圆柱齿轮刀具关键难题系列——生产制造篇

neng_jiang

说明：
以下所列，均为关键性的难题。有些课题之间会有所交叉。know-how 性质的，不是很关键或者难度低一些的，没有收入。本文目的不是要做一本百科全书，而是列出关键难题，供大家讨论以达到抛砖引玉的效果。

前言

高性能齿轮刀具生产制造的基本特点：
**  全非标生产，订单驱动。典型的小批量多样化加工
**  刀具类加工。区别于普通机械零件，可加工性差，高要求
**  高精度高难度。区别于普通通用刀具加工。精度等级为微米级，对几何形状有复杂多样化的要求，表面质量要求高，质量稳定
**  工艺规程相对简单。齿轮刀具基本结构比较单一，在这上面不需要很高的柔性，所以工序比较固定，工艺规程相对简单，从而在一定程度上降低了制造的难度。
**  精加工以磨削为主。这是由高硬度高精度高难度的特点所决定的加工方式
**  交货期的压力将会越来越大。市场发展的趋势是更新快周期短，对刀具的要求也将会是越来越迅速的交货
**  设备中多为专机。齿轮刀具不是大批量的钻头，用量少但又独特复杂，所以加工设备中的关键设备大多为专机
**  生产对技术的依赖性高。这是由齿轮刀具技术含量高所决定的
**  生产对 know-how  的依赖性高。这是由其复杂性和专业性决定的
正是由于上述特点，齿轮刀具的生产制造发展非常迅速。世界上机械制造中的先进管理和技术，总会很快的应用到齿轮刀具的制造中。国内另当别论。

在生产制造中，第一个重要的思想就是，人 > 设备。
设备买得到的谁都可以买，但是人你是买不到的。公司之间差距，不是你买了几台设备我买了几台设备，而是人和人之间的差别。
再好的设备，用不好发挥不出优势。而优秀的人，则可以把设备发挥到极致，甚至改造设备，开发设备。其竞争力反而会超过依赖设备的公司。
这个辩证关系与人和武器的辩证关系是一致的。

第二个重要的思想是质量效率和成本的平衡。任何生产制造都面对这三个基本的目标，就是高质量高效率低成本。但是这三个目标在一定条件下不可能同时达到。于是就有了平衡的问题。
根据自身条件，主动的平衡三目标，同时通过不断的进步打破旧的平衡建立新的平衡，是生产制造合理健康和良性发展的基本方法。
因此世界上没有最好的生产线，只有平衡得最合适当时条件的生产线；世界上没有最好的生产线，只有更好的生产线。

第三个重要思想，是精益生产。这里说的精益生产如下两个含义：
**  充分发挥产能，依靠管理和技术，而不是单纯依赖规模上的扩张
**  精细加工，严格管理，质量重于数量

第四个重要思想，是大制造系统。广义的生产制造是整个公司作为一个制造系统。而不仅仅是生产线。在大制造系统的范围内进行整合，从而达到整体优化的效果。要求对生产的全员参与和支持。

从机遇期的角度来说，在生产制造上我们已经错过了跨越式发展的最佳机遇期。目前所能做的，除了埋头苦干和借鉴它山之石，以求整体速度上的跟进追赶和局部的超越之外，已经没有什么其它的捷径可走。

所谓借鉴它山之石，不仅借鉴国外，还要借鉴国内其他行业的管理和技术。只要是与生产制造有关的，都可以在齿轮刀具行业上尝试是否适用。


1，生产线平衡（Production Line Balance）

**  任何流水线的生产速度（或生产节拍），都取决于最慢的工序。这是生产线平衡的基本原理。
**  合理调配资源，使生产线每个工序的速度/节拍尽量相等，发挥出生产线的最大产能，达到效率和成本的最优组合，即为生产线的平衡。
**  生产线平衡理论和实践，主要在于大规模大批量生产，其中以装配线为甚。在小批量多样化的柔性生产线上，也得到了不同程度的应用。
**  一般来说，生产线平衡可以分为静态平衡和动态平衡。
**  生产线平衡，是一个典型的 NP-Hard 问题，属于组合优化问题。目前应用较多的求解方法有遗传算法等。
**  产量需要到一定程度后，平衡的效果才会明显。否则不明显。
**  齿轮刀具的生产，由于全非标，复杂，专业，其生产线的平衡是一个难度相当高，同时又是空间非常大的课题。平衡好的生产线，产能可以提高几十个百分点不等，甚至翻倍

1.1  生产线规划
属于静态平衡的范畴。
设计规划一条生产线，包含设备工装的投入，工人的数量和班次，技术力量的配备，场地和配套，供应商/外协的要求和选择，分批预算，项目细分，平面布置等等，都需要对产品的整个生产流程有全面的把握能力，并且设计者需要有很好的技术功底和广阔视野。
不好的规划，在投入运行后，问题会马上凸现出来：严重的瓶颈工序根本无法短期内通过技术和管理来弥补以达到动态平衡；高额的投入吃掉有限的流动资金；供应商严重拖后腿让你无计可施……
而齿轮刀具生产线的规划，难点不在于由结构尺寸的复杂造成的高柔性要求，而在于高精度高要求复杂性专业性带来的对设计者技术功底和视野的高要求。

1.2  监控
包括监视（monitor）和控制（Control）
大规模流水线的监控，借助计算机系统是很容易的事情。但是对于齿轮刀具生产线，却是一件很头疼的事情。目前国外著名公司监控的精度，大多数不高。从单件单订单到单班不等。
难度主要来源于调整的代价比较复杂，没有很好的算法应用能够让监控者选择最优或较优方案，以求迅速反应。
另外监视的准确性差，也是造成调整难度提高的原因。
如果存在外协工序，则监控难度更高。

1.3  全员参与和支持
这是很有意思的问题。一般的大批量生产，根本不用考虑这个问题。
这里所说的全员参与，指的是设计，销售，财务和质量对生产的参与和支持。
如果只有生产自己在急，而其他部门没有给与与足够的支持，那么生产能力的浪费将是相当严重。
**  设计。设计篇说的已经很多了
**  销售。客户的交货期要求，有时候会有所变化，有时候完全可以推迟。这些信息快速反馈到生产，然后生产快速做出相应的调整。约束条件的变化，会对整个平衡造成影响。如果准时或者超前交货，而客户接到后也是放在仓库不管，就会对刀具供应商的生产造成浪费。
**  财务。主要是客户是否根据合同付款。这相当于一种信用控制。准备好了发货，客户却不付款，那么产品就不能出库。这样也是一种对生产的浪费。
**  质量。质量主要是测量控制和反馈。跟生产密切相关。

1.4  柔性生产计划
齿轮刀具的生产，需要一种高柔性的生产计划。我们常说，计划赶不上变化。而这里的要求恰好就是计划要迅速赶上变化。
因此，传统意义上的计划，已经不再适应新的要求。
如何设计和使用高柔性的生产计划，与财务状况，生产情况，技术情况，质量情况互动，是一个很有价值的问题。不仅仅对生产线平衡有着重要意义，更是对管理的效率和顺畅大有裨益。

1.5  生产过程的可控性
齿轮刀具生产过程的可控性很棘手。有再好的监控和计划，可控性保障不了根本无法实施生产的管理意图。
这也是很多大公司，宁愿多投资采用品牌的高可靠性的数控设备原因之一。
另外，工人的素质，设备维护使用的能力，工装可靠性也是重要的方面。
外协加工，将会对可控性提出很大的挑战。

难点：
**  本身既是高难度
**  齿轮刀具生产制造的特点
**  需要高层管理的支持
**  需要生产线平衡理论技术和软件的支持
**  如果有工序外协，则难度更高


2，控制和缩短交货期 （Delivery Time Control & Reduction ）

交货期的要求越来越短，是大势所趋。
一方面，对客户来说，交货期越短越有利于新产品开发，项目控制和降低刀具周转压力；另一方面，对刀具制造商来说，交货期越短，资金周转越快，生产效率越高，生产管理的不确定性越低，原料库存压力越低，对废品率的敏感性降低。
所以，缩短交货期是双赢的，是双推动的，是齿轮刀具生产制造的永恒追求。
而缩短交货期的前提之一，是对交货期的控制。
齿轮刀具的生产，几乎 100% 由订单驱动，对众多订单的交货期要求进行协调控制，是一个很复杂的课题。

2.1  优先级快捷反应
订单生产，有个优先级的问题。优先级的产生，有先后顺序，交货期要求，付款条件，客户压力等。而控制交货期的很重要的一个课题，就是优先级的快捷反应。包括优先级对新情况的动态快捷有效进行生成调整，和生产管理系统对优先级变化做出动态的快捷有效反应。
前者是一个评价算法的问题。
后者是生产管理系统求解算法和动态响应的问题。
其中算法是核心部分。如何来求解出最优解非常复杂。
动态响应指的是系统对该部分的反应能力。

2.2  工艺革新和改进
通过制造工艺的革新，来缩短交货期，是立竿见影的方法。革新的难度，不仅来源于技术创新，还需要试验推广和应用。
工艺上持续的改进，来缩短交货期，是一种长期的有效方法。小步快跑，一周一个进步。以量变来形成质变。这一点主要来源于制造工程师和工人的智慧。

2.3  全员参与和支持
仍然需要强调的是，全员参与和支持。
销售部门最习惯做的，是接到订单，转给技术部生产部，就不管了；质量部门最习惯做的事情，是检验合格放，不合格不放，不管其它…… 似乎交货的问题就是生产部门需要考虑的问题。实际上交货期的控制和缩短，与太多因素有关。没有其他部门的参与和支持，生产管理都只是一个局部的优化，从而达不到整体优化的效果。
这就要求高层督促，在某种程度上打破部门间的隔阂和防火墙，将所有相关部门联系到大制造系统之中。

2.4  柔性制造
柔性制造，是小批量多样化生产的基本要求之一。
在小批量多样化生产的交货期的问题上，柔性制造也是基本要求之一。
设备和生产管理的柔性，对于齿轮刀具，主要体现在
**  对付不同刀具结构参数的制造柔性。在这方面，CNC 设备有着不可比拟的优势
** 1.4  柔性生产计划和 1.5 生产过程可控性

难点：
**  技术难度高
**  需要高层管理的支持
**  需要生产管理方面的理论技术和软件的支持
**  如果有工序外协，则难度更高


3，零废品率 （Zero Scrap）

齿轮刀具的生产，对废品率的敏感度很高。报废一个活，意味着重新下料（原材料很昂贵），意味着生产计划增加一个额外的单件，意味着交货期很难保证。是一个很头痛的问题。其造成的损失，远胜于一把刀具本身的价值。
而市场对齿轮刀具订货交货期越来越严格的要求，使得刀具供应商提出零废品率的目标。

3.1  质量体系
说到质量体系，可能首先联想到的是 ISO9000 这些质量认证。实际上 ISO 质量体系对齿轮刀具生产来说，是远远不够的。几乎每个著名公司都有自己的一套行之有效，经过时间检验的质量体系。
但是，跟零废品率的要求比起来，仍然需要更深更细致的研究和改进。

3.2  设备数控化
数控化主要是为了降低对操作工人的依赖，有效降低人为因素产生的废品率。
需要注意的是，数控化的同时，对设备可靠性，维护和使用都提出了更高的要求。
数控化的另一个好处，是可以方便接入 CIMS 系统，成为计算机系统中的一个加工单元，在信息流的可靠性上得到飞跃性的提高。
从发展趋势来看，生产线全数控化将是大势所趋。

3.3  工人素质和外协可靠性
废品的产生，大部分来源于操作。所以工人的素质是控制废品率最为关键的环节之一。
而高素质的操作工人，在任何一个公司，都是值得珍惜的财富。怎么样来培训，培育工人素质，就不是那么简单的事了。
外协的可靠性，也是废品率的敏感因素。对于大公司，选择和控制供应商，是相对更容易的事情。但是大部分的齿轮刀具公司，规模都不是很大。对供应商的选择控制，就成了任何一个管理者需要下功夫的地方。

3.4  工装革新和改进
任何设备的性能发挥，都离不开合适工装的配备。特别是随着数控设备的日益普及，工装越来越成为加工系统的薄弱环节。
物流工装是容易忽视的环节。

难点：
**  是一个典型的木桶模型，哪个环节都不能缺


4，特殊齿轮刀具的生产 （Special Gear Cutting Tools Manufacturing）
（说明：无特殊说明的，难点同总说明）

4.1  粗切滚铣刀
4.2  非圆柱形滚刀

4.3  柄式/多联滚铣刀
这种刀具的难度，不在于 CNC 设备，而在于
**  定位精度的高效加工。柄式在工艺上的定位基准一般是中心孔，和使用不一样。难度在于高效加工出足够精度的定位基准。
**  多联刀的间隔控制。间隔越小，长度约小，越节省材料。
**  长度问题。如 4.4

4.4  多头/多槽/大直径/超长度滚刀
**  多头，则螺旋角大。大到一定程度，工艺难度会骤升。
**  多槽，则加工时间长。难点在于提高效率。
**  大直径。无论备料，相应设备工装，还是加工效率，整体难度都要更高。难点在于整条生产线的适用。
**  超长度。主要难点在于定位基准的加工。其次是铲磨轴向方向的精度保持（砂轮磨损和设备累计误差）。再次是热处理变形的控制。

4.5  双压力角滚刀剃刀

4.6  强力剃刀（高速剃齿刀，同期式剃齿刀）
如设计篇所述的话，光是梳槽，就足够头疼的。
如果使用硬质合金，那么整体加工难度陡升。

4.7  交展式滚插剃（跳牙）

4.8  蜗杆式剃刀
梳槽；齿形。

4.9  筒式插刀
齿形：大多数是线切割。效率太低。

4.10  环形槽剃刀
槽的质量；效率太低。

4.11  高速/干切滚铣刀
**  材料
**  生产出优化设计所给出的结构
**  热处理变化
**  涂层变化
**  磨削质量

4.12  高精度高性能特殊齿形滚刀

4.13  硬质合金刀具
硬质合金不需要热处理，在工艺流程上简化了，但是在备料和磨削上，却是极为困难的事情。
**  备料。硬质合金无热处理，所以备料和高速钢完全不一样。原棒料，中空料还是带槽？怎么检验和保证质量？怎么控制成本？都是非常棘手的问题。
**  全套金刚石砂轮。金刚石砂轮，使用和修整，都和普通砂轮不一样。缺少这方面的知识和经验，用起来会出问题的。
**  效率低。硬质合金刀具昂贵的一个原因，是原材料贵和加工难，另一个原因就是加工时间漫长。
**  表面质量。包括粗糙度和微裂纹控制。检验的可靠性和效率是个问题。
**  涂层。难点在于涂层准备，退涂，涂层控制。
**  铲磨。是效率问题最突出的工序。目前有公司运用电加工来提高效率。但是微裂纹问题，一直都是电加工难以控制的难题。另外，铲磨砂轮的修整也是个难题。在表面质量上，铲磨也是关键点之一。

4.14  小模数
**  对于滚插刀，最突出的是砂轮尖角问题。尖砂轮外圆易碎，难以保持。
**  对于剃刀，最突出的问题，是梳槽和落刀槽加工。

难点：
**  带相应程序的高精度 CNC 设备，包括机床和测量
**  有些需要特种加工


5，设备改造和开发 （Equipment Updating & Development）

平时我们常说专业化，即做强，不一定做大。但是国外齿轮刀具著名公司，无一例外具备设备改造和开发能力。甚至出现设备销售额成为大头的现象和趋势。究其原因如下：
**  齿轮刀具行业偏小。极少机床公司愿意在这么一个小市场上投入研发力量。国内原来生产铲齿机的大连机床厂也放弃了。机床厂的最感兴趣的在于车床，铣床，加工中心这些通用型的设备。因此，由刀具厂自己开发改造，或者与机床厂联合开发，是一个被逼出来的大方向。
**  齿轮刀具加工复杂，设备技术含量高，专业性强。一般的外行人，抓不住要点。而最熟悉的恰好是刀具厂本身。另外，刀具厂作为客户，可以根据使用情况对设备进行持续改进。这是设备自行改造开发的一个优势。
**  利益驱动。齿轮刀具不是钻头丝锥不能大批量标准化生产达到薄利多销，也不是成套设备利润率高，而是一种复杂，利润率低，形不成量的优势的一种单件产品。所以齿轮刀具公司借助技术上的优势，向设备方向发展，是内在利益驱动的方向之一。

5.1  数控改造
设备数控化的潮流，从六七十年代开始，至今方兴未艾。其柔性化，自动化，可靠性，可控性，高效率的优势远非普通设备所能比拟。其性能上的飞跃几乎完全压过价格上的巨大差异。
齿轮刀具制造设备，在国外大致已经走过了2~3代的数控化之路；在国内，要么关键设备局部联合开发改造，要么购买国外设备，要么停滞不前，在数控化上未成气候。
对设备的改造，笼统地分，包括机械部分，电气部分，数控部分（改造或加装），程序部分。这里说的数控改造，指的是数控和程序部分。数控改造作为设备改造的核心，对设备能力的提升贡献最大。同样也是最难的地方。
**  控制系统的选择。不论西门子， FUNAC 还是国产，甚至嵌入式芯片控制，必须对系统整体上熟悉，并具备相关的编程调试能力，在成本和效能上取得有利的平衡。
**  系统开发。如果不是选择购买商用的成熟系统，自行开发。则难度更高。
**  编程。大部分的公司的基本方法，是购买成熟系统，如 SIEMENS 840D，然后在这个平台上，接装电机，光栅等部件，同时自行编程得到界面和操作软件。编程本身并不难，但是对一个传统机械行业的公司来说，机械和 IT 的结合，就不好办了。
**  持续改进。自行改造的很大一个优势就是持续改进。新产品的开发，新技术的运用，系统的优化等，都要求自己在设备上作出迅速有效的反应。

5.2  培养在设备上的一个团队
这个团队，是一个对刀具，对机床，对 IT 都能通吃的复合团队。
在这里单独列出来，是因为团队的建设对设备改造开发，是关键点。没有这个，一切免谈。

5.3  专机开发
改造设备，有很多先天的缺陷。自行开发专机，则可以整体设计，整体把握，得到自己想要的最适合自己的设备。
同时，具备了专机开发能力，也就具备了开发其他机床的基础能力。
专机开发的难度，主要在于成本的控制。设备的研制，投资回报周期非常长。如果在这方面投入太多，对刀具公司来说负担是非常大的。

难点：
**  对于专业生产刀具的公司来说，在设备上的能力要求是过高的


6，工艺革新 （Process Innovation）

工艺革新，相对于工艺优化改进而言。指的是在工艺上的大改。在这方面，很多公司都有自己的独门秘籍。每一次工艺革新，都能带来制造技术发展的一大步，使得产品质量，交货期和成本控制从中受益。
如：剃刀落刀槽，从钻孔到铣槽/滚齿；从铲齿+铲磨到全磨；从磨孔+研孔到珩磨到内圆磨……
齿轮刀具的工艺革新，不是很频繁。但是每次都会带来相当明显的效果。

6.1  普通刀具的工艺革新
着力点在于质量的稳定性，效率和成本。
普通刀具作为公司产品范围的大头，其制造工艺的革新，能够给整个公司带来的影响。
难点，往往是你不想去想，或者想到了也做不了。特别是对于大公司来说，大部分人是有惰性的。大的改动，不仅在技术上会遇到困难，在试验实施和推广上往往也是困难重重。

6.2  特殊刀具的工艺革新
具体问题需要具体分析。
这里的难点，主要凸现在技术上。
一般来说，一个公司不可能囊括所有的特殊刀具，都会有一部分。其中的原因很多。但是最重要的原因还是在于这个特殊上。
**  攻关。特殊刀具比普通刀具的制造要难得多。否则谁都能做了。
**  低成本开发和革新。特殊刀具的开发需要花费很大的技术投入来攻克设计和工艺的难题，而产量又往往不大。时不时出个问题又得去照顾照顾。所以，对特殊刀具的工艺革新，难点还表现在技术上运用娴熟，花不多的时间就能搞定。

难点：
**  任何工艺革新本身就是一件难事，而对于齿轮刀具尤其是


7，低成本高质量备料 （Raw Material Preparation with Low Cost & High Quality）

高性能齿轮刀具原料成本占总成本的 10~50% 不等。对刀具成本的控制，原材料首当其冲。
而刀具性能起码 30% 决定于材料和热处理。因此，刀具性能好坏与备料的质量息息相关。
目前齿轮刀具的材料，绝大部分是高速钢。而高性能齿轮刀具（除了剃齿刀），绝大部分是粉末冶金高速钢（PM HSS）。
硬质合金比例很小，与通用刀具，如钻头立铣刀形成鲜明对比。主要是加工刚性的问题。硬质合金对冲击非常敏感，需要加工系统刚性非常好。而滚插加工振动相当大，硬质合金刀具很容易崩刃。因此在小模数齿轮，高刚性机床和高速切削上使用较多。另外一个问题是成本太大，包括制造成本和修磨成本。
以下两篇文章可以作为参考。特别是第一篇，前成研所 吴元昌 老前辈的文章，含金量极高。
http://www.jxcad.com.cn/read.php?tid=231682  《近年欧美粉末冶金高速钢的进展及其应用实况》
http://www.jxcad.com.cn/read.php?tid=189198  《粉末冶金高速钢的选择与应用》
可惜搜集到的日本的资料太少。
推荐一本好书：
http://www.jxcad.com.cn/read.php?tid=296233  《高速工具钢》
从目前情况来看，PM HSS 取代 HSS（普通高速钢）成为高性能齿轮刀具主导材料，已经成熟；从未来发展来看，高合金 PM HSS 取代硬质合金完全是可能的。
PM HSS 相当于 HSS  的成分+硬质合金的工艺（粉末冶金）。从根本上消除了 HSS 碳偏析现象，强度，材质均匀性和碳含量合金含量上限都得到了质的飞跃。跟硬质合金相比，高合金 PM HSS 从 HSS 发展而来，多种元素组合理论和应用体系成熟。目前强度硬度和红硬性跟硬质合金已经相当接近，而且还有更进一步的发展空间。而其可进行热处理和粗加工，可磨削性好，韧性好，抗崩刃能力强，价格优势，都是成份简单的硬质合金所无法比拟的。
下图为比较：


7.1  降低和控制库存量
在这个问题上，几乎每家公司都有自己的办法招数。但谁都知道，降低和控制库存的意义有多大，难度有多高。
对于大批量生产，生产可预知性好。到了订货点，就下订单。相对来说，要简单的多。而对于齿轮刀具而言，今天订单 1 个 M35 直径75，明天的订单忽然100个 ASP2030 直径111，对负责备料的人来说，简直就是头大。

7.2  原料质量管理体系
作为整体质量体系的一部分，原料质量管理有着特殊的地方。主要是质量问题隐蔽。从外表上看不出来。某部分的缺陷又不能通过常规金相看出。一般到了质量问题，到最后一步才是检查原料是否存在问题。对质量问题的提前知道，是几乎办不到的。出了问题，到了最后，才会查出来。所以这个原料质量控制，是相当困难的。对钢厂的依赖性很高。

7.3  找到好的供应商/合作伙伴
千万不要以为，买钢材就是买钢材。实际上这钢材里面的学问可大着呢。与钢厂的合作是相当重要的事情。
从质量上说，从 7.2 可知，原料质量对钢厂的依赖性很大。
其他方面合作的好，成本大幅降低，库存压力低，技术上得益。
全世界生产高质量高速钢的公司并不多。所以可选择的范围并不大，需要很好地把握才行。

7.4  国产化替代
本来这一段会在差距篇谈及。但是，由于其重要性，在这里特别提出一点质疑。
国产高速钢的质量，实在不敢恭维，更不用说 PM HSS 一片空白了。似乎中国总是在低端产品上大打价格战，然后把宝贵的资源成批成批的，长年累月的卖到国外。到了原材料突然涨价的那一天，所有的恶果又都由我们自己来承担。
国产化的意义，不仅对于刀具厂意义重大。降低成本，交货迅速，沟通方便。更在于国家基础工业的进步。机械制造重点在金属切削，金属切削重点在机床和刀具，刀具重点在材料。目前在刀具的高端材料领域，几乎100% 依赖进口。而原材料的生产制造，是一个很庞大的系统工程，不是短期内能够突破的。今天耽误一年，意味着差距扩大一年；耽误两年意味着差距扩大两年。
另外，钢厂与刀具厂的合作，也是国产化的需要。

难点：
**  库存/原料成本压力大
**  原料质量稳定性难以控制


8，关键粗加工工序的质量控制 （QC of Key Roughing Operation）

这部分的重要性是很容易被忽略的。
而实际上粗加工质量对刀具的使用性能，后续工序的效率，制造成本都有着重要的意义。

8.1  铲齿
铲齿是一种振动很大的低速成形加工工艺，只能使用专用铲齿机。表面质量差，精度低。
**  为了克服铲齿误差，余量必须放大，原料成本高且铲齿铲磨工序效率下降。
**  另外铲齿表面质量对刀齿强度有很大的影响。
**  铲齿长度对后刀面是否翘尾巴，铲磨层是否均匀都有决定性的作用。
最难最关键的在于这个铲齿机：一款刚性好，精度高，高效率的专用机床。其次是铲刀。

8.2  梳槽
梳槽对剃刀的重要性，已经得到公认。
梳槽也是一种振动很大的成形加工工艺，而且只能使用专用梳槽机。区别在于其速度范围可以提得很高，从而获得好的表面质量。
梳槽的要求，主要是表面质量，梳槽够深，深浅均匀性好。
最难最关键的在于梳槽机：一台刚性好，机构运动适用，高效率的专用机床。其次是梳槽刀。

8.3  退刀槽加工
这个问题，以前并不受重视。直到现在，仍然有大量的传统钻孔工艺制造的剃齿刀在使用。
实际上退刀槽的精度，直接影响到剃刀牙齿的有效高度设计，即必须放出很大的余量。一来增大了最小齿隙宽度，对模数小的剃齿刀是致命的。二来强度低，热处理变形量大，对于宽度较大的径向剃刀会体现得很突出。
其加工精度和结构形式，取决于加工工艺，设备和刀具。

8.4  车坯
把车坯看作粗加工关键工序，可能会让很多人惊讶。
其意义，最主要在于对毛坯余量的要求。精度越高，所需余量越小，从而节省原材料。要知道 PM HSS 的价格是相当昂贵的。
难点在于保证定位中心（如孔，中心孔等）与外圆的同心度。

难点：
**  首先在重要性上有所认识
**  大多需要专机或专用刀具


9，高质量热处理 （High Quality Heat Treatment）

热处理，是一个相当复杂的领域。而高速钢的热处理，更是复杂中的复杂。
当年高速钢之所以能够成为刀具材料的主流，最重要的原因是热处理的革新，将高速钢的红硬性发挥出来。
如果你去翻热处理的基本教材，你会看到150~250度回火为低温回火以获得马氏体，应用于工具钢。然而高速钢的回火却是540~570度范围获得马氏体。以此足见高速钢热处理的特殊性。
热处理作为基础工业，在很多行业很多公司，是生产制造的核心技术。
在逆向工程流行的时候，有一种错误的思想认为什么都可以仿制。不用说别的，给你一个零件，就算你能仿制出来形状，那你能仿制出金相和材料性能嘛？！
而高性能高速钢齿轮刀具，对热处理的依赖更加大。同样的设计容易，同样的材料容易，同样的涂层容易，但是同样的热处理是做不到的。从而造成性能上的差异，生产上的差异，稳定性的差异。
在高速钢热处理上，每个公司都有自己一套独有的理论和方法，而且严格保密。
另外，任何一种新材料的应用和推广，都离不开大量的热处理试验。在热处理上不过关，再好的材料也用不来。
涂层技术的应用，在一定程度上改变了热处理的目标。
欧洲齿轮刀具的高质量（总体上超过美国），与很多因素有关。其中热处理是一个重要的原因。
参看： http://www.jxcad.com.cn/read.php?tid=300558

9.1  质量稳定
**  关键在于温控。
**  根据不同结构，参数，炉号，调整热处理工艺。
**  理论上的解释和指导。从原理层面把握，是稳定质量最有力的方法。也是最困难的。

9.2  变形控制
**  滚刀。滚刀的轴向螺距是一个关键参数。对不同材料和设计，控制变形，非常难。
**  剃刀。至今真空热处理搞不定剃刀，热处理变形太大，是关键点。

9.3  充分发挥粉末钢性能
粉末钢的热处理相对温度范围宽。但是将其性能发挥到极致，却是非常困难的事情。
而高速干切刀具，对材料性能提出相当高的要求。这不仅仅是调整调整热处理工艺就能做好的事情。需要使用的反馈和大量实验及分析，来确定热处理的工艺和检验项目。

9.4  特殊表面处理
特别是剃齿刀。剃刀绝大部分不涂层，因此寿命对表面处理有很大的依赖。
这部分的保密太严重。太多东西是不得而知。

9.5  检验和评价
热处理的检验，常用是硬度和金相。但是对于高性能刀具来说，仍然不够。
另外，对每一批刀具进行金相检验，目前还没有哪家公司做得到。
从金相中看出问题，需要深厚的功底，包括理论和实践经验。

难点：
**  复杂
**  原理上难以把握。很多东西莫名其妙
**  对试验和经验的依赖性大


10，磨削工艺工装优化和革新 （Grinding）

磨削，在硬件的精密加工中，仍然占据主导地位。而且随着高速磨削，强力磨削，砂轮技术和磨削液/油的发展，磨削进入了一轮新的发展期。
对于刀具，磨削是主要的成形方式，是决定精度，表面质量，效率和成本的关键。
高性能齿轮刀具在精度，表面质量和磨削效率上，有着更高的难度。这里所列的几个，只是众多的难题的很少一部分。
由于磨削的高刚性要求和需要大量的辅助，磨削工艺对设备的依赖是很大的。
高速磨削参看： http://www.jxcad.com.cn/read.php?tid=143340

10.1  硬质合金磨削
把这部分单独列出来，是因为硬质合金的加工，几乎全部由磨削完成。在硬质合金刀具的生产制造中，磨削是最重要的部分。关键点：
**  效率。没有粗加工，使得成形中，几乎所有的金属由磨削去除。所以，提高效率是硬质合金刀具制造的首要问题。
**  微裂纹控制。硬质合金对微裂纹很敏感。在考虑效率的时候，往往容易忽略这个问题。
**  打砂轮。金刚石砂轮，难以修整是出名的。
**  磨削油/液的选择和使用。这里面很有学问。
**  工艺参数

10.2  砂轮/砂轮修整选用和试验
砂轮的选择，大致的方向，根据理论和经验指导。具体的选择，仍然需要砂轮试验。
砂轮试验的水平，往往是一个公司磨削水平的缩影。特别是 CBN 砂轮的应用。

10.3  工艺参数优化
磨削相对于切削来说，对工艺参数的敏感性没那么大。相对比较稳定。也正因为如此，磨削工艺参数的优化很容易被忽略。
但是由于磨削的复杂，参数优化在理论上很难直接完成。需要进行大量的在理论指导下的试验和实践经验。

10.4  关键工装夹具设计选择和使用
磨削相对于切削来说，对工装夹具的依赖不大。这也是容易被忽略的。
其实，磨削对工装的要求侧重点不一样。精度和刚性是其重点。

难点：
**  磨削理论不够发达，很多东西很难把握，只能依赖经验和试验
**  工艺革新，对设备依赖性大


11，定位基准质量控制 （QC of Location Reference Manufacturing）

任何机械零件，都有定位基准。定位基准的加工精度，都会直接影响到整个加工精度体系。这也是容易被忽略的地方。大部分的注意力集中在怎么磨好齿形，怎么磨好前刀面。实际上，如果定位基准不好，这些精度磨得再好也没用。因为只要重新装夹，精度马上就会变掉。
对使用者来说也是同样的道理。加工出来的滚刀齿形是 AA 级，使用起来却加工出8级齿轮。常见的问题就是定位基准的精度缺失。

11.1  孔
特别是长滚刀，孔的问题尤其严重。
目前对滚刀孔的加工，一般是内圆磨，珩磨，内圆磨+研磨三种。无论哪一种，对长滚刀的孔加工，都是很费劲的事情。
另外中心孔的磨制，也是一件容易被忽视却不容易的事情。

11.2  柄
带锥柄的滚刀，更难。

11.3  面
特别对于很薄的插刀剃刀，磨平面很难磨到要求的几个u内。

难点：
**  问题隐蔽，不易察觉。
**  控制成本和效率


12，高性能高质量涂层（High Performance and Quality Coating）

涂层赋予刀具更高的表面硬度，耐磨性和高温下的热保护，从而大大提高刀具的寿命。
涂层技术的应用，是刀具发展史上的革命。正是因为涂层的运用，高速钢时代得以延续。
目前在刀具上大规模商业化应用的涂层，绝大部分是物理气相沉积涂层(PVD)。
涂层设备的成本相当昂贵，技术跨度大。所以大部分的涂层，由专门的涂层公司来做。
参看： http://www.jxcad.com.cn/read.php?tid=295262

12.1  涂层准备
一般来说，涂层前需要去毛刺，清洗，吹砂。
看似简单普通的工序，却对涂层的质量有极其重要的影响。

12.2  退涂
目前，很多涂层的退涂是退不了的。
很多公司不重视退涂，觉得直接修磨没什么大问题。实际上问题相当多，不仅仅是效率和成本的问题，还牵涉到质量问题。

12.3  控制涂层质量
涂层的质量，包括粘着力，厚度，硬度，表面质量，均匀性等。涂层质量主要与炉子情况，工艺，耗材情况，涂层准备等有关。是一个很复杂的问题。

12.4  开发涂层品种
涂层技术还刚刚起步，远未完全发挥出它的优点。前景依然十分广阔。开发新的涂层品种，以适应更多的应用场合，提供更高的性能。随着新的涂层方法的成熟和推广，会有更多的涂层品种出现。
涂层开发的方向，将是多层，纳米效应，超硬，软涂层等几个方向。
每一种刀具涂层的开发，都是涂层公司和刀具公司合作的产物。

难点：
**  技术跨度大，难度高。



13，成组技术（Group Technology）

成组技术在齿轮刀具的应用，只是大材小用。
但是当刀具产量到一定程度的时候，成组技术的应用将会对生产制造带来显著的效应。

13.1  编码
齿轮刀具的成组，主要在于参数，而不是结构。所以现有的成熟的编码体系，并不很适用。可以根据自己的需要，自行开发编码体系。

13.2  编组优化算法
对编码的刀具，在生产安排上需要进行编组加工。当产量到达一定规模后，人工编组显然不能适应。这就需要计算机辅助，通过一定的优化算法，得出最优方案以供选择。

难点：
**  系统地引进成组技术到齿轮刀具的生产，尚无先例



14，IT 应用 （IT Application）

信息化在生产制造中的应用，早已大范围推广普及。信息化给生产制造带来了革命性的进步。
从最开始的 NC 设备，到后来的 FMS 和 ERP，再到后来的 大制造系统。电子信息技术从诞生的那一刻起，就开始在生产制造领域里掀起一波又一波的信息化浪潮。
而信息革命，其实还只是刚刚开始，方兴未艾。

14.1  ERP 系统应用
生产制造，牵涉到各个部门和子系统。
销售，设计，工艺，备料，采购，质量，生产计划，生产组织（调度），保养维修，财务，车间工段，物流，行政，甚至 HR，供应链
将子系统之间，通过网络把管理类的信息无缝连接起来，实现信息的迅速有效传递，并加入计算机辅助分析，组成整体的 ERP，从而大大提高企业整体运行质量和效率。
目前成熟商业化的 ERP系统，国外国内都有。
而ERP系统的实施，其实最难的地方在管理层面。无数的案例都证明了这一点。

14.2  CIMS 应用
CIMS 从CAE到CAM，再转接到ERP接口和CNC设备，能够让数据传输有一个质的飞跃。
特别是对于参数繁多的齿轮刀具而言，尤其重要。能大大提高数据传输的可靠性，而且由于省略了人为输入环节，使得生产的辅助时间大大降低。
CIMS 应用的难点，不仅仅在于管理层面，更在于技术层面。
接口问题是最麻烦的地方。

难点：
**  管理层的支持和推动
**  技术难度高



15，持续发展 （Continuously Updating）

我们常说百年老店，百年老厂。对于机械制造来说，强调一个积累。但是，如果一个公司没有一套持续发展的东西，那么时间的积累并不能带来什么。相反，甚至会难以为继，最终倒闭。
对于生产制造而言，持续发展尤为重要。而这个问题，恰好是国内很多企业的致命伤。通过购买设备完成技术改造，然后就靠这些设备吃饭。十几年后，再购买设备进行技改，再靠设备吃饭。更有甚者，直接购买整条生产线，却没有消化，陷入“引进——落后——再引进”的怪圈。在齿轮刀具制造领域，该现象也是屡见不鲜。
目前国外著名的齿轮刀具厂，基本上都是经过几十年以上有效积累，经大浪淘沙后生存下来，走向良性发展轨道的老厂。这其中，是很有一套东西的。

15.1  全球视野
与设计篇一致。但仍需单独列出。
与设计相比，生产制造所能借鉴它山之石的范围更为广阔。不仅齿轮刀具，任何生产制造的先进技术和管理都可以借鉴，消化和应用。所以在广度上，更需要强调全球视野。
但是，恰恰相反的是，做生产制造的人，往往在视野上不及设计，反而成为一个掣肘。这也是目前国内制造业后劲不足的主要原因之一。

15.2  持续改进，不断创新的文化
与设计篇一致。而其对生产制造的重要性，更甚于设计。
而且，在国内，该文化的缺失显得尤为突出。
通过管理和技术的持续进步，来推动企业的发展，是一个成熟企业的基本特征。如果你看到一个企业，十年前是这款主打产品，十年后还是这款，没有任何变化。那么它离改革或者消亡就不远了。如果你看到一个企业，过一段时间就会出一种新产品，或者过一段时间交货期缩短了几天，那么这个企业必然是欣欣向荣，稳步前进。

15.3  生产管理&技术团队
这个团队，主要由生产管理层，工段层，制造工程师 / 现场施工工程师，设备维护维修工程师，生产支持部门等组成。
一个稳定，专业，高效的团队，对复杂专业的齿轮刀具生产制造，是尤其的重要。有的齿轮刀具公司鼓励员工成为终身员工是为稳定考虑；专业则来源于高层次人才的加入和稳定工作；高效最重要的在于团队精神，企业制度，企业文化和员工素质。

15.4  技术工人队伍
齿轮刀具生产制造对于 know-how 的依赖，前面已有陈述。而在齿轮刀具的生产制造中，相当大一部分的 know-how 出自技术工人。工人长期的实践，独有的视角和创造力，是工程师所不能取代的。
对于技术工人队伍的建设，稳定是首要的。

15.5  产学研结合
技术篇的产学研结合，是容易理解的。但是生产制造的产学研结合，就不那么容易理解了。
由于国内对生产制造技术在很长一段时间内的忽视，大家形成了一个错觉。似乎世界工厂就是建造大型工厂，购买大批设备，雇用大量工人，出售大量产品，以价格战把对手淹没。
如果长期这样，那么“中国制造”，永远成不了“中国品牌”，永远成不了“中国研发”。永远都是在中低档市场混战，在高端几乎完全失守。
制造，是一门很考究，很需要科研支持的技术。再手艺高超的老工人师傅，再经验丰富和高明的老高工，都无法弥补科研落后所造成的问题。

15.6  专机改造开发能力
在第5节已有详细阐述。
在这里特意提出，是因为对于齿轮刀具生产制造的持续发展来说，专机改造开发能力实在是太重要。
做不到这一点的，只是靠卖刀的公司，已经绝大部分被淘汰。随着国内市场的进一步开放，洋刀的进入和国内新兴企业的崛起，一轮大规模的淘汰必将拉开序幕。
那时候，会明显地看到，留下来的企业是什么样子的。可以断言的是，发展的好的，必然是拥有专机改造开发能力。

难点：
**  难的不是名噪一时，而是百年老店

[ 本帖最后由 neng_jiang 于 2007-5-19 18:11 编辑 ]

jakejuncao

好东西必须要回复，收藏了

阿懵

胜读十年书！！！感谢！！

huang_hong_xaun

好东西????

ludingji731

好东西！顶一个先！

Andrew

有道理! 哈哈:)

大象蚂蚁

回一下才对得起

金刚

齿轮论坛确实挺好

lddltool

真是受益匪浅啊！

sfss

4.13  硬质合金刀具
硬质合金不需要热处理，在工艺流程上简化了，但是在备料和磨削上，却是极为困难的事情。
**  备料。硬质合金无热处理，所以备料和高速钢完全不一样。原棒料，中空料还是带槽？怎么检验和保证质量？怎么控制成本？都是非常棘手的问题。
**  全套金刚石砂轮。金刚石砂轮，使用和修整，都和普通砂轮不一样。缺少这方面的知识和经验，用起来会出问题的。
**  效率低。硬质合金刀具昂贵的一个原因，是原材料贵和加工难，另一个原因就是加工时间漫长。
**  表面质量。包括粗糙度和微裂纹控制。检验的可靠性和效率是个问题。
**  涂层。难点在于涂层准备，退涂，涂层控制。
**  铲磨。是效率问题最突出的工序。目前有公司运用电加工来提高效率。但是微裂纹问题，一直都是电加工难以控制的难题。另外，铲磨砂轮的修整也是个难题。在表面质量上，铲磨也是关键点之一。

10.1  硬质合金磨削
把这部分单独列出来，是因为硬质合金的加工，几乎全部由磨削完成。在硬质合金刀具的生产制造中，磨削是最重要的部分。关键点：
**  效率。没有粗加工，使得成形中，几乎所有的金属由磨削去除。所以，提高效率是硬质合金刀具制造的首要问题。
**  微裂纹控制。硬质合金对微裂纹很敏感。在考虑效率的时候，往往容易忽略这个问题。
**  打砂轮。金刚石砂轮，难以修整是出名的。
**  磨削油/液的选择和使用。这里面很有学问。
**  工艺参数

老大，有没有合适的解决方法？