數(shù)控加工過(guò)程刀具高效使用優(yōu)化探討

趙鵬程

（威海機(jī)械工程高級(jí)技工學(xué)校，山東 威海 264500）

為改變刀具磨損這一現(xiàn)狀，必須在實(shí)際加工過(guò)程中提升刀具應(yīng)用效率，使其在有限的使用期限內(nèi)創(chuàng)造出最大的價(jià)值，因此探究如何使刀具實(shí)現(xiàn)高效化應(yīng)用極為必要。

1 刀具應(yīng)用特點(diǎn)

根據(jù)材料、組成結(jié)構(gòu)、切割工藝等可以將刀具分為多種類(lèi)型，比如基于結(jié)構(gòu)可以分為整體型、特殊型和鑲嵌型；基于材料可以分為金剛石類(lèi)、高速鋼類(lèi)和合金類(lèi)；基于切割工藝可以分為鉆削、車(chē)削、銑削等[1]。但不管哪種類(lèi)型，在實(shí)際加工過(guò)程中都必須滿(mǎn)足以下特征。

1.1 剛性

刀具一旦缺乏剛性，在實(shí)際加工當(dāng)中，就會(huì)因?yàn)楦咚俎D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)和材料相接觸產(chǎn)生的劇烈震動(dòng)，給正在加工的零部件精密度帶來(lái)影響，拖慢加工進(jìn)度，同時(shí)這種劇烈震動(dòng)還會(huì)導(dǎo)致刀具的磨損程度增加，從而縮短應(yīng)用期限。實(shí)際選用刀具時(shí)必須滿(mǎn)足具體的加工要求，保證基本剛性。

1.2 可換性

實(shí)際在數(shù)控加工時(shí)，往往會(huì)有不同的生產(chǎn)工序要求，這時(shí)則要應(yīng)用不同類(lèi)型的刀具。一般要根據(jù)實(shí)際加工狀況選擇，這就會(huì)涉及刀具的可更換性。具體應(yīng)該在確?；Q速度的基礎(chǔ)上，把刀具完全精準(zhǔn)地安裝到刀庫(kù)及機(jī)床上，刀柄通常也要根據(jù)用途選擇，目前最常見(jiàn)的主要有錐柄與直柄。

1.3 系列性

數(shù)控加工是基于編程和管理達(dá)到生產(chǎn)自動(dòng)化，而刀具轉(zhuǎn)動(dòng)自動(dòng)化必須對(duì)各項(xiàng)影響因素進(jìn)行考慮。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，只需要把刀具安裝到規(guī)定位置即可，如機(jī)床主軸或者刀庫(kù)上。從這來(lái)看，讓整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)保持穩(wěn)定的基本前提是刀具選擇的合理化，缺乏剛性等缺陷性刀具都會(huì)在很大程度上給產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)巨大影響，所以必須基于機(jī)床的實(shí)際性能、工具以及材料等實(shí)際狀況合理選用。

2 刀具在數(shù)控加工中容易出現(xiàn)的問(wèn)題

第一，極易形成切屑。工件材料不同，切削條件也會(huì)有所差異，從而導(dǎo)致切屑形狀呈多樣化特征。目前最常見(jiàn)的為粒狀和條狀，長(zhǎng)期積累下去就會(huì)給整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)影響。

第二，出現(xiàn)刀具磨損。刀具出現(xiàn)磨損的原因比較多，比如在切割線(xiàn)中，刀具會(huì)產(chǎn)生一定熱量，從而使工具溫度上升，由此影響刀具性能，從而降低加工工件質(zhì)量。

3 鉆孔加工過(guò)程的控制策略

鉆孔加工期間需要注意多方面控制程度，比如孔邊毛刺及孔位精度等多個(gè)方面，必須將各項(xiàng)參數(shù)合理控制在相應(yīng)指標(biāo)范圍內(nèi)，才可確保刀具在正常使用情況下實(shí)現(xiàn)管控目的。刀刃的光滑程度可對(duì)實(shí)際研磨次數(shù)產(chǎn)生一定影響，在鉆孔期間應(yīng)針對(duì)刀面光滑程度進(jìn)行檢查，此項(xiàng)工作必須由專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行負(fù)責(zé)。通常出現(xiàn)專(zhuān)修力不平衡情況時(shí)，可能會(huì)使刀具主副切削部位產(chǎn)生破損，需要通過(guò)嚴(yán)格控制參數(shù)的方式起到預(yù)防控制效果，使刀具研磨次數(shù)合理可控，并使刀具處于最佳使用狀態(tài)。在刀具管控體系的構(gòu)建過(guò)程中，應(yīng)將刀具每次研磨要求定制問(wèn)題作為研究重點(diǎn)，并在嚴(yán)格執(zhí)行過(guò)程中確認(rèn)實(shí)際返修率，從而提升管控工作力度，延長(zhǎng)刀具壽命，通?？稍诙鄠€(gè)方面進(jìn)行分析研究。

3.1 觀察刀具表面光滑程度

刀具研磨次數(shù)在增加期間應(yīng)以刀面光滑程度作為調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)，PCB 鉆孔模式在應(yīng)用過(guò)程中，在封閉形式開(kāi)展期間容易增加切削熱堆積，為盡量提升刀具切削表面清潔度，應(yīng)盡量減少機(jī)械振動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦力和切削熱影響。在鉆孔作業(yè)結(jié)束后需開(kāi)展系統(tǒng)檢查工作，由專(zhuān)業(yè)人員使用放大鏡進(jìn)行檢查時(shí)，應(yīng)確認(rèn)刀具表面光滑程度是否達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)，如果發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)或裂痕需及時(shí)作更換處理。

3.2 確認(rèn)刀刃鋒利程度

刀刃的鋒利程度作為確認(rèn)切削工作平穩(wěn)程度的重要基礎(chǔ)，需要重視其完整性和對(duì)稱(chēng)性是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。如果在刀具使用之前發(fā)現(xiàn)存在破損，應(yīng)立刻進(jìn)行更換，防止后續(xù)出現(xiàn)鉆削受力不平衡或位置偏差、毛刺等問(wèn)題，導(dǎo)致最終質(zhì)量下降。在使用鉆頭之前，專(zhuān)業(yè)人員應(yīng)使用放大鏡對(duì)所有部位進(jìn)行詳細(xì)檢查，并在研磨前后注意提升管控力度，時(shí)刻檢查刀刃是否處于正常狀態(tài)，可在后續(xù)施工期間作為質(zhì)量保障。

3.3 重視參數(shù)調(diào)整問(wèn)題

刀具在增加研磨次數(shù)的同時(shí)可延長(zhǎng)使用壽命，可在工作人員對(duì)刀具切削狀態(tài)開(kāi)展管控工作時(shí)，針對(duì)切削刃鋒利程度進(jìn)行詳細(xì)檢查，如果可達(dá)到新刃程度可在施工后提高孔壁精細(xì)程度及燈芯質(zhì)量等，刀具研磨期間應(yīng)注意控制系統(tǒng)應(yīng)用情況，在對(duì)其進(jìn)行甄別后，配合使用X80 倍放大鏡開(kāi)展檢查工作。在控制鉆孔參數(shù)和刀具、材料使用匹配度時(shí)，需要針對(duì)刀具類(lèi)型及材料情況進(jìn)行合理調(diào)整。因理論上刀具出現(xiàn)磨損問(wèn)題后將會(huì)降低切削力，對(duì)膜材料的使用消耗也會(huì)逐漸增加。通過(guò)提升轉(zhuǎn)速的方式可有效加快切削力，并在加工過(guò)程中可有效提升熱能消散速度，可在正常磨損階段保證正常使用效果。

3.4 重視鉆頭研磨和鉆孔控制體系的妥善構(gòu)建

刀具研磨對(duì)實(shí)際利用率可起到一定提升作用，因其在提升使用效率的基礎(chǔ)上，可有效減少返修次數(shù)，應(yīng)針對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行研究分析，可以在降低使用成本的情況下延長(zhǎng)刀具使用時(shí)長(zhǎng)。在檢查過(guò)程中可以將首件加工成品的孔位精準(zhǔn)程度作為參考，在檢查孔壁等位置狀況時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)及時(shí)通知相關(guān)技術(shù)人員予以檢查處理，防止后續(xù)工作期間產(chǎn)生不利影響，降低實(shí)際加工質(zhì)量。

3.5 適當(dāng)控制刀具長(zhǎng)度

在生產(chǎn)加工期間應(yīng)注意控制穩(wěn)定性及精度，防止因振動(dòng)影響使刀具變長(zhǎng)。在適當(dāng)選擇使用工具期間，應(yīng)注意工具長(zhǎng)度是否便于擰緊，同時(shí)應(yīng)注意刀具長(zhǎng)度與孔深度是否合理，綜合多種因素進(jìn)行適當(dāng)選控，可有效提升實(shí)際加工精度并保證分解拆卸工作不受影響。

4 刀具高效使用優(yōu)化措施

在數(shù)控加工中，刀具會(huì)在高速轉(zhuǎn)動(dòng)下對(duì)材料產(chǎn)生一定切削壓力，但本身也會(huì)產(chǎn)生彈性變化。刀具還會(huì)因?yàn)槭軣岫l(fā)生磨損，對(duì)各機(jī)床加工精度帶來(lái)影響。為此，只有采用科學(xué)合理的手段選擇和管理刀具，才能提升生產(chǎn)效率，減少成本投入。

4.1 選用適合的加工工藝

工藝對(duì)于數(shù)控加工過(guò)程帶來(lái)的影響是十分顯著的，不單會(huì)給零件裝夾帶來(lái)影響，還會(huì)給刀具損耗帶來(lái)影響。當(dāng)前最常見(jiàn)的工藝類(lèi)型主要有三種：一是直接實(shí)施熱處理，使其達(dá)到相應(yīng)的硬度要求，再進(jìn)行合理加工；二是直接實(shí)施粗加工，再進(jìn)行熱處理，完成之后再精加工；三是在原材料正火之后先進(jìn)行粗加工，當(dāng)熱處理到一定硬度要求之后再實(shí)施精加工[2]。

4.2 合理選擇刀具

4.2.1 合理選擇刀具類(lèi)型

實(shí)際選擇刀具時(shí)，應(yīng)確保其類(lèi)型與加工零件的實(shí)際生產(chǎn)要求相符合。比如銑刀主要被應(yīng)用在零件周邊輪廓加工當(dāng)中；硬質(zhì)性合金則主要被應(yīng)用在銑削平面上；高速鋼制作的立銑刀主要被應(yīng)用在凸臺(tái)和凹槽加工中；環(huán)形和球形的銑刀主要被應(yīng)用在立體型面等輪廓作業(yè)中；球頭刀具主要被應(yīng)用在自由曲面加工中。另外，不管是精加工、粗加工還是曲面，平頭刀具其表面的加工質(zhì)量和效率都要顯著優(yōu)于球頭，實(shí)際選擇時(shí)應(yīng)優(yōu)先平頭。

4.2.2 注重自動(dòng)化換刀

目前在有些數(shù)控機(jī)床加工中，更換刀具時(shí)都需要人工進(jìn)行輔助，整體耗時(shí)較長(zhǎng)，這就需要編程人員提前掌握刀具及刀柄的實(shí)際尺寸、合理的調(diào)整方法等，從而控制好刀具數(shù)量，合理設(shè)置刀具順序，使粗加工和精加工類(lèi)的刀具都能分開(kāi)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)高效率的自動(dòng)換刀。

4.2.3 確保刀具刀刃的鋒利性

實(shí)際生產(chǎn)加工中，刀鋒鋒利程度和加工精密度息息相關(guān)，因此在持續(xù)加工狀態(tài)下，必須時(shí)刻關(guān)注刀鋒的具體變化，防止刀具出現(xiàn)損壞現(xiàn)象。具體可以在應(yīng)用之前由專(zhuān)業(yè)人員應(yīng)用放大鏡對(duì)刀具各刃的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行檢查。為確保實(shí)現(xiàn)高精度的連續(xù)加工，還需提前預(yù)備多套刀具，每隔一段時(shí)間之后根據(jù)刀具的磨損程度進(jìn)行及時(shí)更換。

4.3 控制刀具長(zhǎng)度

實(shí)際加工時(shí)必須控制好刀具長(zhǎng)度，防止因?yàn)殚L(zhǎng)度缺陷和工件加工之間出現(xiàn)沖突，給工件精度帶來(lái)不良影響，從而降低刀具應(yīng)用期限。通常為了確保工件加工過(guò)程中不和刀架之間出現(xiàn)碰撞，長(zhǎng)度必須方便裝卡，例如當(dāng)?shù)毒弑仨毤庸さ街笨椎撞繒r(shí)，其長(zhǎng)度則應(yīng)超過(guò)該孔的深度，或者為了減少振動(dòng)，往往要選用較短的刀具。

此外，長(zhǎng)度選擇還需將相關(guān)因素綜合進(jìn)去，并反饋給決策者。

4.4 合理選用切削液

在很多數(shù)控加工當(dāng)中，都必須使用專(zhuān)門(mén)的切削液，一是它能將加工過(guò)程中產(chǎn)生的大量熱量帶走；二是能將加工過(guò)程中產(chǎn)生的各類(lèi)雜屑沖走；三是能在刀具和工件之間形成具有潤(rùn)滑性質(zhì)的油膜，從而減少刀具的損耗程度。為此，實(shí)際在對(duì)高硬度材料或者高溫合金材料進(jìn)行加工時(shí)，則應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和成本投入選用適合的切削液。

4.5 確保刀刃光潔和完整

很多數(shù)控加工都是半封閉干切削模式，整個(gè)過(guò)程不易散發(fā)熱量。因此必須確保刀具切削面的光潔性，從而減少摩擦阻力，降低機(jī)械振動(dòng)和切削熱量。具體可以在鉆孔之前，由專(zhuān)門(mén)的人員對(duì)刀具進(jìn)行詳細(xì)檢查，查看是否存在粉塵、雜質(zhì)等。切削的完整性也是確保加工質(zhì)量的重要條件，如果正式投入使用前的刀具主刃和副刃存在破損，就會(huì)影響鉆削的不平衡性，從而產(chǎn)生偏位、斷刀和鉆孔粗大等問(wèn)題。為此實(shí)際投入使用前必須由專(zhuān)業(yè)人員對(duì)刀刃的實(shí)際完整性進(jìn)行全面檢查，特別是在研磨之后，一旦研磨次數(shù)過(guò)多，刀刃的完整性就會(huì)受到影響，所以當(dāng)研磨次數(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)則要檢查刀具的磨損狀態(tài)是否存在異常。

4.6 落實(shí)刀具研磨管理

在數(shù)控加工當(dāng)中，刀具始終處在運(yùn)行狀態(tài)，這就極易出現(xiàn)磨損、鈍化等問(wèn)題，必須及時(shí)進(jìn)行研磨，確保工作效率。對(duì)刀具實(shí)施研磨最主要的目的就是使其能夠?qū)崿F(xiàn)多次應(yīng)用，延長(zhǎng)刀具應(yīng)用壽命，從而降低成本，發(fā)揮出最大價(jià)值。為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，可以專(zhuān)門(mén)建立一支刀具監(jiān)察小隊(duì)，在機(jī)床加工過(guò)程中展開(kāi)巡視，對(duì)所有刀具狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)檢查，按照標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格判讀刻劃、磨鈍等問(wèn)題，詳細(xì)記錄切削顏色及形狀，給后續(xù)的研磨和維修工作展開(kāi)提供依據(jù)。同時(shí)研磨時(shí)還需控制好研磨數(shù)量和返修率。此外，在研磨之后還要建立專(zhuān)門(mén)的控制體系，特別是副切削刃產(chǎn)生鈍圓問(wèn)題之后，必須仔細(xì)使用，及時(shí)對(duì)鉆孔參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

4.7 落實(shí)加工參數(shù)控制

當(dāng)?shù)毒叩膽?yīng)用期限和研磨次數(shù)達(dá)到一定程度時(shí)，無(wú)論采用哪種管控措施都難以確保其刀刃達(dá)到新刃的鋒利程度，從而給加工工件質(zhì)量帶來(lái)影響，所以必須落實(shí)加工參數(shù)控制。在參數(shù)控制時(shí)主要從線(xiàn)速度、吃刀量和進(jìn)給量著手，材料不同，刀具匹配的加工參數(shù)都是有所差異的，比如鈦合金的最佳線(xiàn)速度為70m/min，鋁合金則能達(dá)到300m/min，從切削深度和吃刀量來(lái)看，粗加工時(shí)車(chē)削量最大能超過(guò)單邊6mm，對(duì)數(shù)控銑來(lái)說(shuō)，切深能夠超過(guò)2cm，如果使用比較小的吃刀量，則可能會(huì)影響加工效率，刀具使用期限也不會(huì)有顯著提升。

4.8 加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)刀具管理

在加工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)刀具實(shí)施有序化管理，能顯著提升加工效率，減少刀具損耗，反之則會(huì)增加損耗，影響生產(chǎn)效率。為此，實(shí)際管理時(shí)應(yīng)該將不同規(guī)格的刀具進(jìn)行分類(lèi)存放，同時(shí)把新舊刀具、已研磨刀具和待研磨刀具分隔開(kāi)等，從而使數(shù)控加工準(zhǔn)備耗時(shí)降到最低，提升刀具應(yīng)用效率，實(shí)現(xiàn)降本增效。

4.9 落實(shí)加工后回收

一是對(duì)可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行刃磨的刀具進(jìn)行回收。很多數(shù)控車(chē)削刀片，尤其是無(wú)涂層的刀片，在磨損的時(shí)候都是可以通過(guò)手工修磨的，甚至在處理之后和新刀片相比整體效果更好。比如銑加工的刀具，其二刃和三刃平底銑刀在手工修磨之后都是可以正常應(yīng)用的。

二是對(duì)可以重新刃磨涂層的刀具進(jìn)行回收。一般涂層整體球頭銑刀等難以通過(guò)手工形式在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行修磨，磨損之后還應(yīng)該進(jìn)行統(tǒng)一集中化管控，并由刀具供應(yīng)商進(jìn)行修磨和重新涂層，這一形式能夠有效減少刀具成本投入。

三是對(duì)報(bào)廢刀具進(jìn)行回收管理。在數(shù)控加工中，刀具難免會(huì)出現(xiàn)報(bào)廢問(wèn)題，因此盡可能加大報(bào)廢損失控制極為關(guān)鍵。比如當(dāng)工人在領(lǐng)用新刀具的時(shí)候落實(shí)登記措施，或者在提供報(bào)廢刀具之后再重新給其領(lǐng)用新的，再將報(bào)廢的刀具進(jìn)行統(tǒng)一集中化回收，交給廠商進(jìn)行處理，從而減少報(bào)廢損失。

5 結(jié)語(yǔ)

在數(shù)控加工中，刀具消耗占據(jù)很大成本，一旦刀具使用不當(dāng)，就會(huì)影響正常生產(chǎn)，從而延誤正常進(jìn)度。為解決這一問(wèn)題，則要在實(shí)際加工過(guò)程中確保刀具都能得到高效化應(yīng)用，比如在使用時(shí)要始終保持良好的光潔性和鋒利性，落實(shí)參數(shù)優(yōu)化，根據(jù)工件選擇適合的刀具，并在加工過(guò)程中落實(shí)刀具管理，完工之后加強(qiáng)回收，由此達(dá)到提升刀具應(yīng)用性能、延長(zhǎng)使用期限、降低成本投入的目的。