先进刀具在动力总成生产线上的广泛应用有力地证明了充分合理地发挥先进刀具的性能是降低动力总成高效加工成本的重要手段之一。合理使用先进的加工工具可以不断提高生产效率，降低制造成本，满足用户日益增长的需求。汽车工业的发展和进步离不开制造技术和装备的升级和创新。中国汽车工业提出了“提高效率，降低成本”的要求，汽车制造业及其制造设备供应商也在各方面不断改进，以适应这一要求。先进刀具的应用是最重要的手段之一。本文主要从动力总成高效加工的角度，谈谈先进刀具的性能与动力总成生产线效率提高和成本降低之间的关系的一些想法。目前，现代汽车动力总成生产线具有以下明显特点：多品种、中批量生产；效率高；打得快；成本低。其中，高效率和低成本要求设备和刀具的合理匹配。因此，在先进刀具的应用中，为了在计划的设备上实现高效率和节奏平衡，要求使用高速度和AG的刀具。在规划时，常常牺牲刀具寿命来满足节拍要求，但同时又要求刀具寿命达到最低要求。在规划设备时，可以只在节拍允许的范围内考虑延长刀具寿命。因此，充分合理地发挥先进刀具的性能是动力总成高效加工的重要手段之一。先进刀具对提高效率的关键作用汽车工业动力总成生产对提高效率的要求是在单位时间内用尽可能少的机床生产尽可能多的零件。说到先进刀具的应用，就是提高单位时间的金属切削率，减少非切削机床的辅助时间，提高机床的运转率。先进刀具提高机床单位时间的金属切削率，主要是通过先进刀具的高切削速度和AG来实现的。动力总成生产线对高效率的追求带来了高速数控机床的大量应用，同时要求刀具具有高速切削的能力。刀具本身大量使用PCD、CBN、陶瓷、硬质合金、复合涂层等高速切削材料。大多数先进的刀柄都设计有HSK系列刀柄，具有良好的平衡性和高转速，以适应刀具的高速切削。上述条件保证了高速切削和银在机械加工中的应用。例如，对于典型的铝合金铸造的发动机缸体，气缸盖的结合面如图1所示，有20个连接螺栓孔需要加工。在底孔加工中先进刀具和传统刀具的选择会对生产线的加工效率产生很大的影响(见表1)。图1发动机气缸盖结合面表1先进刀具与传统刀具在底孔加工中的对比。通过对比表中的数据可以得知，传统刀具在加工该工序底孔时，加工时间是高级刀具的370%。如果生产线的计划节拍为75s，那么使用至少两台机床加工该工序的底孔就有可能满足节拍要求。而加工该工序底孔只需要一台机床就可以选择先进的刀具，可以满足其他工艺要求，有充足的时间进行加工。可见，刀具的高速度和AG保证了生产中对加工效率的要求越来越高。Page高级刀具通过组合刀具的合理和广泛使用，减少机床非切削的辅助时间，达到提高动力总成生产线生产效率的目的。先进刀具中的组合刀具具有以下特点：高效率、高质量和高稳定性。组合刀具一般将几个加工内容组合在一个刀具上，这样所有的加工内容都可以被组合在一起
图2螺纹刨削图比较了使用普通D8.5钻头倒角钻头的第二次加工和使用组合阶梯钻头的第一次加工的结果。表2中的结论清楚地表明，与使用钻头倒角钻头的第二次加工相比，使用组合阶梯钻头的第一次加工节省的辅助时间是总加工时间的17%。当然，不同的加工条件会有一定的差异，但上述结论表明，先进的组合刀具可以在提高动力总成效率方面发挥重要作用。因此，为了尽可能减少辅助时间，提高加工效率，在汽车动力总成加工中可以使用大量先进的组合刀具，以满足高效率的要求。表2传统加工工艺和组合加工中较先进刀具的优化应用，可以延长刀具寿命，减少生产中的换刀频率，提高机床的运转率，从而提高生产线的生产效率。比如铝合金缸体上水泵孔的粗加工(见图3)，原方案使用硬质合金刀片，刀具寿命为80件。每班需要换两次刀，每次换刀时间为15分钟，对机床启动率影响较大。新方案采用PCD焊接刀片，刀具寿命1 000件，大大减少了换刀时间。图3铝合金缸体水泵孔粗加工的两种方案比较见表3。与原方案相比，先进的切刀方案仅通过更换切刀就可以为生产线每年节省一个月的时间。如果能充分利用这段时间，在不增加设备和人员的情况下，每年可以多生产2万个左右的零件，这将大大提高生产线的生产效率。表3硬质合金刀片和PCD焊接刀片的加工更先进。刀具在降低成本中的主导作用。在汽车行业的成本统计中，刀具成本仅占动力总成总成本的3% ~ 5%，但它
却能影响总成本的20%～30%。这主要来自于先进刀具带来的生产效率的提高而导致生产线生产成本的下降。先进刀具不仅能直接降低动力总成的刀具成本，而且能间接带来生产成本的显著降低，符合“精益生产”原则——用最小投资赢得最大经济效益。先进刀具在动力总成降低成本的主导作用，主要体现在降低设备投资、降低零件单件刀具消耗费用和减少生产费用等方面。先进刀具在项目规划时可以降低动力总成生产线的设备投资。生产降低成本的要求从发动机生产线的立项开始就贯穿发动机项目全过程，始终如一。积极应用先进加工刀具就具有减少设备投资，赢得最大经济效益的作用。例如图1中的工艺分析，采用先进刀具的方案将比采用传统刀具的方案减少1台机床的投资，如果整个项目都应用先进刀具，尽可能减少机床设备的投资，就可以达到用最小投资赢得最大经济效益的目的。再如缸体的启动电机面的加工（见图4），由于被加工面与CNC机床主轴平行，传统方案是使用专机来加工，成本约百万级人民币，且设备柔性差。现可以使用铣削用角度头，直接在标准CNC机床上使用，投资约十万级人民币，并且设备柔性好。很明显，在满足同样的工艺要求前提下，设备投资的下降是非常可观的。
图4 缸体的启动电机面的加工
降低零件单件刀具消耗费用
先进刀具在降低零件单件刀具消耗费用方面也有着不俗的表现。先进刀具的价格往往相对比较昂贵，但先进刀具的性能可比传统刀具有很大提高，综合零件单件刀具消耗费用一般有明显的下降。例如，同尺寸规格的硬质合金铰刀和PCD铰刀在发动机铝合金零件上的加工比较，价格上PCD铰刀一般是硬质合金铰刀的3～5倍，刀具寿命上PCD铰刀一般是硬质合金铰刀的10倍，而采用PCD铰刀，零件单件刀具消耗费用一般可以下降50%或更多。对于现有生产线，刀具技术的不断发展使刀具成本在其性能充分发挥的前提下仍能不断下降。先进刀具的新材质、新涂层，相对于原来的刀具，其寿命往往有10%～30%的提高，而价格一般相差无几。
减少生产费用
先进刀具在生产中可以持续地减少生产费用。先进刀具的干式加工和MQL已逐渐成为未来加工的方向，通过不用和微量使用冷却液，一般可以节约15%的制造成本，另外还可通过减少零件的单位加工时间、减少换刀损失、增加机床开动率、降低刀具管理成本和延长刀具寿命降低刀具的库存费用来降低生产成本。据报道，有部分企业采购了大量的进口高性能机床，但却选用传统的低性能的高速钢刀具，机床的性能只发挥出10%～20%，由于刀具寿命短而机床频繁停机换刀，表面上看刀具成本可能是比较低的，但如从零件的生产成本来看，由于设备的折旧费用摊到较少的零件上，零件的成本势必会大幅上升。因此，明智的选择应该是应用先进刀具，最大程度地提高机床的单位时间产出，从而尽可能地降低生产成本。
