數(shù)控加工過(guò)程中刀具的合理使用控制與研究

馬玉良

摘? ?要：刀具作為數(shù)控加工生產(chǎn)運(yùn)行的基礎(chǔ)部件，影響著產(chǎn)品的質(zhì)量安全。本文在了解當(dāng)前數(shù)控加工行業(yè)發(fā)展情況的基礎(chǔ)上，明確了新時(shí)代發(fā)展對(duì)數(shù)控加工提出的要求，結(jié)合近年來(lái)刀具應(yīng)用特點(diǎn)與鉆削原理，分析如何在數(shù)控加工過(guò)程中做好刀具的合理使用控制工作，并提出有效的管理對(duì)策，以此在提升數(shù)控加工效率的同時(shí)，加快數(shù)控加工行業(yè)發(fā)展步伐。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工? 刀具? 參數(shù)? 鉆孔

中圖分類號(hào)：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）12（a）-0089-02

與普通機(jī)床加工方式相比，數(shù)控加工中刀具的使用要求更加精密，也要求更高，需要編程人員在科學(xué)選擇刀具的同時(shí)，合理應(yīng)用和控制，這樣才能保障產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。雖然在數(shù)控機(jī)床技術(shù)持續(xù)發(fā)展中，針對(duì)刀具提出的探索研究課題非常多，也取得了優(yōu)異成績(jī)，但本文主要從鉆削原理入手，分析如何在保障產(chǎn)品質(zhì)量安全的條件下，對(duì)數(shù)控加工過(guò)程中刀具的合理使用控制進(jìn)行研究，為數(shù)控加工生產(chǎn)工作提供依據(jù)。

1? 數(shù)控加工選擇刀具

1.1 數(shù)控加工刀具的特點(diǎn)

由于刀具切削過(guò)程中會(huì)受摩擦、高壓、高溫及沖擊等作用的影響，所以應(yīng)用刀具的材料會(huì)影響數(shù)控加工成本、刀具壽命及加工效率等內(nèi)容。這就要求刀具具備以下特點(diǎn)：其一，硬度和耐磨性;其二，強(qiáng)度和韌性;其三，耐熱性;其四，工藝性能和經(jīng)濟(jì)性。以硬質(zhì)合金刀具為例，由于其具備硬度高、耐磨及韌性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在500℃的條件下依舊可以保持各種性質(zhì)穩(wěn)定，在零上1000℃中也具備極高的硬度，所以在數(shù)控加工行業(yè)得到了廣泛利用。如常見(jiàn)的車刀、銑刀等，它們都可以用來(lái)切削有色金屬、塑料及石墨、石材等內(nèi)容。如圖1所示，其為X-5070End Mill（超硬合金銑刀），可以用來(lái)加工硬度超過(guò)HRC70的難加工材料。

1.2 選擇數(shù)控加工刀具的要求

由于數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的加工方式不一致，所以在選擇刀具時(shí)也要提出全新方法。

首先，要保障刀具尺寸與被加工工件的表面尺寸相適宜，選擇合適尺寸的加工刀具;其次，選擇性價(jià)比高的刀具。在實(shí)施自由曲面加工工作的過(guò)程中，因球頭刀具的端部切削速度是0，所以要想提升實(shí)際工作的精確度，通常引用頂端密距作為切削行距，而平頭刀具要應(yīng)用在表層加工工作中。同時(shí)，由于刀具耐用性與刀具價(jià)格也有直接關(guān)系，所以在選擇質(zhì)量好的刀具時(shí)，還要考慮成本支出，不然無(wú)法達(dá)到控制加工成本的工作目標(biāo);其三，嚴(yán)格遵守操作規(guī)定。在數(shù)控加工過(guò)程中，要將各種刀具正確安裝在刀庫(kù)上，并嚴(yán)格按照規(guī)定程序隨時(shí)選擇刀具和按刀動(dòng)作;其四，技術(shù)革新，提高生產(chǎn)效率。在數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中，由于大部分刀具的測(cè)量、替換及刃磨等工作都是由人工操作的，所以在新時(shí)代背景下要合理借鑒現(xiàn)代化技術(shù)理念，并嚴(yán)格按照規(guī)定工作要求進(jìn)行技術(shù)革新，以此在減少工作壓力的同時(shí)，提高生產(chǎn)效率。

2? 掌握切削原理，保證刀具合理使用

以PCB專用焊接類硬質(zhì)合金材料的鉆頭為例，在選擇刀具后必須要保障其可以在一定鉆速和進(jìn)給條件下有序運(yùn)行，此時(shí)切削刃/面會(huì)擠壓生產(chǎn)材料，致使材料產(chǎn)生彈形變形，并出現(xiàn)大量變形量，隨之彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃危谒苄宰冃芜_(dá)到一定范圍且高于材料屈服強(qiáng)度的情況下，將會(huì)讓切削或擠壓區(qū)域從基材脫落，最終形成鉆屑。在這一過(guò)程中，鉆屑會(huì)受切削熱量的影響，而切削熱量又會(huì)受所選刀具類型所限制[1]。

在數(shù)控銑削加工中，其具有以下特點(diǎn)：其一，靈活且通用;其二，生產(chǎn)效率高;其三，能加工復(fù)雜形狀工件;其四，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。對(duì)數(shù)控銑床而言，主軸轉(zhuǎn)速通常會(huì)達(dá)到普通銑床主軸速度的一到兩倍，高速銑削可以達(dá)到十倍以上，因此在選擇銑刀時(shí)，必須要滿足高速、高效及自動(dòng)化等要求，具體包含：其一，刀具擁有極高的可靠性與壽命;其二，刀具可以有效短屑或卷屑，以此有效清除切屑;其三，具備良好的互換性，可以快速換刀或自動(dòng)換刀;其四，具備短的切削刃、大的刀尖角及切削角等。

所以需要注意的是，加工不同材料所需刀具也有區(qū)別，尤其是在處理厚銅板、陶瓷等材料時(shí)，需要更加注重磨損問(wèn)題，并提出更加健全的刀具管理對(duì)策，只有這樣才能更好保障生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量安全，并提高常規(guī)刀具應(yīng)用壽命。

3? 數(shù)控加工過(guò)程中刀具的合理使用控制分析

3.1 檢測(cè)刀具表層的光滑度

在管控刀具使用過(guò)程時(shí)，要在生產(chǎn)間隙檢驗(yàn)刀具表層的光滑度，若是發(fā)現(xiàn)刀具磨損較為嚴(yán)重，必須要提出正確的處理對(duì)策，不然很容易影響后續(xù)生產(chǎn)加工任務(wù)的質(zhì)量。這項(xiàng)工作具有一個(gè)明確的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，工作經(jīng)驗(yàn)豐富的檢驗(yàn)人員要對(duì)比分析檢驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，研究更加完善的影響因素，并提出有效的處理措施，這樣不僅能提升數(shù)控加工工作質(zhì)量安全，而且可以達(dá)到預(yù)期要求的控制檢驗(yàn)結(jié)果。由于部分加工材料的產(chǎn)熱很難揮發(fā)，所以若繼續(xù)引用存在磨損的刀具極容易持續(xù)增加熱量，面對(duì)這一現(xiàn)象，可以通過(guò)定期檢查有效預(yù)防常見(jiàn)的刀具問(wèn)題。一方面，要觀察刀具表層是否存在問(wèn)題，若出現(xiàn)問(wèn)題較為復(fù)雜，可以從多角度入手進(jìn)行協(xié)調(diào)檢測(cè);另一方面，要檢測(cè)刀具強(qiáng)度，判斷其是否與理想狀態(tài)相符。在這一過(guò)程中，日常管理工作中的配合管理控制方法可以有效預(yù)防安全隱患的威脅。

3.2 檢查刀具的鋒利度

若數(shù)控機(jī)床應(yīng)用刀具的鋒利度不符合預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，在生產(chǎn)工作中必然會(huì)降低材料切割水平。面對(duì)這一現(xiàn)象，工作人員要在正式施工前，引用放大鏡觀察刀具的鋒利度是否存在不均衡性。同時(shí)，還要對(duì)研磨后的刀具實(shí)施更深層次的鋒利度檢查，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作需求進(jìn)行操作，判斷刀刃位置是否存在缺陷，這樣不僅能減少生產(chǎn)加工中安全事故的發(fā)生，而且可以保障生產(chǎn)加工產(chǎn)品的質(zhì)量安全。由于刀刃的鋒利度決定了最終產(chǎn)品質(zhì)量安全，所以在選擇刀具的過(guò)程中，要保障硬度達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，這樣有助于后期生產(chǎn)加工根據(jù)技術(shù)性方法處理潛藏問(wèn)題。通過(guò)引用研磨的方式科學(xué)調(diào)節(jié)刀具的鋒利度，有助于提升實(shí)踐生產(chǎn)水平，并保障加工過(guò)程中的質(zhì)量平穩(wěn)性[2]。需要注意的是，刀具鋒利度檢查工作是一項(xiàng)定期任務(wù)，需要工作人員在發(fā)現(xiàn)潛藏隱患的基礎(chǔ)上，及時(shí)處理和維護(hù)，決不能任由其發(fā)展。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)，若所選切削參數(shù)不科學(xué)，加工刀具很有可能產(chǎn)生崩刃、裂紋等現(xiàn)象。在切削負(fù)荷過(guò)高的情況下，刀具切削刃會(huì)受極高的切削力所沖擊，表層會(huì)出現(xiàn)裂紋，并存在持續(xù)拓展的可能性。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到一定區(qū)域之后，表層就會(huì)出現(xiàn)大面積脫落，最終造成崩刃，此時(shí)數(shù)控加工所選刀具就失去了效果。以硬質(zhì)合金銑刀為例，由于在工作中的強(qiáng)度高，脆性大，且組織不均衡，所以若在加工中沒(méi)有選擇適宜的切削厚度，很容易在增加沖擊載荷的同時(shí)，提高拉應(yīng)力區(qū)與拉應(yīng)力值。尤其是在沖擊應(yīng)力高于材料強(qiáng)度承受范圍的情況下，就會(huì)產(chǎn)生刀具崩刃，相應(yīng)的刀具表層也會(huì)大面積脫落，最終形成貝殼狀。同時(shí)，脫落之后的刀具表層參差不齊，如圖2所示就是放大7000倍顯微鏡下刀具崩刃的圖片。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因在于，脆性材料的塑性變形不大，在選擇不符合標(biāo)準(zhǔn)的切削參數(shù)后，會(huì)出現(xiàn)過(guò)高的載荷，并形成超過(guò)彈性承受極限的應(yīng)力。所以在數(shù)控加工中，刀具會(huì)在切出被加工工件后釋放熱應(yīng)力，而隨著加工工作的持續(xù)運(yùn)行將會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力疲勞，此時(shí)不管是接觸疲勞還是熱應(yīng)力疲勞，都將增加刀具表面裂紋的概率。

3.3 保障參數(shù)調(diào)節(jié)的科學(xué)性

在數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中檢驗(yàn)具體參數(shù)，若是發(fā)現(xiàn)與規(guī)定數(shù)值不符的情況下，可以通過(guò)科學(xué)調(diào)節(jié)達(dá)到預(yù)期要求。隨著生產(chǎn)任務(wù)的優(yōu)化，刀具參數(shù)也會(huì)隨之革新，此時(shí)做好刀具參數(shù)調(diào)節(jié)工作可以滿足實(shí)踐工作需求，并保障產(chǎn)品生產(chǎn)加工的質(zhì)量安全。由于參數(shù)調(diào)節(jié)工作大都是由人工方法落實(shí)的，在實(shí)踐操作中很難明確，所以在新時(shí)代背景下，行業(yè)可以引用自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行工作，這樣不僅能緩解員工壓力，而且可以提升調(diào)節(jié)水平和工作效率。如果刀具的參數(shù)在應(yīng)用段時(shí)間后出現(xiàn)偏差，工作人員可以根據(jù)配合技術(shù)性方法進(jìn)行管控，以此保障具體參數(shù)處于安全引用范圍之內(nèi)。

3.4 檢查鉆孔管理系統(tǒng)

這項(xiàng)工作是指檢驗(yàn)鉆孔及刀具的管理系統(tǒng)是否具備健全性，若是發(fā)現(xiàn)潛藏問(wèn)題，要進(jìn)行科學(xué)調(diào)節(jié)，這樣不僅能保障實(shí)踐數(shù)控加工工作有序落實(shí)，而且可以全面推廣預(yù)先提出的管理計(jì)劃。從技術(shù)角度分析有關(guān)問(wèn)題的解決對(duì)策，有助于保障產(chǎn)品生產(chǎn)加工的安全質(zhì)量。通常情況下，在檢查管理系統(tǒng)時(shí)可以引用試驗(yàn)應(yīng)用法進(jìn)行操作，研究系統(tǒng)在運(yùn)行期間是否有不科學(xué)的地方，并根據(jù)實(shí)踐情況進(jìn)行具體問(wèn)題具體分析，這樣有助于在減少安全隱患的同時(shí)，通過(guò)彼此配合更好落實(shí)管理系統(tǒng)的工作[3]。

4? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，不管是提升效率還是減少成本一直都是數(shù)控加工關(guān)注的焦點(diǎn)。通過(guò)全面了解數(shù)控加工步驟，明確刀具的目的與應(yīng)用過(guò)程，可以為數(shù)控加工過(guò)程中刀具的合理使用控制提供有效依據(jù)。因此，行業(yè)企業(yè)要在了解自身發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作條件，提出完善的管理系統(tǒng)，并且可以根據(jù)不同材料合理選擇應(yīng)用刀具，這樣不僅能減少成本支出，而且可以提高實(shí)踐工作效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 李炳寧，邢榮霞.機(jī)械數(shù)控加工過(guò)程刀具高效使用優(yōu)化探討[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（13）：88-89.

[2] 趙嬌燕，程望斌，萬(wàn)力，等.數(shù)控加工刀具的速度優(yōu)化控制[J].湖南理工學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2017，30（1）：44-51.

[3] 鄭紅.論數(shù)控刀具對(duì)數(shù)控加工工藝的影響[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2017（3）：62-64.