(成本管理)重视刀具重磨技术 降低加工成本

（成本管理）重视刀具重磨

技术 降低加工成本

重视刀具重磨技术降低加工成本

大中小

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，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－0.1～0.2mm－钢、铸铁 粗加工－11～30mm－0.2～0.4mm－钢、铸铁粗加工－30mm 以上－0.3～0.5mm－钢、铸铁精加工－10mm 以下－0.1～0.15mm－钢、铸铁精加工－11～30mm－0.15～0.25mm－钢、铸铁 精加工－30mm 以上－0.2～0.3mm－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 130～135 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）－4～10mm－900 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）－10.1～16mm－1300 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）－16.1～20mm－1700 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）－4～10mm－1700 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）－10.1～16mm－2100 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 15.875mm－13.5 美元－约 4 分 30 秒(CNJ2-30)

硬质合金二齿立铣刀（日本）－16.1～20mm－2700 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 22.225mm－17 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）－10.1～12mm－1800 日元－钻尖后面倒棱－约 3 分(CNJ2-30) 硬质合金钻头（美国）－小于 12.7mm－9.5 美元－钻尖后面倒棱－约 3 分(CNJ2-30) 硬质合金钻头（日本）－16.1～20mm－3500 日元－钻尖后面倒棱－

硬质合金钻头（美国）－大于 12.7mm,小于 19.05mm－16 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 3OG-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:3700～5000r/min

最大砂轮直径:150mm 占用空间:1950mm×1000mm 机床重量:1500kg

OG-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 5～7 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 4CNJ2-30 型工具磨床的主要参数 〖WTBZ〗〖STBZ〗〖HT6SS〗 CNC 控制轴数：5～7 轴 砂轮轴输出功率：最大为 7.5kW

砂轮轴转速(无级变速)：2000～8000r/min 最大砂轮直径：150mm 占用空间：2500mm×2100mm 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 900×76=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 68400×20×0.8=1094400 日元。

(2) 采用 CNJ2-30 工具磨床

假设上午(AM8:00～12:00)加工钻头，下午(PM1:00～5:00)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 1800×32=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 1700×23=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 97600×20×0.8=17200 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(60000÷4)+(4000×1 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+4000×5 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 350×200

×4=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 30×200×4=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×3kWh×17 日元×20 日=7140 日元准备时间：1 小时/日×1kWh×17 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×5kWh×17 日元×20 日=11900 日元准备时间：1 小时/日×1.6kWh×17 日元×20 日=4 日元每月共需电费：11900+4=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 17200 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，超高压烧结体刀具(PCD、CBN)的需求日益增长，这类刀具价 格昂贵，众多用户都希望重磨后继续使用。然而，这类刀具一旦受到损伤，重磨起来，往往有较大的加工余量；如系木工刀具，则往往为成形结构，只能用金刚石砂轮进行修形，因此， PCD、CBN 刀具的重磨难度比一般刀具大得多。为解决这一难题，今后应开发出具有电加工性能的新型 CNC 工具磨床。另外，在新世纪里，重视环境保护(保持优良生态)和强调经济效益(节省能源)已成为机械工业的主流趋势，因此，不使用磨削液的冷风磨削技术必将受到更大关注。