機械數(shù)控加工過程刀具使用優(yōu)化策略研究

牛 婧

(山東理工職業(yè)學(xué)院，山東 濟寧 272067)

0 引言

刀具是機械數(shù)控加工的主要工具，直接作用于工業(yè)產(chǎn)品表面，刀具的合理選擇和高效使用能顯著提升零件的加工效率，提升企業(yè)經(jīng)營業(yè)績[1]。因此，在機械數(shù)控管理過程中，要高度了解數(shù)控刀具的種類和特點，正確選擇和應(yīng)用數(shù)控加工刀具，同時要根據(jù)被加工零件的具體材料特性，設(shè)置合理的切削參數(shù)，盡可能降低刀具的磨損，提升加工效率。

1 機械數(shù)控加工中刀具的作用和特點

機械數(shù)控刀具一般指的是在數(shù)控車床、數(shù)控銑床和各類數(shù)控加工基地使用的刀具[2]。從機械數(shù)控刀具的種類上看，按結(jié)構(gòu)可分為整體式、鑲嵌式、復(fù)合式、內(nèi)冷式及減震式等多種刀具。機械數(shù)控刀具不僅在結(jié)構(gòu)種類上具有多種特點，其構(gòu)成材料也不盡相同，高速鋼、硬質(zhì)合金、立方氮化硼、陶瓷，以及聚晶金剛石等都是當(dāng)前機械數(shù)控刀具中常用的材料。刀具在機械數(shù)控加工中能起到多重作用，如車刀分為外圓、內(nèi)控、車槽及螺紋等進行加工，鉆削刀具分為鉆頭、鉸刀等進行加工，此外還有鏜刀、銑刀等。

數(shù)控刀具較以往的傳統(tǒng)工具相比具有很多新特點，如其刀具的剛性程度好，在切削作業(yè)時具有高效的特征，刀具的精度和重復(fù)定位精度高，耐用度和可靠性也較好。對應(yīng)來說，也就要求機械數(shù)控機床能夠?qū)崿F(xiàn)刀具尺寸的預(yù)調(diào)和快速換刀，并且需要具備完善的電腦工具系統(tǒng)、刀具管理系統(tǒng)[3]。為了提升加工效率和加工精度，需要根據(jù)刀具的特點合理選擇刀具，優(yōu)化刀具使用方法，達到最優(yōu)效果。例如，從大的原則上講，機械數(shù)控車床能勝任粗精車削，在粗車時，就要使用剛性高、耐磨損的刀具，達到粗車工作時大背吃刀量、大進給量的要求。而在精車時，要使用精確度高、耐磨損的刀具，以達到最佳加工精度。此外，為了節(jié)約額外時間和便于對刀，在數(shù)控加工中應(yīng)當(dāng)盡可能多的使用機夾刀和機夾刀片，在刀片的選擇上應(yīng)當(dāng)以硬質(zhì)合金刀片為主。當(dāng)前，機械數(shù)控加工作業(yè)種類多樣，這就要求需要根據(jù)實際情況進行刀具的優(yōu)化使用。

2 鉆削原理與刀具使用特征

2.1 鉆削原理

在具體的鉆削過程中，刀具常處于機械數(shù)控加工狀態(tài)，刀具的旋轉(zhuǎn)速度較高，使其在工作過程中會對材料表面形成一定的壓力，使得材料的切削面處出現(xiàn)分離段落?；诖耍跈C械數(shù)控進行零件加工時，刀具的強度要比材料的強度高，這樣才能使得鉆削工作得以順利進行。要保證鉆削加工效果主要是壓力不斷的增加與作用點不斷減小，這是因為在進行加工時，材料與刀具要進行緊密的結(jié)合，使兩者之間存在較大的摩擦力，在工作過程中材料溫度會隨之不斷的增加，使設(shè)備安全性不能得以保證，導(dǎo)致無法控制對材料的加工。因此，在鉆削加工過程中，不同的材料會運用不同的控制方法進行加工。除此之外，相關(guān)的工作人員還要對其他可能影響材料加工的因素進行排查，使加工環(huán)境得以保證，材料加工能夠順利進行。

2.2 刀具使用特征

在機械數(shù)控機床加工過程中所使用的刀具與普通機床使用的鉆削刀具有很大的不同。對于機械數(shù)控機床加工過程中所需要的刀具其不僅剛性好，而且具有良好的互換性。在粗加工過程中，刀具的剛性特征使其具有較高的精度與較強的抗震性。不僅如此，其還能防止加工過程中出現(xiàn)熱變形。良好的互換性也能保證在加工過程中快速完成刀具的更換，以保障加工效率。除此之外，機械數(shù)控機床加工過程中所使用的刀具一般壽命較長，其在加工過程中性能可靠并具有較高的穩(wěn)定性，在加工過程中對刀具進行尺寸調(diào)整具有較高的便利性，換刀時間較短。其在斷屑與卷屑方面具有較高的可靠性，在加工過程中更加方便與快捷。

3 機械數(shù)控加工中刀具的具體使用原則

在機械數(shù)控加工中，要掌握刀具的具體使用原則，兼顧刀具的剛性、互換性和系列化。由于刀具在機械數(shù)控加工中承擔(dān)著對零件塑形的關(guān)鍵作用，刀具在機床的高轉(zhuǎn)速下需承受切削過程帶來的巨大壓力，因而會出現(xiàn)彈性變化，若刀具材料不能承受工作帶來的壓力，就會導(dǎo)致外層脫落[4]。這就是刀具在工作中磨損的原因。因此，需要掌握好不同刀具的特性，選擇合理的刀具，以提升加工效率，降低固定資產(chǎn)和流動資產(chǎn)投入，取得更好的經(jīng)濟效益。

3.1 刀具的剛性原則

在機械數(shù)控加工過程中，刀具剛性和工作強度不符時，會出現(xiàn)振動，導(dǎo)致加工零件的不合格率上升，這個過程也會加速對刀具的磨損，降低刀具甚至是數(shù)控機床的使用壽命。因而，在具體的加工環(huán)節(jié)中，要合理選擇刀具，使刀具在達到加工條件及剛性要求要求的同時，使用較短的刀柄更佳。

3.2 刀具的互換性原則

在實際加工過程中，很難使用一種刀具完成全部加工，技術(shù)人員要經(jīng)常根據(jù)情況切換刀具。這也是需要注意刀具的互換性的關(guān)鍵，要選擇互換速度較快并且精準(zhǔn)換刀效率高的刀具，使刀具能通過簡單操作精確安裝到機械數(shù)控機床。

3.3 刀具的系列化原則

對刀具進行系列化管理能提升機械數(shù)控機床的加工效率[5]。在對加工零件進行刀具切削的過程中，依賴的是數(shù)控機床的高轉(zhuǎn)速和智能自動化，選擇合適的刀具能夠使機床工作狀態(tài)保持穩(wěn)定。因而，在系列化管理刀具的過程中要保證刀具序列和加工工序的匹配性，使系列化管理手段能切實提升加工效率，要求刀具系列化編程人員對刀柄的性能數(shù)據(jù)牢記于心。

4 機械數(shù)控加工刀具使用優(yōu)化策略

4.1 合理更換刀具

雖然機械數(shù)控機床的自動化程度在近年來越來越高，但是不能忽視產(chǎn)業(yè)技術(shù)人員的作用，在實際加工中，一旦刀具使用時間過長，一定會產(chǎn)生磨損。管理人員和技術(shù)人員要了解不同種類刀具的合理工作壽命，定期對正在使用的刀具進行檢查，發(fā)現(xiàn)磨損較為嚴(yán)重的刀具要及時更換和修理，謹(jǐn)防刀具在高速運轉(zhuǎn)過程中發(fā)生斷裂，避免產(chǎn)生更為嚴(yán)重的后果。

4.2 加強對刀具的保養(yǎng)

刀具雖然是機械數(shù)控機床中的常見消耗品，但通過科學(xué)的保養(yǎng)能延長其使用壽命[6]。刀具的保養(yǎng)要點是維護好其刀刃的工作性能，這樣才能保證機械數(shù)控機床的持續(xù)工作。也就是說，技術(shù)人員要在日常保證刀刃的光滑完整，杜絕破損情況發(fā)生。一旦刀刃在破損的情況下進入工作狀態(tài)，那么在鉆、削等作業(yè)中一定不能保持平衡，引發(fā)加工零件精度誤差，發(fā)生偏位和釘頭等情況，嚴(yán)重情況下會出現(xiàn)刀具斷裂。

4.3 動態(tài)調(diào)整刀具參數(shù)

刀具在長時間工作后就會出現(xiàn)不同程度的磨損，進而影響機械數(shù)控機床的工作性能。本著節(jié)約生產(chǎn)投入的原則，企業(yè)往往不會在刀具出現(xiàn)輕微磨損后就及時更換，只要能夠保持精度，就可以繼續(xù)使用。在對舊刀具進行使用的過程中，技術(shù)人員要加強對刀具的檢查，根據(jù)刀具的工作情況動態(tài)調(diào)整刀具參數(shù)，保持刀具的切削和其它工作性能，提升刀具的工作摩擦力。

4.4 優(yōu)化返修管控

在刀具維修的過程中大多需要進行研磨，使刀具性能恢復(fù)，進而降低舊刀具長期使用造成的產(chǎn)品精度下降和生產(chǎn)效率不佳等情況的出現(xiàn)。但是在刀具返修研磨的過程中，要進一步優(yōu)化返修管控工作，根據(jù)刀具的實際狀況控制研磨次數(shù)和返修次數(shù)。同時，在返修的過程中，要派專人監(jiān)督，保證修理水平，確保刀具返修后質(zhì)量達到技術(shù)要求。同時，在日常工作中要注意正確使用刀具，防止由于不恰當(dāng)操作導(dǎo)致的額外磨損。

4.5 選擇合理的刀具

在實際操作中，不同的加工環(huán)境要選擇不同材料的刀具才能提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。首先，硬質(zhì)合金材料的刀具在應(yīng)用上是最為廣泛的，其具有剛性高、不易磨損的優(yōu)點，因而在大多數(shù)生產(chǎn)過程中，可以選擇硬質(zhì)合金材料的刀具，減少刀具加工過程的損耗。針對一些不常見的形狀各異的加工零件，可以選擇高速鋼材料的刀具，保證其鑲嵌性能。針對一些容易變形或形狀復(fù)雜的加工零件，在低轉(zhuǎn)速下可以選擇合金鋼材料制作的刀具。此外，對刀具進行涂層能顯著提升其耐磨性，可轉(zhuǎn)位刀具的應(yīng)用也能降低磨損，這些情況都需要在工作中加強注意。

5 合理使用刀具的技術(shù)控制分析

5.1 檢驗刀面光滑情況

刀具不僅要合理使用，更要在用完之后做好保養(yǎng)，對刀具表面的光滑程度作出檢驗。其表面光滑程度會隨之下降，如果繼續(xù)對刀具進行使用，就會使生產(chǎn)質(zhì)量下降。因此，在工作任務(wù)結(jié)束之后，一定要對刀具的光滑程度進行檢測，并為此制定詳細(xì)的質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)。在具體的操作過程中，相關(guān)人員要對刀具的檢驗結(jié)果和刀具額定數(shù)據(jù)進行對比，使刀具表面保持良好光滑程度。除此之外，還要對刀具中存在的雜質(zhì)、裂痕等進行檢驗，保證生產(chǎn)過程能順利進行，保證生產(chǎn)質(zhì)量。

5.2 觀察刀具鋒利度

要保證數(shù)控機床的加工效果，就要保證數(shù)控機床加工過程中刀具的鋒利度。因此，在生產(chǎn)過程中，相關(guān)人員需要不斷對刀具的鋒利度進行定期的檢查。例如，專業(yè)技術(shù)人員可以利用放大鏡對刀具鋒利度進行觀察，保證機械加工過程中刀具的鋒利成度。在檢測的過程中，要根據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)品進行具體的檢驗，對刀刃缺陷和損毀程度進行監(jiān)測，防止在加工過程中刀刃鋒利度對產(chǎn)品造成影響。在使用刀具進行機械加工過程中，如果刀具不夠鋒利，易導(dǎo)致鉆削出現(xiàn)偏差，使生產(chǎn)的產(chǎn)品不合格，更有可能會導(dǎo)致斷刀問題產(chǎn)生。

5.3 檢查參數(shù)調(diào)整情況

利用數(shù)控機床進行零件加工時，要對加工設(shè)備的參數(shù)進行適當(dāng)調(diào)整，保證機械設(shè)備能正常運轉(zhuǎn)。在具體的生產(chǎn)過程中，應(yīng)制定一定的生產(chǎn)任務(wù)，需要對刀具參數(shù)進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使機械設(shè)備滿足生產(chǎn)的實際需要，因此，需要對生產(chǎn)設(shè)備的參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整。在參數(shù)的調(diào)整過程中，具體操作過程較為復(fù)雜，單純依靠人工力量無法保證調(diào)整精度，因此，企業(yè)可以利用信息技術(shù)對機床參數(shù)進行調(diào)整，保證機床參數(shù)精確度。在生產(chǎn)過程中，刀具經(jīng)過一定時間的使用，其參數(shù)會發(fā)生不同程度的改變，因此，需要技術(shù)人員通過相應(yīng)的方法進行適當(dāng)?shù)目刂?，保證參數(shù)符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，不僅會提高生產(chǎn)效率，也會提升產(chǎn)品的質(zhì)量。

6 結(jié)語

作為機械數(shù)控機床的主要消耗品之一，刀具在工作的過程中會持續(xù)磨損，從而影響加工零件的精度和質(zhì)量。同時，刀具在分類上具有種類繁多的特點，針對不同的零件加工需要選擇合適的刀具，否則反而會降低生產(chǎn)效率，增加經(jīng)費支出，甚至?xí)?dǎo)致斷刀等情況的發(fā)生。因此，需根據(jù)實際情況進行刀具使用優(yōu)化，提升生產(chǎn)效率。