如何制定刀具合理使用寿命？

刀具使用寿命与切削用量有密切关系，所以刀具使用寿命直接影响生产效率和加工成本。从生产效率考虑，刀具使用寿命制定过高，切削速度就会过低，加工工时就会增加，生产效率因而降低；刀具使用寿命制定过低，这时切削速度虽然可以提高，加工工时会减小，但换刀次数增多，所以总工时不但不会减少，反而会增加，即生产效率也会降低。这样就存在一个生产效率为最大时的刀具使用寿命，如图4-56所示。

图4-56　刀具使用寿命对生产效率与加工成本的影响

不难看出，合理的刀具使用寿命应根据优化目标来确定。一般可分为最大生产率使用寿命和最低成本使用寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标来确定。

1）最大生产率使用寿命

最大生产率使用寿命是指单件工时最少或单位时间加工零件最多的刀具使用寿命，以Tp表示。

设单件的工序工时为tw，则

式中，tm——单件工序的切削时间（机动时间）；

tct——换刀一次所消耗的时间；

tm/T——换刀次数；

tot——除换刀时间外的其他辅助时间。

设工件切削部分长度为lw，工件转速为nw。工件直径为dw，加工余量为h，工序的切削时间为tm，则有

将式（4-2）代入式（4-9）中，可得

因为ap及f均已选定，故式（4-10）中除Tm外均为常数，设该常数项为A，则有

将式（4-11）代入式（4-8）中，得

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要使单位工时最少，可令dtw/dT=0即

故

由式（4-13）可知，当刀具耐热性较差（m值较小）以及换刀时间tct较长时，为了保证最大生产率，刀具使用寿命必须取得长些。

2）最低成本使用寿命

最低成本使用寿命是指单件（或工序）成本最低时的使用寿命，也称经济适用寿命，以Tc表示。

设单件的工序成本为C，则

式中，M——该工序单位时间分担的全厂开支；

Ct——磨刀费用（包括刀具成本及折旧费）。

令dC/dT=0，即得最低成本使用寿命

比较式（4-13）和式（4-15）可知，最大生产率使用寿命Tp比最低成本使用寿命Tc短。在实际生产中，究竟采用哪种使用寿命，需综合考虑生产任务和生产能力而定。一般情况下，从节省开支的角度，多采用最低成本使用寿命；只有当生产任务紧迫或生产节奏不平衡时，才选用最大生产率使用寿命。

一般使用寿命的制定可遵循以下原则。

（1）根据刀具的复杂程度、制造和磨刀成本的高低来选择。硬质合金端铣刀T=120～180 min，齿轮刀具T=200～300 min；反之，普通机床上使用的车刀、钻头等简单刀具，硬质合金车刀的T=60 min，高速钢钻头的T=80～120 min。可转位车刀不需要刃磨、换刀时间又短，为充分发挥其切削性能，T可制定更短些，如T=15～30 min。

（2）多刀机床上的车刀、组合机床上的钻头、丝锥、铣刀以及数控机床和加工中心上的刀具，使用寿命可制定长些。

（3）精加工大型工件时，为避免切削同一表面时中途换刀，使用寿命应制定得至少能完成一次走刀。

（4）车间内某一工序的生产效率限制了整个车间的生产效率提高时，该工序的使用寿命要制定短些；当某工序单位时间内分担的全厂开支M较大时，刀具使用寿命也应制定短些。