機(jī)械數(shù)控加工過程刀具使用優(yōu)化策略的研究

譚 波

（四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，瀘州 646300）

機(jī)械數(shù)控加工的效果與刀具的使用密切相關(guān)。結(jié)合機(jī)械數(shù)控加工的要求和刀具的基本特性，合理使用刀具資源能提高機(jī)械數(shù)控加工的效益。所以，掌握機(jī)械數(shù)控刀具特征，總結(jié)優(yōu)化應(yīng)用刀具策略十分必要[1]。

1 機(jī)械數(shù)控刀具特征

掌握機(jī)械數(shù)控刀具的特征是刀具應(yīng)用的基礎(chǔ)。機(jī)械數(shù)控操作可能導(dǎo)致刀具的振動(dòng)與傾斜，間接產(chǎn)生損耗，因此要選擇剛性較強(qiáng)的刀具。刀具在機(jī)械加工進(jìn)程中扮演著重要角色，不同類型的刀具各有側(cè)重。與傳統(tǒng)刀具相比，數(shù)控刀具在性能方面具有諸多優(yōu)勢。如果刀具剛性較強(qiáng)，就能快速完成切削作業(yè)。如果刀具精準(zhǔn)性能較強(qiáng)，則能為機(jī)械數(shù)控加工過程的刀具尺寸調(diào)整與換刀提供有效支撐[2]。機(jī)械數(shù)控刀具借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，能有效監(jiān)測機(jī)械數(shù)控的加工過程，為刀具管理提供有效支撐。機(jī)械數(shù)控加工適用于各種類型的車削場景。例如：粗車階段選用剛性較強(qiáng)的刀具，貼合粗車階段進(jìn)給量高的特征；精車階段使用精度高的刀具，可獲得更優(yōu)質(zhì)的加工效果；數(shù)控加工中采用機(jī)夾刀片可以提高效率，方便對(duì)刀。需要注意，機(jī)械數(shù)控加工類型較多，刀具的選擇要足夠靈活[3]。

2 機(jī)械數(shù)控刀具應(yīng)用原則

2.1 剛性原則

機(jī)械數(shù)控加工階段，需要注意刀具剛性與工作強(qiáng)度的適配。如果選用的刀具與強(qiáng)度不符，不僅會(huì)降低零件加工質(zhì)量，不利于刀具的后續(xù)使用與養(yǎng)護(hù)，還會(huì)影響數(shù)控機(jī)床的后續(xù)加工。在機(jī)械數(shù)控加工階段，需要注意刀具的選用，確保刀具真正適應(yīng)加工環(huán)境，遵循機(jī)械數(shù)控刀具的剛性原則。通常情況下，首選刀柄較短的刀具。

2.2 互換原則

機(jī)械數(shù)控加工過程要采用多種刀具，并根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)切換刀具。在刀具互換過程中，要注意互換的速度和效率，確保刀具互換準(zhǔn)確，并通過簡潔操作將其正確安裝到數(shù)控機(jī)床[4]。

2.3 系列化原則

刀具類型較多，對(duì)刀具進(jìn)行系列化管理能有效提高刀具的加工效率。合適的刀具能夠保證機(jī)床長期處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。構(gòu)建刀具系列化管理體系，需要滿足機(jī)械數(shù)控加工的實(shí)際要求，確保刀具系列與加工工序?qū)?yīng)。

3 刀具使用和加工精度控制

3.1 刀具結(jié)構(gòu)對(duì)加工精度的影響

刀具主要由兩部分組成，分別是裝夾部分和工作部分。裝夾部分又可以細(xì)化為帶孔和帶柄兩大類型。帶孔刀具依靠其內(nèi)孔，在機(jī)床的主軸部分或者軸心正上方進(jìn)行套裝，然后利用扭轉(zhuǎn)傳遞的力矩工作。工作部分主要負(fù)責(zé)切屑生產(chǎn)與處理，結(jié)構(gòu)要素包括刀刃、排屑空間以及承裝切屑液通道等。在使用機(jī)床刀具的過程中，加工質(zhì)量會(huì)受到多方面因素的影響。例如，刀具切割的結(jié)合參數(shù)，對(duì)切削效率和切削質(zhì)量都有明顯影響。因此，在刀具使用過程中，一方面需要考慮刀具本身的性質(zhì)、剛度是否達(dá)標(biāo)以及耐受能力如何等，另一方面要確保其抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性能夠滿足加工需求，以確保其應(yīng)用性能。

3.2 切削熱對(duì)加工精度的影響

數(shù)控加工過程中，多數(shù)加工材料都會(huì)形成切削熱量，如鋁蓋板在和鉆頭相互摩擦的過程會(huì)產(chǎn)生大量熱量等。加工過程中，刀具工作時(shí)隨著其與材料的接觸面積的不斷增加，所形成的切削阻力和摩擦力也會(huì)不斷增加，使得大量切削熱被釋放。在實(shí)際生產(chǎn)和加工過程中，隨著鉆孔數(shù)量的不斷增加，刀具的磨損程度逐漸加深，直接影響刀具的使用壽命和產(chǎn)品的整體加工質(zhì)量。隨著刀具磨損程度的不斷加深，切削熱不斷增加，不僅不利于加工生產(chǎn)，還會(huì)增加刀具斷裂的概率，影響刀具的使用效率和使用水平。

3.3 加工材料對(duì)加工精度的影響

從當(dāng)前實(shí)際加工情況來看，刀具在大部分材料的加工方面都有著廣泛應(yīng)用，如厚銅板、無鹵素板以及陶瓷等。使用過程中，刀具會(huì)產(chǎn)生不同程度的磨損，影響刀具的使用壽命和產(chǎn)品的整體加工質(zhì)量。因此，工作人員需要分析各種材料的性能與特征，基于加工參數(shù)，選擇合適的刀具，從而最大限度地避免刀具的磨損，確保整體加工效率，同時(shí)保障生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。

4 刀具使用優(yōu)化措施

4.1 重視鉆削的應(yīng)用

鉆削技術(shù)能夠確保合理應(yīng)用刀具。在實(shí)際工作中使用鉆削加工方式，可充分利用鉆頭進(jìn)行加工。例如，在應(yīng)用合金材料加工鉆頭的過程中，使用傳統(tǒng)方式，就意味著切割過程需要伴隨著長久的固定轉(zhuǎn)速與進(jìn)給狀態(tài)，間接增大刀具的承壓負(fù)擔(dān)[5]。切割過程本身會(huì)產(chǎn)生彈性力。如果材料壓力持續(xù)增大，加大切割階段的彈性力，最終會(huì)導(dǎo)致刀具變形，也會(huì)對(duì)材料產(chǎn)生不利影響。如果材料的承壓能力較強(qiáng)，則會(huì)出現(xiàn)切割完畢零件掉落的現(xiàn)象，并產(chǎn)生大量巖屑。盡管上述操作也可以完成刀具切割，但是在刀具切割過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，最終影響加工質(zhì)量，同時(shí)降低設(shè)備的工作性能。通過對(duì)切割過程中刀具生熱現(xiàn)象的分析發(fā)現(xiàn)，刀具切割階段的摩擦現(xiàn)象是重要的生熱原因。刀具切割階段的摩擦生成熱量的同時(shí)，會(huì)間接誘發(fā)刀具損耗，降低產(chǎn)品質(zhì)量?？梢姡诘毒咔懈铍A段必須重視刀具磨損問題，總結(jié)刀具磨損規(guī)律，合理控制刀具加工時(shí)間。

4.2 重視刀具的研磨

刀具研磨必然意味著壽命的折損。研磨過程伴隨著生熱，刀具的摩擦力與磨損程度成正比，在促進(jìn)刀具磨損的同時(shí)，還會(huì)增大機(jī)械振動(dòng)頻率，對(duì)刀具孔壁與孔位會(huì)產(chǎn)生潛移默化的影響，最終導(dǎo)致刀具斷裂。所以，優(yōu)化研磨方式有助于延長刀具的使用壽命。在人員培訓(xùn)機(jī)制中，加大刀具研磨的培訓(xùn)力度，引導(dǎo)工作人員重視刀具研磨過程，逐步探索刀具研磨規(guī)律。另外，需要注意刀具研磨頻率與品種之間的關(guān)系，不可采用“一刀切”方式[6]。

4.3 加強(qiáng)刀具保養(yǎng)

做好刀具保養(yǎng)工作，有利于延長刀具的使用壽命。在刀具保養(yǎng)階段，需要保證刀刃光滑完整，避免刀具刀刃“帶病工作”，確保切削操作始終處于平衡狀態(tài)，并保證加工零件的精度，避免刀具出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。如果刀具磨損嚴(yán)重，需要及時(shí)更換刀具，避免帶來危害。

4.4 重視鉆孔質(zhì)量管理

為保證鉆孔的效率和質(zhì)量，加工過程中需要注意孔位計(jì)算，掌握孔壁內(nèi)部的粗糙度情況，同時(shí)關(guān)注孔洞周圍的情況和燈芯的反應(yīng)。刀具平面的光滑程度對(duì)鉆孔質(zhì)量有顯著影響，在全面檢查刀具平面的光滑程度后，需合理掌握刀具性能，為確定刀具研磨次數(shù)提供有效依據(jù)。刀具研磨次數(shù)與參數(shù)因素有一定關(guān)系，必須高度重視參數(shù)因素，擬定解決方案，為機(jī)械數(shù)控刀具的合理應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

4.5 重視材料應(yīng)用

材料領(lǐng)域的研究新成果對(duì)刀具的改良具有重要意義。例如，使用高性能高速鋼材料的刀具，可以顯著提高刀具的切削效率，挖掘刀具的潛在應(yīng)用價(jià)值。硬質(zhì)合金刀具的韌性與抗磨損性能較強(qiáng)，不銹鋼刀具和鑄鐵刀具最常見。隨著材料技術(shù)的不斷升級(jí)，硬質(zhì)合金刀具的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，不僅能延長刀具的使用壽命，還能提高刀具的切削效率。在刀具表面涂抹先進(jìn)涂層，可以提高刀具的應(yīng)用效率和抗黏結(jié)能力，延長刀具壽命，縮短模具開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。材料性能的逐步提高，對(duì)刀具切削也提出了更高要求。結(jié)合刀具加工的實(shí)際需要，超硬刀具材料在機(jī)械數(shù)控加工中廣泛應(yīng)用，不僅具備抗塑性變形能力，還能充分適應(yīng)高溫作業(yè)環(huán)境。

4.6 重視刀具選擇與更換

結(jié)合加工環(huán)境合理選擇刀具，既能保證刀具的生產(chǎn)效率，又能控制刀具的生產(chǎn)成本。硬質(zhì)刀具適應(yīng)環(huán)境的能力較強(qiáng)，可以最大限度降低刀具加工階段的損耗，獲得優(yōu)質(zhì)的加工成果。如果加工零件形態(tài)類型較多，可以選擇高速鋼材料刀具，以保證加工效率與鑲嵌性能。如果加工零件抗形變能力差，形狀復(fù)雜，在轉(zhuǎn)速要求不高的前提下可以選擇合金鋼刀具。技術(shù)人員應(yīng)熟練掌握各類刀具的特征，加大對(duì)刀具的檢查力度，及時(shí)更換磨損嚴(yán)重的刀具，避免刀具運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，保證機(jī)械數(shù)控的加工質(zhì)量。

4.7 建立刀具管理回收體系

在機(jī)械數(shù)控加工現(xiàn)場落實(shí)刀具管理任務(wù)，可保證刀具合理應(yīng)用。使用過的刀具或多或少存在磨損現(xiàn)象，通過條理化的刀具管理模式，可有效提高刀具管理效率，最大限度挖掘刀具的潛在價(jià)值。對(duì)于沒有涂層的刀具刀片，通常采用手工修磨方式維護(hù)刀具。一般情況下，修磨后的刀具應(yīng)用效果更好，如2刃和3刃的平底銑刀經(jīng)過手工研磨后應(yīng)用效果更好。對(duì)于無法通過手工模式修磨的刀具，可采用集中管控方式，將刀具批量交付給供應(yīng)商集體維護(hù)。經(jīng)過專業(yè)化的修磨涂層處理后，可部分恢復(fù)刀具的應(yīng)用價(jià)值。對(duì)刀具進(jìn)行集中涂層，相比于直接采購新刀具，可節(jié)省1/3的成本。此外，需要注意刀具報(bào)廢的處理形式，要最大限度降低因刀具報(bào)廢帶來的損失。刀具更換需要做好登記，確定刀具報(bào)廢后，方可登記領(lǐng)用新刀具，并將報(bào)廢的刀具交付給廠家處理，完善刀具回收機(jī)制。

4.8 合理調(diào)整刀具參數(shù)

刀具參數(shù)直接影響機(jī)械數(shù)控加工進(jìn)程。如果刀具參數(shù)與額定參數(shù)存在差異，需要及時(shí)調(diào)整刀具參數(shù)，避免因參數(shù)不當(dāng)而影響機(jī)械數(shù)控的加工進(jìn)程。刀具參數(shù)調(diào)整要足夠精細(xì)，如果參數(shù)調(diào)整錯(cuò)誤，會(huì)導(dǎo)致效果適得其反。刀具的最佳參數(shù)并不是一成不變的。參數(shù)調(diào)整過程中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合機(jī)械數(shù)控加工的實(shí)際情況，定期檢查刀具參數(shù)，確保刀具參數(shù)真正適應(yīng)機(jī)械數(shù)控的實(shí)際施工情況。

4.9 做好刀具保養(yǎng)工作

在開展機(jī)械加工的過程中，刀具磨損的程度會(huì)隨著使用時(shí)間的增加隨之加深，會(huì)影響生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。發(fā)生磨損后，刀具摩擦力和各種不利因素均會(huì)在刀具的使用過程中不斷增加，尤其是切削熱的增加，影響對(duì)孔位和孔壁的精準(zhǔn)度，不利于保證加工質(zhì)量。此外，隨著刀具摩擦力的不斷加大，斷刀的概率也會(huì)顯著增加。要想提高刀具的整體使用效率，延長其使用壽命，需要最大可能地解決刀具磨損問題。首先，在使用刀具一段時(shí)間后，需要定期對(duì)其開展檢查和返修，避免在加工過程中突然出現(xiàn)斷裂造成無法挽回的損失。其次，在檢查刀具的過程中，需要從刀具實(shí)際的磨損情況出發(fā)，判斷其是否需要返修或者更換。最后，做好刀具的保養(yǎng)工作，特別是要加強(qiáng)保養(yǎng)好刀刃，以確保在加工過程中刀具具備良好的工作性能。

4 結(jié)語

刀具在機(jī)械數(shù)控加工的發(fā)展中扮演著重要角色。在使用刀具進(jìn)行機(jī)械數(shù)控加工的過程中，需要合理分配刀具資源，充分挖掘刀具的潛在價(jià)值，降低刀具應(yīng)用成本，始終秉承“刀具優(yōu)化應(yīng)用”的原則。