淺談硬質合金刀具在數(shù)控實訓教學中的應用

韋江波 劉漢華

[摘 要] 文章針對當前數(shù)控實訓教學中刀具使用情況進行分析，將硬質合金刀具引入課程教學，使學生在實訓中對刀具的使用更靈活與多樣化，打破傳統(tǒng)教學中刀具使用的單一性。

[關鍵詞] 數(shù)控銑削；實訓教學；硬質合金刀具；教學方法

[作者簡介] 韋江波，柳州職業(yè)技術學院講師，研究方向：CAD/CAM及機械、數(shù)控加工技術領域，廣西 柳州，545006；劉漢華，柳州職業(yè)技術學院助理工程師，研究方向：數(shù)控加工技術領域，廣西 柳州，545006

[中圖分類號] G42 [文獻標識碼] A [文章編號] 1007-7723（2012）09-0111-0003

隨著數(shù)控加工技術的發(fā)展，刀具的使用對零件加工質量要求越來越高，因而對刀具選擇與使用也有較高要求。傳統(tǒng)數(shù)控機床操作實訓教學，多采用高速鋼刀具加工零件，加工參數(shù)的選擇具有局限性，零件加工方式過于單一，無法適應現(xiàn)代企業(yè)生產需要。而數(shù)控刀具材料種類很多，如CBN金剛砂合物刀具、陶瓷刀具、合金刀具、表面涂層刀具、硬質合金刀具等。刀具材料不同，使用性能和對機床要求不同，在實訓教學中不可能使用所有種類的刀具。

硬質合金刀具良好的切削性能被廣泛應用于機械加工各個領域，其材料特征可制作成各種加工要求的刀具形狀，對機床性能要求不高，在數(shù)控機床上均可使用。因此將硬質合金刀具引入實訓教學課程，不僅豐富教學資源，而且為實訓操作中刀具選擇及使用提供更多的參考。

一、相關課程支撐

在原有的實訓課程中增加硬質合金刀具使用，在一定程度上增加了教學的難度與工作量。而傳統(tǒng)教學中多采用高速鋼刀具，與硬質合金刀具在材質和使用上有一定的區(qū)別。因此在實訓課程安排前學生必須掌握相關的理論課程，如刀具材料、機械制圖、數(shù)控機床等，這樣在實訓中可把一些刀具基礎知識省略掉，重點放在零件加工與尺寸精度控制。相關理論課程介紹如下：

（1）《刀具材料》、《金屬切削原理》課程，由于刀具材料不同，其性能及用途各不相同，如硬質合金刀具中的YC類型號適用于鋼、鑄鐵的加工，YT類型號適用于碳素鋼、合金鋼的加工等。要求學生了解常用的刀具類型、適用場合，掌握常用刀具材料使用性能，對選用的刀具材料相關參數(shù)有所了解，如韌性、硬度和切削溫度等。這些知識對實訓教學中硬質合金與高速鋼刀具選擇、參數(shù)設置有很大的幫助，同時也加深學生對刀具使用的認識。

（2）《機械制圖》課程，在數(shù)控實訓過程中，會遇到一些復雜零件圖形，學生不僅要讀懂這些圖形輪廓形狀，而且要會分析圖形形位公差與尺寸公差。對后續(xù)的數(shù)控實訓加工過程中合理的選擇刀具，編制加工工藝，合理安排切削路徑起到重要作用。

（3）《數(shù)控機床》課程，數(shù)控機床種類較多，不同機床機械結構原理、運動特性、機床基本參數(shù)存在差異。在數(shù)控實訓前期教學中，要讓學生對要操作的機床有所了解，掌握機床運行的基本參數(shù)，以便在后續(xù)的教學中選擇刀具大小及設置刀具加工參數(shù)有很大幫助，防止由于加工參數(shù)的選擇不合理使機床在運行過程中超過機床規(guī)定參數(shù)，導致機床產生劇烈振動，嚴重時會導致機床故障及損壞。

三、刀具在課程教學過程中的應用

（一）按照循序漸進的教學規(guī)律合理使用硬質合金刀具

數(shù)控銑削實訓教學中在原有的教學內容里加入硬質合金刀具的使用會增加教學難度及教學時間，因此在教學中先完成簡單零件加工實訓操作，觀察學生加工一個零件所需要的時間，更換硬質合金后所需要的加工時間，這些加工時間是建立在合理利用刀具使用性能基礎完成的，將完成的零件進行對比，其中包括表面粗糙度、尺寸精度等等。前期完成的零件簡單，所需要的加工時間較少，不會增加太多的實訓時間，學生也就更能理解使用硬質合金刀具是否能提高生產效率，刀具的選擇是否合理。在后續(xù)加工零件形狀將從簡單到復雜，刀具的選擇從一刀具到多把刀具，循序漸進，舉一反三，學生漸漸的就在加工中掌握刀具的使用。

（二）按照零件加工特性選用刀具

實訓教學中通常加工的零件比較單一，采用合金鋁和碳素鋼較多，對刀具的規(guī)格要求不高，因此通常選擇性價比較高的高速鋼刀具即可應付。如果適當選擇一些不銹鋼、模具鋼等特殊型材，在刀具的選擇上硬質合金刀具更能發(fā)揮自身的優(yōu)勢，但是無形中也會增加教學成本。采取的辦法有：1）在刀具加工范圍的情況下將適當縮小圖形尺寸及減小切削深度。2）購買一些產品加工后的邊角料等，根據(jù)這些材料設計加工圖形。3）增加一些相關圖片、視頻、網絡教學資源等文件進行多媒體教學。

（三）刀具使用在課程中的應用

零件的加工過程是以“零件圖樣→相關知識→分析工藝→加工→評估結果”技能操作學習過程為主線，以一個零件作為工作任務，學生按要求完成整個操作過程，在此過程中要學會分析零件，合理的選擇刀具，并對高速鋼刀具和硬質合金刀具加工情況進行對比，計算工作時間，找出最佳設計方案。

表1所示為數(shù)控銑床實訓教學中的臺階面銑削單元設計，具體方案如下：

1.刀具使用規(guī)劃。列舉幾把常見刀具進行分析，分析內容包括刀具材料、刀具形狀、刀具性價比、刀具使用性能及切削參數(shù)，讓學生分組討論，以小組的形式將每個小組得出的結論進行反饋，老師對每個組的反饋情況進行分類，對討論結果進行分析，得出最佳方案。

2.分析零件圖。明確加工內容，零件圖形通常由一個或者多個輪廓組成，每個輪廓除了尺寸精度要求外，相應的輪廓之間由形位公差進行約束。在分析圖形時，要確定哪些輪廓尺寸為基準尺寸，以便在后續(xù)的工藝制定中合理編排加工順序及刀具的選用。

3.制定加工過程文件。首先填寫加工工藝卡，將刀具材料、類型等參數(shù)預先填寫好，是加工前期的準備階段。其次是記錄加工數(shù)據(jù)，將每次加工時所設置的切削參數(shù)、補償值等寫入文件中，為后續(xù)的刀具信息、數(shù)據(jù)分析做準備。最后是驗收記錄，將兩種刀具加工好的零件進行驗收，分析刀具加工情況、加工時間、產品質量等。

4.反饋匯總。零件采用傳統(tǒng)高速鋼刀具與硬質合金刀具加工完成后信息進行匯總，將驗收記錄填入?yún)R總表內，進行信息的數(shù)據(jù)比對。分析刀具的使用情況其中包括刀具大小、進給速度、單個輪廓加工時間，總的加工時間，刀具磨損情況等；零件的加工質量包括表面粗糙度、尺寸精度、形位公差等。

三、結 語

通常硬質合金刀具在加工效率及零件表面質量上都會優(yōu)于高速鋼刀具，但是在實訓教學中零件形狀大小受到一定限制，刀具的選擇范圍小，導致這兩種刀具在加工效率上差別不大，甚至在加工某些輪廓形狀時，高速鋼刀具要優(yōu)于硬質合金刀具。出現(xiàn)這些情況對學生在今后的生產加工中合理的選擇與使用刀具提供很大的幫助。

[參考文獻]

[1]陳華.零件數(shù)控銑削加工[M].北京：北京理工大學出版社，2010.

[2]梅沢三造.硬質合金刀具常識及使用方法[M].北京：機械工程出版社，2009.

[3]馬立克.數(shù)控編程與加工技術[M].大連：大連理工大學出版社，2003.

[4]戴士弘.職業(yè)教育課程教學改革[M].北京：清華大學出版社，2007.