當(dāng)今中國汽車市場呈現(xiàn)多品種、小批量的特點(diǎn)，在缸體、缸蓋生產(chǎn)線方面，除少數(shù)廠家從國外引進(jìn)由加工中心機(jī)床組成的全柔性自動(dòng)線外，國內(nèi)大部分發(fā)動(dòng)機(jī)廠家仍采用加工中心機(jī)床和組合機(jī)床組成的混合生產(chǎn)線，這樣既能發(fā)揮兩種設(shè)備的各自優(yōu)勢又能實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，達(dá)到投資少、建線快的目的，符合當(dāng)今中國汽車市場的需求。兩種機(jī)床在刀具的選擇上各有特點(diǎn)，本文對此進(jìn)行了介紹。
       組合機(jī)床刀具的選擇特點(diǎn)
       1.多軸多刀加工
       組合機(jī)床的主軸箱是根據(jù)工藝編制的本工序加工內(nèi)容來設(shè)計(jì)的，一般采用多主軸多刀分別加工的形式，不同孔徑的加工孔可以設(shè)計(jì)在一個(gè)主軸箱里，如MR479Q缸體生產(chǎn)線、OP130工序、精鏜φ52?mm主軸承孔、精鉸后油封蓋2-φ6?mm定位孔和精鉸變速器2-φ10?mm定位孔，動(dòng)力箱通過主軸箱的多層的齒輪傳動(dòng)，達(dá)到主軸獲得各自不同的轉(zhuǎn)速和各軸合理的但不同的切削速度V，滿足工藝編制的要求。
       2.工件孔深淺不同，多主軸調(diào)整靈活
       根據(jù)組合機(jī)床進(jìn)給終端時(shí)各主軸刀具的相對位置圖，調(diào)節(jié)刀具接桿的位置，然后固定刀具壓緊螺釘（刀具柄部外錐面與接桿內(nèi)錐面保持一致），達(dá)到圖樣的不同要素、不同走刀進(jìn)深尺寸要求。滿足組合機(jī)床的液壓（機(jī)械）滑臺(tái)統(tǒng)一進(jìn)給和統(tǒng)一退回的高效特性。
       3.組合機(jī)床的夾具上基本都設(shè)置有刀具的導(dǎo)向裝置
       目的是提高刀具本身的剛性和位置精度。
       加工中心機(jī)床刀具的選擇特點(diǎn)
       1.加工中心機(jī)床屬于單主軸機(jī)床，通過機(jī)械手快速換刀完成鉆孔、鉸孔和攻螺紋等，而且可以安排在一個(gè)工序內(nèi)，分多個(gè)工步完成，加工內(nèi)容雖不受限制，但完成加工內(nèi)容的多少受整個(gè)生產(chǎn)線節(jié)拍和該機(jī)床刀庫容量的制約。
       2.如何提高加工中心機(jī)床的效率，保證整個(gè)生產(chǎn)線節(jié)拍最短？往往采用復(fù)合刀具是有效的，即將多個(gè)工步復(fù)合成一把刀具，在一次進(jìn)給完成多個(gè)工步內(nèi)容。
       3.加工中心的機(jī)床工件夾具，因?yàn)椴辉O(shè)刀具導(dǎo)向，對于長徑比大的孔的加工，是以工件本體孔導(dǎo)向的。例如精鏜缸體主軸承孔，需先半精鏜第一檔缸體主軸承孔，單一半精鏜刀返回本機(jī)床刀庫。
       一般精鏜缸體主軸承孔的鏜刀采用半精鏜刀、精鏜刀和導(dǎo)向條三者組合的復(fù)合刀具。進(jìn)給開始時(shí)，半精鏜刀不參加第一檔缸體主軸承孔的切削，一般第一檔主軸承孔只作為半精鏜刀的定向孔，接著精鏜刀加工，以此為導(dǎo)向，半精鏜加工第二檔缸體主軸承孔，再精鏜……直到完成。與組合鏜床相比，走刀距離長，加工效率低，遠(yuǎn)不如采用主軸承孔組合鏜床的加工效率。
       刀具類型的選擇
       刀具分通用刀具和專用刀具，生產(chǎn)線產(chǎn)量大，使用專用刀具居多。專用刀具分為單一刀具和復(fù)合刀具，刀具根據(jù)圖樣和工藝相關(guān)要求，委托專用刀具廠進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)，供需雙方針對加工工藝、整條生產(chǎn)線的節(jié)拍、刀具結(jié)構(gòu)和切削余量的分配進(jìn)行充分討論。值得注意的是，專用刀具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、批量小且成本高，不宜單件生產(chǎn)，應(yīng)該用在大批量的缸體、缸蓋生產(chǎn)線上。
       針對缸體、缸蓋加工生產(chǎn)線的專用刀具，我們結(jié)合建線、驗(yàn)收和生產(chǎn)實(shí)際中發(fā)生的刀具問題，談?wù)剬Ｓ玫毒叩倪x擇。
       1.單一刀具切削余量要合理分配
       比如粗鏜缸蓋氣門16-挺柱孔刀具，原結(jié)構(gòu)為單一刀具（見圖1a），整體結(jié)構(gòu)，缸蓋挺柱孔毛坯孔徑為φ15?mm，粗鏜到φ30.5?mm，單邊余量達(dá)7.5?mm以上，切削負(fù)荷增加，試生產(chǎn)時(shí)，出現(xiàn)加工中心機(jī)床主軸悶車，切削溫度上升，鏜氣門挺柱孔刀與缸蓋加工孔粘接在一起，常出現(xiàn)拉傷挺柱孔已加工的內(nèi)表面的情況。
       分析原因是一次走刀切削余量過大，造成切削阻力大。如果分為粗鏜和半精鏜兩個(gè)工步加工，又會(huì)增加節(jié)拍時(shí)間。所以，我們把單一刀具更改為階梯結(jié)構(gòu)的復(fù)合刀具，將切削余量重新作了合理的分配，前端刀具粗鏜單邊余量達(dá)5?mm，后端刀具半精鏜余量為2.5?mm（見圖1b），氣門挺柱孔由于先粗鏜、后半精鏜，切削負(fù)荷相對降低，加上切削余量分配合理，又改善了冷卻液供應(yīng)條件，散熱好，加工質(zhì)量穩(wěn)定，不再出現(xiàn)機(jī)床主軸悶車現(xiàn)象。        2.復(fù)合工序加工刀具
       缸體、缸蓋結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，按工步先后加工順序，往往將關(guān)聯(lián)要素的多個(gè)工步復(fù)合成一把專用刀具，在工件一次定位夾緊狀態(tài)下，一次走刀完成多個(gè)關(guān)聯(lián)要素的加工，以保證它們的位置精度和工序節(jié)拍。
       例如OP-50缸蓋加工精鏜氣門座圈安裝孔和氣門導(dǎo)管安裝孔，兩個(gè)工步設(shè)計(jì)成一把復(fù)合刀具（見圖2），原因是工藝規(guī)定氣門導(dǎo)管安裝孔和氣門座圈安裝孔有較高的位置度要求。采用復(fù)合刀具既能保證同軸度，又能提高效率。復(fù)合刀具也為后序精加工導(dǎo)管內(nèi)孔φ6?mm和座圈90°密封面提供了工藝保證，最終滿足圖樣氣門座圈90°密封面對導(dǎo)管內(nèi)孔φ6?mm中心線的徑向跳動(dòng)φ0.03?mm的要求。另一方面，如果兩個(gè)工步分開單獨(dú)加工，必然影響本工序的節(jié)拍，而且，加工精度下降，也難以保證氣門座圈安裝和氣門導(dǎo)管安裝的同軸度。        3.專用平面銑刀銑削，應(yīng)保證合理的切削速度
       缸體加工生產(chǎn)線初驗(yàn)收時(shí)，加工缸體側(cè)面機(jī)油濾清器φ70?mm安裝面采用的是直徑φ60?mm焊接結(jié)構(gòu)立銑刀（見圖3），存在3個(gè)問題：銑削速度低，機(jī)油濾清器安裝面粗糙度、平面度達(dá)不到要求；刀具φ60?mm的投影面積小于機(jī)油濾清器φ70?mm安裝面，需多次走刀，走刀時(shí)間長；焊接結(jié)構(gòu)立銑刀，其中一個(gè)刀齒損壞，刀具整個(gè)報(bào)廢，更換刀具費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。后來采用瓦爾特機(jī)夾立銑刀，銑刀直徑也由φ60?mm改為φ110?mm，銑刀直徑的增大提高了銑削速度，可一次走刀完成平面銑削，由焊接結(jié)構(gòu)改成鍥塊和螺釘機(jī)夾結(jié)構(gòu)，刀片也改成4邊可轉(zhuǎn)位，更換刀片省時(shí)、省力，延長了刀具壽命，從而機(jī)油濾清器安裝面粗糙度和平面度超過了圖樣要求。        刀具材料選擇
       工件材料決定刀具材料。缸蓋材料為鋁合金，塑性較好，但切削時(shí)切屑易粘附在刀具上形成切屑瘤，使加工表面質(zhì)量惡化，刀具材料一般選擇切削性能好、對切屑粘附性小的金剛石（PCD）；缸體材料為合金鑄鐵，脆性大，但切削時(shí)刀具易崩口，刀具材料一般選擇切削性能好、抗脆性的立方氮化硼（CBN）。
       刀具結(jié)構(gòu)的選擇
       1.焊接刀具
       焊接刀具原則上用在加工直徑小的刀具、刀體和刀片材質(zhì)不同的場合，例如缸蓋精鏜氣門座圈安裝孔和氣門導(dǎo)管安裝孔的復(fù)合刀具，由于刀體結(jié)構(gòu)限制，不適合或無法采用機(jī)械夾緊的方式，只能采用焊接結(jié)構(gòu)。如小直徑φ10?mm H7缸體的變速器殼體定位孔的機(jī)用鉸刀，刀片與刀體也普遍采用焊接結(jié)構(gòu)。
       2.鍥塊機(jī)夾刀具
鍥塊機(jī)夾刀具廣泛用于結(jié)構(gòu)空間允許、直徑大的刀具，例如銑削缸體的前后面、頂?shù)酌娴却笃矫婷荦X銑刀，采用鍥塊機(jī)夾結(jié)構(gòu)形式，特點(diǎn)為：由于參與切削的刀片多，每個(gè)刀片的切削負(fù)荷大大減輕，刀片單個(gè)定制，具有合理的切削角度，每個(gè)刀片呈多邊形，具有4～8個(gè)切削刃，刀片可以轉(zhuǎn)位，重復(fù)機(jī)夾使用，免去了刃磨刀片的工時(shí)。由于銑刀的直徑大、切削速度高，銑出的平面粗糙度好、平面度高。        3.采用整體硬質(zhì)合金刀具
       缸蓋線加工φ6?mm導(dǎo)管孔，建線之初，采用國外名牌鏜刀，由于孔小、鏜桿細(xì)、刀片小、懸臂長、鏜刀剛性差且易振動(dòng)，加工的導(dǎo)管內(nèi)孔表面常常出現(xiàn)環(huán)狀振紋，粗糙度不合格。后來我們針對鏜桿細(xì)、刀片小、懸臂長和易振動(dòng)的問題，從提高鏜刀剛性入手，改用國產(chǎn)整體4刃螺旋齒硬質(zhì)合金整體內(nèi)冷鉸刀（見圖4），增加了螺旋刀齒與導(dǎo)管孔的接觸長度，提高了刀具剛性和切削時(shí)的穩(wěn)定性，內(nèi)冷也改善了刀具的冷卻液供應(yīng)條件，φ6?mm導(dǎo)管孔的加工達(dá)到圖樣粗糙度要求，也延長了刀具壽命。