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重视刀具重磨技术 降低加工成本大中小日期: 2008-11-01来源: 中国刀具商务网近年来，随着机械零件和模具的高精度化迅速发展，高速高精度CNC机床日益普及，可高效率地生产高精度零件和模具。从切削刀具方面来看，工具厂家在材质和刃形上作了许多改进，已开发出许多高精度、长寿命的刀具产品，正在被生产企业广为采用。但市场上销售的诸多刀具在磨损之后，往往都是采用传统的工具磨床进行重磨。目前，市场上的通用工具磨床受开发初期设计水平和当时磨削理论的限制，对操作者掌握的技能水平依赖性较大，由于操作者个人技能的差异，刀具重磨过程中出现的许多问题往往难以解决。要使刀具恢复原有性能，操作者必须掌握熟练的重磨技术，这已成为当前企业生产合理化过程中的难点之一。特别是那些带有一定角度的刀具，如锥度立铣刀、球头立铣刀、硬质合金钻头的重磨难度更大。如果采用手工重磨，不易保证刀具精度；如果弃之不用，则将导致刀具成本增加。为了解决这些问题，可使用专门为刀具重磨而开发的CNC工具磨床，不过，多轴CNC工具磨床价格昂贵，购置时应进行慎重的成本核算。本文以硬质合金立铣刀和硬质合金钻头为例，侧重从降低成本的角度，谈谈选用CNC工具磨床进行刀具重磨的相关问题。立铣刀外周刃的重磨时段通常在判断立铣刀寿命时，是依据切削声响异常、切削锋利度下降、切屑变得细碎等状况，定时进行重磨。当前通行的衡量刀具寿命的方法为测量出外周后刀面磨损宽度，以此作为判断刀具寿命的基准。表1所示为立铣刀的使用目的和需进行重磨时的最大后面磨损宽度，超过表中所列磨损值，则会出现急剧磨损，这将缩短刀具寿命。表1 立铣刀外周刀刃后面磨损宽度加工类别立铣刀直径后面磨损宽度被加工材料粗加工10mm以下0.10.2mm钢、铸铁粗加工1130mm0.20.4mm钢、铸铁粗加工30mm以上0.30.5mm钢、铸铁精加工10mm以下0.10.15mm钢、铸铁精加工1130mm0.150.25mm钢、铸铁精加工30mm以上0.20.3mm钢、铸铁为了充分发挥立铣刀的切削性能，应使切削刃经常保持最佳状态，为此应及时进行重磨，避免刀具出现损伤，使刀具始终保持良好的切削性能，获得较高的使用寿命。重磨成本切削工具重磨有两种，一种是由重磨专业人员进行，另一种是在切削过程中，由用户自行重磨。前者不论日本国内或国外，均由工具厂家进行，或由专门从事重磨业务的中小企业进行，他们均能向用户提供各种良好的重磨服务。表2所示为重磨价格，表中列出了美国一般的专业重磨行业的价格和日本相应的价格。从价格来看，美国似乎更便宜一些，目前日元和美元的汇兑率大约为130135日元兑换1美元，总的来看，在重磨价格方面，日本和美国并无太大的差异。这些数据是在进行切削加工的企业购置了CNC工具磨床用于刀具重磨的情况下统计出来的。表2 刀具重磨成本(单价)(磨削余量0.1mm)刀具种类尺寸单价重磨部位重磨时间（所用CNC磨床）硬质合金二齿立铣刀（日本）410mm900日元外周刃后面约1分30秒(OG-1)硬质合金二齿立铣刀（日本）10.116mm1300日元外周刃后面约1分30秒(OG-1)硬质合金二齿立铣刀（日本）16.120mm1700日元外周刃后面约2分10秒(OG-1)硬质合金二齿立铣刀（日本）410mm1700日元外周刃后面，底刃副后面约4分(CNJ2-30)硬质合金二齿立铣刀（美国）9.525mm以下12美元外周刃后面，底刃副后面约4分(CNJ2-30)硬质合金二齿立铣刀（日本）10.116mm2100日元外周刃后面，底刃副后面约4分30秒(CNJ2-30)硬质合金二齿立铣刀（美国）大于9.525mm,小于15.875mm13.5美元约4分30秒(CNJ2-30)硬质合金二齿立铣刀（日本）16.120mm2700日元外周刃后面，底刃副后面约5分30秒(CNJ2-30)硬质合金二齿立铣刀（美国）大于15.875mm,小于22.225mm17美元外周刃后面，底刃副后面约5分30秒(CNJ2-30)硬质合金钻头（日本）10.112mm1800日元钻尖后面倒棱约3分(CNJ2-30)硬质合金钻头（美国）小于12.7mm9.5美元钻尖后面倒棱约3分(CNJ2-30)硬质合金钻头（日本）16.120mm3500日元钻尖后面倒棱硬质合金钻头（美国）大于12.7mm,小于19.05mm16美元钻尖后面倒棱约3分(CNJ2-30)两种新型CNC工具磨床重磨立铣刀时，往往是根据重磨部位来选择所需的设备。重磨部位中最基本也最重要的是外周刃后面的磨削，其中，主要问题是如何减小第一后面的偏心。在进行此类重磨作业时，可选用3轴CNC控制的OG-1型工具磨床，该磨床的主要参数如表3所示。表3 OG-1型工具磨床的主要参数CNC控制轴数：3轴砂轮轴输出功率：最大为1.5kW砂轮轴转速:37005000r/min最大砂轮直径:150mm占用空间:1950mm1000mm机床重量:1500kgOG-1型工具磨床配有接触式传感器，磨削前可在磨床上自动测量立铣刀的螺旋角。如果要刃磨立铣刀底刃或钻头的钻尖角等部位，则应选用由57轴控制的CNJ2-30型CNC工具磨床，该磨床的主要参数如表4所示。表4 CNJ2-30型工具磨床的主要参数WTBZSTBZHT6SSCNC控制轴数：57轴砂轮轴输出功率：最大为7.5kW砂轮轴转速(无级变速)：20008000r/min最大砂轮直径：150mm占用空间：2500mm2100mm机床重量：2500kg(1)采用OG-1型工具磨床刃磨一把立铣刀的外周刃后刀面，需时2.5分钟，立铣刀的装卸时间3分钟，合计需时5.5分钟。姑且把刃磨准备时间分为上午和下午各一次，每次需时30分钟，则(实际工作时间8小时30分钟2次)60分钟5.5分钟=76，即每天可刃磨76把立铣刀。按表2所列价格，每刃磨一把立铣刀需900日元，则共需费用90076=68400日元。以每月20个工作日计算，姑且把工作效率定为80%，则一个月共需刃磨费用为68400200.8=1094400日元。(2)采用CNJ2-30工具磨床假设上午(AM8:0012:00)加工钻头，下午(PM1:005:00)加工立铣刀。刃磨一支钻头的时间为3.5分钟，钻头装卸时间3分钟，合计需时6.5分钟，刃磨准备时间30分钟，则可加工件数为3.5小时60分钟6.5分钟=32，即半天时间可刃磨32支钻头。按表2所列刃磨价格，加工一支钻头的平均价格为1800日元，则32支共需费用为180032=57600日元。刃磨一把立铣刀的平均时间为6分钟，装卸工件时间3分钟，合计需时9分钟，设刃磨准备时间与钻头一样，需要30分钟，则半日可加工件数为3.5小时60分钟9分钟=23，即半日可刃磨23把立铣刀。同样按表2所列刃磨价格计算，刃磨一把立铣刀需1700日元，则共需刃磨费用为170023=39100日元。因此，全天合计，钻头和立铣刀刃磨费用为96700日元，每月以20个工作日计算，工作效率仍定为80%，则一个月共需刃磨费用为97600200.8=1547200日元。设备运转成本人工费OG-1型工具磨床和CNJ2-30型工具磨床均只需1名专职操作人员，每月工资40万日元。设备购置费(1)OG-1型工具磨床：购置费为800万日元，如规定在7年内付清购置款(按原价127%偿付)，则每月需交纳12.1万日元。(2)CNJ2-30型工具磨床：购置费为2000万日元，如规定在7年内付清购置款(按原价127%偿付)，则每月需交纳30.3万日元。砂轮费用和精密修整费用(1)OG-1型工具磨床：重磨立铣刀外周刃后面所用砂轮单价约6万日元。在使用过程中，可进行4次精修。如果每月精修1次，则1只砂轮可使用4个月。每月的精修费用为4000日元/1只，则每个月砂轮的购置费用和精修费用为(600004)+(40001只1次)=19000日元。(2)CNJ2-30型工具磨床：重磨立铣刀的砂轮组(3只砂轮)购置费为18万日元，重磨钻头的砂轮组(2只砂轮)购置费为8万日元。假设在与OG-1型工具磨床完全相同的条件下使用，则每月砂轮费用和精修费用为(180000+80000)4个月+40005只砂轮1次=85000日元。磨削液费用OG-1型工具磨床和CNJ2-30型工具磨床均按同样标准计算。(1)使用油性磨削液200升，假定1年更换4次，每升单价350日元，全年所需费用为3502004=28000日元，则每月的磨削液费用为2.4万日元。(2)磨削液的废液处理费用每升约为30日元，每年共需耗费302004=24000日元，则每月的废液处理费用为2000日元。电力费用(1)OG-1型工具磨床：经实际测量，加工过程中消耗电力3kwh，准备过程消耗电力1kwh，电力费用每1kWh为17日元(因时段、地区、条件等差别而各有不同)，按此计算：加工时间：7小时/日3kWh17日元20日=7140日元准备时间：1小时/日1kWh17日元20日=340日元每月共需电费：7140+340=7480日元(2)CNJ2-30工具磨床：经实际测量，加工过程中消耗电力5kWh，准备过程消耗电力1.6kWh，电力费用计算方式与OG-1G型磨床相同。加工时间：7小时/日5kWh17日元20日=11900日元准备时间：1小时/日1.6kWh17日元20日=544日元每月共需电费：11900+544=12444日元成本比较将上述数据加以整理，其结果见表5。由表可知，采用合理的重磨工艺，可望取得良好的降低成本的效果。本文所举重磨对象的计算，是在设定的条件下进行的，实际生产过程中，要比本文所介绍的例证复杂得多。目前，各企业大都采取多品种小批量的生产模式，尤其是作为重磨加工的专职企业，随着近年节省资源趋势的日益发展，更加重视重磨项目的多品种化。因此，无论从设备的调整和砂轮的选用等方面来看，应用CNC工具磨床的先进工艺技术，对提高生产效率有着极大的影响。表5 重磨拟耗费用和设备运转成本比较(1个月)OG-1型工具磨床:重磨作业拟耗费用1094400日元；可望降低成本效益： 520920日元CNJ2-30型工具磨床：重磨作业拟耗费用1547200日元；可望降低成本效益：720756日元刀具重磨作业CNC化的效果如前所述，采用CNC工具磨床在降低重磨成本方面可取得良好的效果。在采用普通工具磨床进行刀具重磨时，如果也能实现CNC化加工，则可望取得如下效果：(1)普通工具磨床难以进行的锥度立铣刀或S形球头立铣刀等刀具的重磨行业，实现CNC化后，将会变得易于进行；(2)可重磨阶梯式刀具等带有极差的特殊形状刀具；(3)刀具重磨的精度大为提高，因此，在模具加工过程中，可减少研磨工序；(4)非熟练操作人员也可进行此项作业；(5)可减少由于刀具重磨人员素质形成的质量差异，能够比较准确地预测刀具寿命；(6)便于掌握刀具重磨的加工时间，可进行适时刀具重磨作业。刀具重磨技术的发展动向随着高速切削技术的日益普及，超高