随着能源、石化、交通、运输、建筑等行业的不断发展，高精尖的大型机械设备和其大零部件需求在上升。新大型零部件的特点是：要求性能好并长期保持工作稳定；结构较复杂；加工质量要求高；切削量大，加工时间长；制造成本高。为此，在对它们的加工过程中，应采用先进刀具，保证加工质量，提高效率。
尚亚（上海）国际贸易有限公司章宗城
针对大件加工，德国MAPAL公司的专家提出新理念：
1、因为大件的切削时间长，价格昂贵，加工必须可靠，不能容忍报废。
2、零部件增大，加工它们刀具的尺寸必然增大，悬伸加长，故应尽量减少其重量。
3、为高效加工难加工材料，铸件，焊接件的不均硬度表面及焊斑等，应设计采用多齿同时低功耗的刀具和工艺方法。
4、在粗加工时，应尽量去除大的余量。
5、精加工大型刀具也装可转位刀片，要求安装精度高，刚性好，调节方便。
据此，他们新的大型刀具的特点为：
从材料和结构上减轻大型刀具的重量
1、优化材料减轻刀具重量。
为此，他们把比重大的钢制刀体改为铝合金或钛合金制的。但是结构设计不能照抄，例如PCD刀片或导条难以焊接在钛合金刀体上；又如铝合金的刀体强度和接触刚性差，刀片还应安装在钢制的刀座里，以保证刀片定位安装精确，耐磨性好，工作稳定。
使用了新的刀体材料，可使其总重量减轻40-60%，转动惯量也大大降低了。图1左为钛合金制造的刀体，最大直径达毫米，重量仅5.7公斤。用这把新的阶梯镗刀代替了过去4把钢制镗刀。因重量远低于自动换刀的8公斤，刀具交换也非常方便，仅换刀就节省了70%节拍时间。图1右是铝合金刀体制的复合刀具，用于加工直径大于毫米变速箱阶梯孔，代替了过去用双刃桥式镗刀头，加工时间也降低了很多。
图1MAPAL优化材料减轻刀具重量
图2MAPAL优化结构和材料减轻刀具重量
2、从改进结构设计方面来减轻刀体重量。
改进结构设计使之轻量化主要途径有两方面：①采用焊接框架结构并配以加强劲的刀体，可使刚性稳定性得到保证，抗弯强度也高，而重量可比实体结构减轻50%左右。MAPAL利用这种结构的阶梯式复合镗刀（图2之1），加工大型变速箱同轴多孔，各孔加工后可获得很高的尺寸和位置精度。由于一次加工多个孔，并采用合理较大的切削用量，效率特高，比以往的加工刀具和工艺方法降低了80%工时。
②伸长的刀杆采用中空套筒式结构如图2中之2。如果这个中空结构材料采用CFRP（碳纤维），重量更是大为减少，达到仅为原来的20%，转动惯量自然也更低了。CFRP的热稳定性好，很适于精加工，当然刀杆与主轴联结部分仍需钢制。
粗加工大型刀具的特点
工件的加工余量制定主要依据最终精度要求，尺寸大小，毛坯制造方法和质量等来确定。一般精度要求高，为保证大件的孔和平面由粗到精加工各工序有足够切除量，总的余量较大。因此需要先进的粗加工刀具，尽快地切除其大部分余量，以减少加工时间。以往的大型镗刀铣刀刀片都是平装的，承受压力的刀片厚度薄，刚性差，易振动损伤。因此采用的切削用量小，生产效率低。
图3之1所示是MAPAL的TSW立装式机夹六刃粗镗刀。立装刀片承受切削力的厚度比平装厚得多，刚性也高出许多，再加做出大前角，使切削动力消耗少，有可能使用更多的刀齿，增加进给量，提高加工效率。TSW在镗大直径气缸孔ΦEN-GJV材料（注：一种蠕墨铸铁）时，V=m/min,F=mm/min,替代了过去的双刃镗刀，进给量提高了3倍，比一般镗刀效率高6-8倍。
图3TSW立装刀片粗镗刀
图4大直径高效螺旋铣孔刀
当孔径超过mm时，单纯采用一般立装式镗刀的加工在提高效率方面受到制约，因此可采用插补铣来完善。插补铣是一种提高效率和质量的新途径和方向，MAPAL在这新工艺的基础上，开发了在圆周插补运动中叠加一个轴向进给运动，称为螺旋插补法，并特殊设计了采用立装刀片方式的，能将多工步一次实现的复合螺旋铣孔刀（图4），它比一般插补铣金属切除率高出40%，切深大，大大缩短了加工工时。
精加工大孔的刀具
MAPAL采用了两种特别设计制作的大孔精镗刀和固定式铰刀。大孔精镗刀TFB刀片为立装式，如图5。立装刀片槽浅，槽形和刀片安装精度很高。TFB采用的刀片具有特殊圆弧刃，它既有导向和支承作用，并具有大的正前角切削轻快，可达到铰孔表面质量和精度。通过楔块可对刀片进行简单灵敏的调整。TFB精镗刀特殊的联结设计可以调整刀具的振摆和角度位置，其加工效率是普通镗刀的6-8倍。如用它加工EN-GJS（注：一种球墨铸铁）材料箱体上Φ的孔，切削速度达V=m/min，每分钟进给速度可达F=mm/min。
图5TFB立装刀片精镗刀
图6HPR大孔固定式铰刀
为针对大孔精加工，MAPAL还特别设计了HPR系列固定式大直径铰刀（图6）。HPR系统的优点是：模块化设计通用性好；适宜加工范围广；互换精度同轴精度高可3μm，加工精度高，例如用HPR系列的高性能铰刀（直径由Φ65到Φ）加工回转式起重机上大孔，可保证达到IT6级精度；由于刀头以锥面端面同时定位，刚性高，能承受大的切削力，传递扭矩和动力能力大，因此加工时切削速度高，进给量可大。再加刀头更换简单，无需调整，故加工辅助时间也相应缩短，用此刀具在精加工时，比以往节约了80%工时，经济性和生产效率均大幅提高。
由以上各例知，过去人们印象中，漫长昂贵的大件加工也一改旧貌，出现了新的转机。
来源：通广传媒刀具俱乐部
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