成本的作用相对有限。

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图1 具有不同螺旋线升角的铣刀较大轴向进给量情况下的低振动铣削：多功能带柄铣刀"DHC"能进行粗加工和精加工

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图2 HPC应用范围在很多实例中，HPC刀具的实际功率并得到未充分利用，这也是一个值得关注的潜在改进方向。
生产工程中的整体平衡对于切削刀具，尤其与HPC(高性能切削)相匹配的切削刀具，所产生的影响也不能仅仅归因于切削时间的急剧上升。其实HPC更多的是 作为单个措施带来收益。只有在全面考察所有单个措施之后才能得出刀具的真实性能参数，而下面的每一个措施都能不断优化其性能：

* 将使用寿命提升1500%；
* 摆脱不稳定比例关系的影响，减小切削过程中的振动；
* 将每齿进给量提高500%；
* 将切削时间提高超过200%；
* 在粗加工中获得精加工的精度并提升刀具的多功能性。

如何利用大功率切削中的自由增长能量？
这五个性能优化措施的整体平衡能显著提高各技术优势带来的经济性。用户可以明显地感受到缩短供货时间和提高刀具质量所带来的收益。
技术飞跃的前提是需要解决下面的所有问题，这些都是由蓝帜(LMT，Leitz Metalworking Technology)在其进行全面技术革新项目的开始阶段所提出的：
如何降低刀具对加工过程中其他部分(机床、工件和夹具)产生的静态和动态力学方面的作用，从而降低这些作用力并同时利用大功率切削中潜在的能量？
解决这些问题的有说服力的方案的出发点是切削角“调整螺栓”、切削力分配和切削策略。LMT集团最新的硬质金属基材和涂层，以及现代化的装夹技术为通过最高科技水平来实现加工目的提供了必要的框架概念。
具有尽可能大切削前角和切削螺旋角的刀具几何形状
下文所述的五种显著提高HPC性能解决方案中的第一种以新的刀具几何形状为基础，即具有尽可能大的切削前角和切削螺旋角(以不影响切削稳定性为前提)。
LMT集团Kieninger公司开创了一种名为Lahr的全新方法，即采用由球面和螺旋形切削结构组成的硬质金属刀片WPR-AR (AP Application Roughing)。这种新式刀片与没有螺旋形切削结构的转盘刀片WPR-16-CF相比，能带来性能飞跃：刀具寿命提高了1680%。这个数值是经过使 用直径16mm的带柄刀具按照以下条件对材料1.2344进行铣削而获得的：
切削速度Vc=326米/分，转速n=6500转/分，每齿进给量fz=0.2毫米，进给速度Vf=2500毫米/分，ap=3毫米，ae=4毫米。
刀具使用寿命因此由20米提高到了337米。
配备两把可转位刀片进行切削加工
HPC的第二种解决方案依靠引入低振动切削(LVC， low Vibration Cutting)来实现。这种创新切削策略的原理是分段完成端面切削和使用刀具上两把位置不同的可转位刀片来完成圆周切削。这样的“分段切削方式”能在相 对较短的切削长度上产生相对较大的切屑，从而降低振动和切削力，并且能兼顾不稳定情况从而获得相当稳定的切削过程。
下面是切削工具的低振动实例：用一把63毫米直径的铣刀和六个可转位刀片加工52号钢工件，总悬臂长度为280毫米，切削条件如下：Vc=160米/分， n=1000转/分，fz=0.4毫米，Vf=1900毫米/分，ae=20毫米，ap=3 毫米。这种可以节省切削力和提高切削质量的分段切削方法，正如LMT公司所使用的可转位刀片铣刀——黑色表面带润滑的“TwinCut Vario”刀具——取代了一体式的带柄刀具。在具有润滑的全硬金属带柄铣刀“DHC”(可变螺旋线铣刀，图1)的实例中，选择不同的螺旋线节距进行铣削 会产生不同截面积的切屑。通过这种方式就可以有效抑制简谐振动(同步共振)，从而提高刀具和整个加工过程的稳定性，最终获得最小粗糙度的切面。此外，使用 高性能刀具还能给制造过程带来更薄的壁厚，正如在飞机制造中整体结构件所要求的那样。这种方法对于获得良好的表面质量、较大的测量和成型精度的经济性具有 重要意义。
# 通过“扩展”的方式还能使刀具获得多样性功能，均适用于粗加工和精加工，并降低换刀费用并缩短生产周期。 下面是使用如图1的刀具进行粗加工和精加工的实例：
对材料1.2312进行铣削：

* 粗加工：铣键槽，ae=12毫米，
ap=24毫米(2×D)；
* 精加工：铣倒角，ae=0.5毫米，
ap=15毫米；

更大的切削半径可以降低径向切削分力
第三种HPC方案是“MultiEdge Feed”系列中的大进给量铣刀。这种刀具按照HFC(大进给量切削)的原理进行工作；与转盘刀具相比，这种刀具以更高的进给速度、更小的轴向进给量而著 称。这种方法通过采用相对较大的切削半径从而明显减小切削迎角和径向切削分力。
在加工工具钢时，通过这种方法可以将全硬金属铣刀“MultiEdge Feed”的每齿进刀量设定为1毫米(刀具直径12毫米)。同一系列的可转位刀片铣刀“MultiEdge Feed”甚至可以使刀具的每齿进刀量达到5毫米。这比装备转盘铣刀“RCKX”的每齿进刀量提高了500%。
尽管与使用转盘刀具相比，这种方法只能使轴向进给提高30%到50%，却能将工作时间提高约200%。所有大进给量的实际应用都与机床及其最大进给速度有关。

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图3 十二级台阶状分段式刀刃可以很清楚地展示“MultiEdge 4X”可转位刀片的刀刃几何形状特性。

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图4 带有断屑器的可转位刀片，使用断屑器可以得到不同横截面积的微小切屑。自激简谐振动能够得到减弱，切削力得到减小。

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图5 使用MultiEdge 4X可转位刀片“XOKX”可以将刀具使用寿命延长30%，将工件表面加工质量提高50%。
图2展示了这种HPC方案的改进版：铣刀直径42毫米，齿数4，切削速度250米/分。如果采用20米/分的进给速度，那么就可获得最高2.5毫米的每齿 进给量。尽管超过3.5毫米甚至5毫米的每齿进给量对刀具而言没什么问题，但是机床方面就不太可能满足这样的要求。
实际情况表明，在很多HPC刀具的应用实例中，刀具的性能并未完全得到利用。在配备更大功率机床的前提下，刀具的潜力才能得到充分发挥。
所有采用新一代铣刀的成功实例证明，大进给量技术正在生产运行中创造出很大的价值：成倍提高工作时间可以使机床费用降低超过40% (MultiEdge2 Feed实例)。另外，由于刀具使用寿命缩短，刀具材料费用和换刀费用略微提高。不过，这些后果相对于整体均衡性而言不值一提，而机床寿命和机床成本才更 具有决定性意义。
十二级台阶状分段式刀刃
第四种HPC方案是通过整合前文提及的“大进给量切削”、“低振动切削”以及“分选切屑”的原理而来。由此得到了一种名为“MultiEdge 4X”的HPC刀具，它具有极易辨别的刀刃形式：明显的可转位刀片，分成十二级台阶状分段式的刀刃(图3)。
这种刀刃形式能降低被刀具吸收的功率，方便地提高轴向进给量(图4)，并能延长刀具使用寿命，改善排屑。此外，这种新式铣刀的外形设计可以减少振动，如果配合有宽槽切刃的断屑器使用，能得到优良的表面质量并能扩展刀具的功能：粗加工阶段就可获得精加工的质量。
与通常使用的转盘刀具相比，在HPC生产过程中使用MultiEdge 4X系列可转位刀片“XOKX”可以将功率需求减少10%，将轴向进给量提高20%，将刀具使用寿命延长30%，并将表面质量提高50%。此外，这种可转 位刀片的刀刃形式还具有广泛的应用范围，并能持续优化切削过程。
“多重配置”可获得安静、低振动的切削过程
第五种HPC方案必须满足如下的前提条件。这种独一无二的创新技术可以概括为铣刀的“多重配置”。刀具支架(首先应有正确的齿数)可以满足 MultiEdge 4X可转位刀片和转盘刀具的交替使用。与常规的转盘刀具相比，这种方法本身能将轴向进给量提高一倍，从而使得切削过程更安静，振动更小。这种方法也适用于 更大悬臂长度情况下的不稳定比例关系。
总结一下我们就可以发现：以上五种方法中的切削功率都能实现飞跃。此外，平衡好刀具在技术和生产运行方面的作用，不仅是提高刀具使用寿命方面，也是降低刀 具成本方面的需求。鉴于刀具成本仅占到整个加工成本的4%，那么降低机床成本所占的比例(约占45%的较大份额)就显得更加有效。

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高 速加工(HSM)通常指的是在合理的速度和较高的表面进给速度下进行的立铣加工。例如，在铝制飞机框架部分掏糟的特形铣削加工中，材料去除率很高，这种加 工就是高速加工。在过去60年的时间里，高速加工已经在很宽范围的金属和非金属工件材料上得到应用，包括对要求采用特定表面拓扑结构的零部件进行的生产以 及硬度为50HRC或50HRC以上材料进行的加工。

1. 高速加工是制造业发展的需要

为了存续 市场上日益激烈的竞争一直都在不断设定新的标准。对时间和成本效益的要求变得越来越高。这已经迫使人们必须开发新的过程和生产技术。高速加工为此提供了希望和解决途径。

材料 新材料和难加工材料的发展更加突出了开辟新的加工方法的必要性。航空工业采用自己的专用耐热和不锈钢合金。汽车工业具有不同的双金属复合材料、密实石墨铁以及用量越来越大的铝材。模具行业主要要面临的问题是加工高度淬火的工具钢，从粗加工直到精加工。

质量 对零部件或产品质量提出较高要求是激烈竞争的结果。如果将高速加工技术适当应用，则可以在这方面提供解决方案。可以替代手动精加工就是一个实例。特别是对于具有复杂三维几何形状的模具或零部件，这一点尤其如此。

工艺 通过高速加工，可以在很大程度上满足这样的需求，即通过减少装夹次数和简化流程(后勤)而缩短加工时间。在模具行业中一个典型的目标是通过一次装夹而对完 全硬化的小尺寸模具完全加工好。通过高速加工还可以减少甚至免除成本高昂而费时的EDM(电火花加工)过程。

结构和开发 在当今的竞争中，其中一个主要特点就是利用新颖方面的价值而出售产品。汽车的平均产品使用寿命周期为4年，计算机及其附件为1.5年，手机为3个月……。这些结构方面的快速发展以及产品方面的迅速发展其前提之一就是高速加工技术。

复杂的产品 在零部件方面，多功能表面越来越多、诸如一个新的蜗轮叶片结构就既具有新颖的，也具有优化的功能和特征。早期的设计中，可以用手或机器人(机械手)进行抛 光处理。而采用新型、较复杂结构的蜗轮叶片就必须通过机加工进行抛光，并最好是采用高速加工方式。还有越来越多需要进行机加工的薄壁工件(医疗设备、电子 元件、国防产品和计算机零件等)实例。生产设备 切削材料、夹具、机床、控制器等的强劲发展，特别是CAD/CAM以及设备等方面的发展，开辟了只能用新生产方法和技术才能满足相应要求的可能性。

2. 高速加工的含意

高速加工的原始定义 索罗门理论“采用较高的切削速度”在1931年获得了一项德国专利，在该理论中他指出：“在一定的切削速度(比常规加工高5～10 倍)下，在切削刃处的切屑去除温度将会开始降低……(附图)。”结论是：“这种高速加工将有可能，在较高的切削速度下采用普通刀具进行加工而提高生产 率……。”

很遗憾，现代研究却没有能够完全证实该理论。现实中确实存在这样的现象，即对于不同的材料，在以一定的切削速度进行切削的切削刃上，温度有相对的降低。对 于钢和铸铁而言，这种温度降低的程度较小。而对于铝和其他非铁金属材料，这种温度降低的程度较高。因此高速加工的定义必须基于其他因素。

有关高速加工的讨论在某些程度上是混淆的。如今存在许多意见、许多说法和许多不同的方式来定义高速加工。

真实的切削速度 由于切削速度既与主轴转速有关，也与刀具直径有关，因此高速加工应该被定义为超出一定水准的“真实的切削速度”。切削速度和进给速度之间的线性关系导致了 “进给速度与转速成正比”的关系。如果选用较小的刀具直径进行加工，则进给速度甚至会更高，条件是各个刀齿的进给速度以及刀齿的数量是不变的。为了对刀具 直径较小作出补偿，必须提高转速，以维持相同的切削速度，而转速提高却又导致了vf较高。

较浅的切痕 对于高速加工应用而言，非常典型而必要的是切削深度ae和ap以及平均切屑厚度hm，与常规机加工相比要小得多。因此材料去除率Q也要比常规机加工中小得多。例外的情况发生在铝材、其他非铁材料的加工以及各种材料的精加工和超精加工中。

3. 高速加工的应用条件

在进行高速加工应用时，必须采用具有特定结构和可选项的刚性高、专门设计的机床和控制器。生产设备都必须针对高速加工的特定过程而设计。

还必须使用高级编程技术，其中要具有最合适的刀具路径。确保各个工序和刀具的恒定切屑去除量是进行高速加工的一个前提，并是高生产率和过程安全性的一个基本准则。特定的切削和夹紧刀具也是这类加工的一个必备条件。4. 高速加工对县的选用

在模具行业，高速加工技术中适合的粗加工和精加工最大的、比较经济实惠的工件尺寸为400mm×400mm×150mm(长、宽、高)。最大尺寸与高速加工中相对较低的材料去除率有关。当然，也与机床的动态性能以及尺寸有关。

在成套(单次装夹)加工中，大多数模具其尺寸都非常小，远远小于上述尺寸。典型工序有粗加工、半精加工、精加工以及许多情况下还要涉及超精加工。始终应该 进行拐角和半径的剩余铣削加工，以便为后面的工序和刀具创立恒定切屑去除率的可能性。在许多情况下，一般采用3～4种刀具。

常用的刀具直径范围为1～2mm。在80%～90%的情况下切削材料为整体硬质含金立铣刀或球头立铣刀。通常采用具有较大拐角半径的立铣刀。整体硬质合金 刀具具有加强的切削刃和中性或负倾角(主要用于加工54HRC以上的材料)。一种典型而重要的结构特征是采用较厚的核心，以保证刀具最大的粘接韧性。

另外还最好采用切削刃接触长度较短的球头立铣刀。另一种重要的结构特征是掏槽能力，这种能力对于在沿陡峭而具有较小的间隙之壁部进行加工时是必需的。还可 以采用尺寸较小的、具有可转位刀片的切削刀具。特别是对粗加工和半精加工，情况尤其如此。这些刀具应该具有最大的刀柄稳定性和弯曲韧性。采用锥度刀柄可以 提高刚度。此外，采用用重金属作成的刀柄也可以收到这种效果。

模具的型腔最好比较浅，并且不要太复杂。某些几何形状也比较适合具有高生产率的高速加工。将特形铣刀具路径与顺铣结合的可能性越大，获得的加工结果就越 好。在采用高速加工方式对淬硬工具钢进行精加工或超精加工时，要遵循的主要参数是切痕要较浅。切深不得超出0.2/0.2mm (ae/ap)。这样做是为了避免过高的夹具和切削刀具变形，并保证在模具加工中较高的公差水准和几何精度。每把刀具均匀分布的切屑去除率还可以保证恒定 而比较高的生产率。当ae/ap恒定时，切削速度和进给速度将处于恒定的比较高的水准。优点是在切削刃上将存在较小的机械变化和工作负荷，还可以提高刀具 寿命。

切削数据 典型的整体硬质合金立铣刀(采用TiC,N或TiAlN涂层)切削淬硬钢材：48-58HRC的切削数据为：

粗加工：

Vc=100m/min,

ap=刀具直径的6%～8%，

ae=刀具直径的35%～40%，

fz=0.05～0.1mm/齿。

半精加工：

Vc＝150～200m/min，

ap=刀具直径的3%～4%，

ae=刀具直径的20%～40%，

fz=0.05～0.15mm/齿。

精加工：

Vc=200～250m/min，

ap=0.1～0.2mm，

ae=0.1～0.2mm，

fz=0.02～0.2mm/齿。

5．对高速加工比较实用的定义

高速加工不是一种简单的高切削速度加工。它应该被看作是这样一种过程，其中操作是用非常特定的方法和生产设备完成的。高速加工不一定是高主轴转速加工。许 多高速加工应用是在采用中等主轴转速和大尺寸刀具情况下完成的。在采用高转速和高进结对淬硬钢进行精加工时，要采用高速加工，通常采用4～6倍于普通加工 的切削数据。高速加工是指对小尺寸零件从粗加工到精加工进行高生产率加工以及对各种尺寸的零件进行精加工和超精加工时的高生产率加工。高速加工随着零件获 得越多的净形状，其重要性会显得越高。高速加工如今主要在主轴锥度为No40的机床上进行。Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, ,,,etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, it’s our pleasure to serve for you. BW product including: utting tool、aerospace tool .HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、Core drill、Taperd end mills、Metric end mills、Miniature end mills、Pilot reamer、Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、NAS tool、DIN tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angeled carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-noseed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.
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小直径麻花钻(Ø1～3mm)的螺旋槽可在专用的磨床——磨槽机上加工,工人手工上料、夹紧、操作磨槽机,在高速钢毛坯上磨削出两条对称螺旋槽。其最大的 缺点是生产准备繁琐,时间较长,Ø1～3mm小直径麻花钻规格很多,直径、螺旋槽长度、螺旋线导程、螺旋角不一。钻头规格改变时,磨槽机传动丝杠等零部件 均需相应改变。劳动条件差,快节奏的单调动作、磨削时产生的巨大噪声、雾化的磨削液等都对操作工人的健康不利。为此,某厂委托我们对该磨槽机进行数控改 造,实现柔性加工、提高生产率与产品质量,改善劳动条件。
国家标准对螺旋槽并未提出非常高的要求,因此决定采用开环控制。该磨槽机的动作程序为:上料→夹紧→磨一条螺旋槽→分度→磨另一条螺旋槽→下料,均由步进电机控制完成。
磨槽机的结构
磨槽机由工作台料斗与砂轮架两部分组成。

1. 工作台料斗结构

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图1 工作台料斗结构示意图
工作台料斗的作用是装夹毛坯和实现自动上下料,并使其形成螺旋线运动。自动上下料是设计的难点,具体结构设计时参照了加工中心自动换刀装置。结构设计示意 如图1所示,主轴安放在工作台上,工作台安装在矩形贴塑导轨上。由步进电机1通过挠性膜片联轴器连接滚珠丝杠副, 驱动工作台直线运动。步进电机2通过同步齿形带驱动主轴转动。步进电机1与步进电机2协调运动,可形成任意导程的螺旋线。
步进电机4与齿轮齿条(顶针)机构结合,可适应不同的钻头长度。
具体的装夹过程如下：
1. 步进电机1工作力矩很大,带动主轴后退至固定挡块处,再继续向后,将已处于压缩状态的碟形弹簧继续压缩至适当变形,导致弹簧夹头打开。
2. 加工第1个工件时,料斗中的毛坯在自身重力作用下,落于毛坯导管引导槽中。步进电机4通过齿轮齿条驱动顶针推动毛坯至加工位置,然后并不退回图1所示顶针 位置,而是在图1所示毛坯位置。其后的装夹,顶针先将加工后的工件推出,然后退回图1所示顶针位置,再推动下一个毛坯。弹簧夹头夹紧长度为10mm。钻头 直径为Ø1～3mm,为保证上下料动作可靠,料斗引导部分设计成可调。
3. 主轴前移,与固定挡块脱离,碟形弹簧的弹力可使弹簧夹头夹紧毛坯,上料、夹紧动作完成。

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图2 砂轮架示意图
2. 砂轮架结构
砂轮架结构的作用主要是安装砂轮,实现对麻花钻螺旋槽的磨削,由异步电机、平台、砂轮支架、滚珠丝杠副等组成,其示意图见图2。
工作时,砂轮由异步电机通过V带传动,功率约1kW,靠异步电机的自重张紧V带轮。国家标准规定麻花钻的螺旋槽底在轴向有一定锥度,要求在磨削中砂轮切深 要有变化,这由步进电机3通过挠性膜片联轴器连接滚珠丝杠副,使砂轮上下微动(设有平衡重,未画出)实现砂轮切深的变化。砂轮支架上的垂直导轨上贴有塑 料。
如图2a所示,砂轮面与毛坯轴线有一夹角,即为钻头加工后的螺旋角b。不同规格麻花钻的螺旋角并不相同,因此,设计时,将砂轮支架以上作为砂轮架整体放置于图2所示平台上,使砂轮磨削面与毛坯轴线的夹角b可手工调节。
工作台料斗结构与砂轮架结构在制造时是彼此独立的,所以在装配时需仔细调整相互位置关系。

磨槽机的加工过程

1. 主轴进至磨削位置,螺旋槽的根部正处于支架中心(见图1),与砂轮对齐。磨削时,应从螺旋槽的根部向麻花钻顶部磨削,使细长毛坯承受拉力。
2. 砂轮落下,接触毛坯,开始磨削。步进电机1、2、3协调动作,步进电机1、2使毛坯向后作螺旋线运动,步进电机3控制砂轮向下微动。最终,麻花钻的1条螺旋槽磨削完毕。
3. 砂轮抬起,主轴再次前进至磨削位置,再由步进电机2控制,转动180°,以便磨削另一螺旋槽。
4. 重复过程2。
5. 砂轮抬起,重复前述毛坯装夹过程。

装夹过程与加工过程按程序交替进行,连续加工,工人无需干预。
该磨槽机为专用机床,动作简单。采用定位控制单元为控制系统(即PLC+控制器),控制步进电机动作。磨槽机由1台PLC控制多个步进电机与其他电机电气设备。其突出优点是编程简单、可靠,适应较为恶劣的车间工作环境。
当钻头规格变化时,用户仍需根据国家标准,调节料斗的引导部分以及砂轮-毛坯轴线夹角(螺旋角b),如果完全自动化,磨槽机结构会非常复杂。除此以外,一 切均按事先输入的加工程序工作。本磨槽机设计成全封闭结构,油雾被抽走,噪声也被限制,劳动条件大为改善。1个工人可同时照看几台磨槽机,只需给料斗上料 即可。其加工效率和加工质量均有较大提高。

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1 引言

　 　传统的螺纹加工方法主要为采用螺纹车刀车削螺纹或采用丝锥、板牙手工攻丝及套扣。随着数控加工技术的发展，尤其是三轴联动数控加工系统的出现，使更先进 的螺纹加工方式——— 螺纹的数控铣削得以实现。螺纹铣削加工与传统螺纹加工方式相比，在加工精度、加工效率方面具有极大优势，且加工时不受螺纹结构和螺纹旋向的限制，如一把螺 纹铣刀可加工多种不同旋向的内、外螺纹。对于不允许有过渡扣或退刀槽结构的螺纹，采用传统的车削方法或丝锥、板牙很难加工，但采用数控铣削却十分容易实 现。此外，螺纹铣刀的耐用度是丝锥的十多倍甚至数十倍，而且在数控铣削螺纹过程中，对螺纹直径尺寸的调整极为方便，这是采用丝锥、板牙难以做到的。由于螺 纹铣削加工的诸多优势，目前发达国家的大批量螺纹生产已较广泛地采用了铣削工艺。

2 螺纹铣削加工实例

　　工件材料：铝合金；刀具：硬质合金螺纹钻铣刀；螺纹深度：10mm；铣刀转速：2,000r/min；切削速度：314m/min； 钻削进给量：0.25mm/min；铣削进给量： 0.06mm/齿；加工时间：每孔1.8s。
图1 所示加工工位流程为：①位，螺纹钻铣刀快速运行至工件安全平面；②位，螺纹钻铣刀钻削至孔深尺寸；③位，螺纹钻铣刀快速提升到螺纹深度尺寸；④位，螺纹钻 铣刀以圆弧切入螺纹起始点；⑤位，螺纹钻铣刀绕螺纹轴线作X、Y方向插补运动，同时作平行于轴线的+Z方向运动，即每绕螺纹轴线运行360°，沿+Z方向 上升一个螺距，三轴联动运行轨迹为一螺旋线；⑥位，螺纹钻铣刀以圆弧从起始点(也是结束点)退刀；⑦位，螺纹钻铣刀快速退至工件安全平面，准备加工下一 孔。该加工过程包括了钻孔、 倒角、内螺纹铣削和螺纹清根槽铣削，采用一把刀具一次完成，加工效率极高。
3 螺纹铣刀主要类型
　　在螺纹铣削加工中，三轴联动数控机床和螺纹铣削刀具是必备的两要素。以下介绍几种常见的螺纹铣刀类型：

(1) 圆柱螺纹铣刀
圆柱螺纹铣刀的外形很像是圆柱立铣刀与螺纹丝锥的结合体，但它的螺纹切削刃与丝锥不同，刀具上无螺旋升程，加工中的螺旋升程靠机床运动实现。由于这种特殊结构，使该刀具既可加工右旋螺纹，也可加工左旋螺纹，但不适用于较大螺距螺纹的加工。
常 用的圆柱螺纹铣刀可分为粗牙螺纹和细牙螺纹两种。出于对加工效率和耐用度的考虑，螺纹铣刀大都采用硬质合金材料制造，并可涂覆各种涂层以适应特殊材料的加 工需要。圆柱螺纹铣刀适用于钢、铸铁和有色金属材料的中小直径螺纹铣削，切削平稳，耐用度高。缺点是刀具制造成本较高，结构复杂，价格昂贵。
(2) 机夹螺纹铣刀及刀片
机夹螺纹铣刀适用于较大直径(如D>25mm)的螺纹加工。其特点是刀片易于制造，价格较低，有的螺纹刀片可双面切削，但抗冲击性能较整体螺纹铣刀稍差。因此，该刀具常推荐用于加工铝合金材料。
(3) 组合式多工位专用螺纹镗铣刀
组 合式多工位专用螺纹镗铣刀的特点是一刀多刃，一次完成多工位加工，可节省换刀等辅助时间，显著提高生产率。图4所示为组合式多工位专用螺纹镗铣刀加工实 例。工件需加工内螺纹、倒角和平台d4。若采用单工位自动换刀方式加工，单件加工用时约30s。而采用组合式多工位专用螺纹镗铣刀加工，单件加工用时仅约 5s。

4 螺纹铣削轨迹

螺纹铣削运动轨迹为一螺旋线，可通过数控机床的三轴联动来实现。与一般轮廓的数控铣削一样，螺纹铣削开始进刀时也可采用1/4圆弧切入或直线切入。铣削时应尽量选用刀片宽度大于被加工螺纹长度的铣刀，这样， 铣刀只需旋转360°即可完成螺纹加工。螺纹铣刀的轨迹分析。

5 螺纹铣削编程

现结合M30×1.5右旋内螺纹铣削加工实例说明螺纹铣削的编程方法。工件材料：42CrMo4；螺纹底孔直径：Di=28.38mm；螺纹直径：Do=30mm；螺纹长度L=20mm；螺距：P=1.5mm；机夹螺纹铣刀直径：D2=19mm；铣削方式：顺铣。
(1) 参数计算
主轴转速N为
N=1000V/(D2×p=1000×150/(19×3.14)=2512r/min
铣刀齿数Z=1，每齿进给量f=0.1mm，铣刀切削刃处进给速度F1为
F1=fz×N=0.1×1×2512=251.2mm/min
铣刀中心进给速度F2为
F2=F1(D0-D2)/D0=251.2×(30-19)/30=92.1mm/min
设安全距离CL=0.5mm,切入圆弧半径Re为
Re=[(Ri-CL)²+R0²]/(2R0)=[(14.19-0.5)²+15²]/(2×15)=13.747mm
切入圆弧角度b为
b=180°-arcsin[(Ri-CL)/Re]=180°-arcsin[(14.19-0.5)/13.747]=95.22°
为便于计算， ! 可近似取值为90°。切入圆弧时的Z轴位移Za为
Za=Pa/360°=1.5×90°/360°=0.375mm
切入圆弧起始点坐标为

(2)螺纹铣削程序(Fanuc系统)
%
N10 G90 G00 G57 X0. Y0.
N20 G43 H10 Z0. M3 S2512
N30 G91 G00 X0. Y0. Z-20.375
N40 G41 D60 X0. Y-13.690 Z0.
N50 G03 X15. Y13.69 Z0.375 R13.747 F92
N60 G03 X0. Y0. Z1.5 I-15. J0.
N70 G03 X-15. Y13.69 Z0.375 R13.747
N80 G00 G40 X0. Y-13.690 Z0.
N90 G49 G57 G00 Z200. M5
N100 M30
%

现结合M30×1.5右旋内螺纹铣削加工实例说明螺纹铣削的编程方法。工件材料：42CrMo4；螺纹底孔直径：Di=28.38mm；螺纹直径：Do=30mm；螺纹长度L=20mm；螺距：P=1.5mm；机夹螺纹铣刀直径：D2=19mm；铣削方式：顺铣。
(1) 参数计算
主轴转速N为
N=1000V/(D2×p=1000×150/(19×3.14)=2512r/min
铣刀齿数Z=1，每齿进给量f=0.1mm，铣刀切削刃处进给速度F1为
F1=fz×N=0.1×1×2512=251.2mm/min
铣刀中心进给速度F2为
F2=F1(D0-D2)/D0=251.2×(30-19)/30=92.1mm/min
设安全距离CL=0.5mm,切入圆弧半径Re为
Re=[(Ri-CL)²+R0²]/(2R0)=[(14.19-0.5)²+15²]/(2×15)=13.747mm
切入圆弧角度b为
b=180°-arcsin[(Ri-CL)/Re]=180°-arcsin[(14.19-0.5)/13.747]=95.22°
为便于计算， ! 可近似取值为90°。切入圆弧时的Z轴位移Za为
Za=Pa/360°=1.5×90°/360°=0.375mm
切入圆弧起始点坐标为

(2)螺纹铣削程序(Fanuc系统)
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N10 G90 G00 G57 X0. Y0.
N20 G43 H10 Z0. M3 S2512
N30 G91 G00 X0. Y0. Z-20.375
N40 G41 D60 X0. Y-13.690 Z0.
N50 G03 X15. Y13.69 Z0.375 R13.747 F92
N60 G03 X0. Y0. Z1.5 I-15. J0.
N70 G03 X-15. Y13.69 Z0.375 R13.747
N80 G00 G40 X0. Y-13.690 Z0.
N90 G49 G57 G00 Z200. M5
N100 M30 %

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