机械数控加工过程刀具高效使用优化探讨

摘要：随着社会的进步和发展，我国的经济正处在高速发展当中。我国的各个领域对于技术的要求也越来越高。为了提升产业的生产力，必须提高对设备的精准要求。尤其是在机械数控加工产业，该产业对于刀具的要求特别高。为了保证加工产品的质量，需要提高刀具的使用效率以及提高机械数控的生产效率。通过采取这类措施能够大幅度延长机械数控加工当中刀具的使用寿命，极大的节约了产业能源，减少了资源的浪费。本文从机械数控加工过程刀具高效使用优化的角度进行分析和探讨，旨在提高机械数控加工当中刀具的利用效率。

关键词：机械数控加工;刀具高效使用;加工产业

中图分类号：TG7                                          文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）09-0083-02

0  引言

在机械数控的加工过程当中，人们为了控制和保障所要加工产品的质量，通常情况下都会让刀具保持高速运转的状态。而刀具作为加工的必要工具，长期的工作负荷会极大削减刀具本身的使用寿命。同时还受到工作过程当中其他因素的影响，刀具会呈现出不同程度的磨损。伴随着刀具磨损程度的提升，机械数控加工出来的产品质量就越低。产品质量的下降会严重影响企业的经济运行。一旦刀具的磨损程度达到某个临界点就有可能出现断刀的情形。断刀的次数的增多不但会影响产品的加工质量，还会增加企业的生产成本。为了避免这一情形的出现，在机械数控加工过程中需要提高刀具的使用效率，使刀具有限的寿命创造出最大的经济价值。而提高刀具的使用效率也成为了机械数控加工行业急需解决的难题，唯有解决这一技术难题，研究怎样才能高效使用刀具才能保障产品的质量，同时为企业创造可观的经济效益。

1  机械数控加工中刀具的使用特点

在机械数控加工产业当中，刀具一直是影响生产效率和质量的关键因素。通常情况下工作人员要将刀具的转速维持在一定的标准下才能产生切削产品所需要的压力。在高速运转下的刀具本身的性质也发生变化，其中最明显的变化就是刀身表面会产生一定的弹性变化。刀身表面弹性化也会作用在加工的材料上面，使其也发生一定程度的弹性形变。当弹性形变的系数超过了材料本身所能承受的最大形变值时，材料的一部分便会在这种形变力的作用下从机床脱落下来变成碎屑。利用刀具高速运转使材料发生形变，进而改变材料的形状。在这个过程当中刀具在高速运转下与材料相接触产生了大量热量，由于热量的传导使得刀具本身也承受着高温，这种情况下刀具会因受热而产生额外的磨损。正是由于这部分因素导致刀身的额外磨损大大降低了刀具的使用寿命，若是不采取相对应的解决策略或者措施，将会大幅度提升机械数控加工行业的生产成本。为此工作人员在机械数控加工过程当中一定要实现对刀具的合理化运用，选择合理、科学且有效的生产方式就需要工人们了解刀具的整体结构、高速切削原理等相关的技术知识和理论。若是不对这些潜在的影响因素进行细致的分析和考虑将会持续增加刀具寿命的损耗。刀具磨损程度的增加也会直接影响机械数控加工中加工材料的精密度。与此同时，刀具损耗程度的增加也会提升企业的生产成本。该行业只有注重刀具损耗对生产成本、质量造成的影响，利用科学的管控和手段优化刀具的选择和使用，这样才能有效率的解决因刀具寿命问题出现的生产产品质量、成本及效率问题。

1.1 刀具的刚性

在影响刀具使用寿命的众多因素当中，刀具所具有的刚性是重要的影响因素。若是机械数控加工当中所选择刀具的刚性不足，在生产加工过程中，刀具的高速运转与材料的相接触会引发刀具剧烈的震动。出现这种状况，会严重影响加工过程中零件的精密度和加工效率。这时刀具的磨损程度也会随着刀具的剧烈震动而加快。刀具的使用寿命也会缩短。因此，在刀具的选择上要选取既符合基本的加工要求，同时也要选取刚性足够的刀具，如选取刀柄段的刀具就可以增强刀具本身的刚性。

1.2 刀具的互换性

机械数控加工产业由于生产工序的不同，需要利用不同种类的刀具对材料进行加工。因此可将刀具分成若干类别。在生产加工当中，工作人员可根据实际的加工情况选择合适的刀具，在选择刀具上面又会涉及刀具更换的问题。工作人员需要在保证刀具互换速度和进程的情况下，将需要更换的刀具精准安装在机床、刀库放上面。而刀具的刀柄也因为用途不同，需要视情况选择，用以机械数控加工生产的刀柄大致可分为直柄和锥柄两种。

1.3 刀具的系列化

机械数控加工生产对刀具的选择极为苛刻。由于机械数控加工是通过编程和管理实现机械加工过程的自动化。刀具高速运转的自动化需要考虑到各个影响刀具使用寿命的因素。生产过程当中，工作人员只需要将刀具安装固定在机床的主轴或者刀库上面便可进行零件的生产加工制造。而生产线稳定运行的前提却是要保证刀具选择的合理性，类似于刚性不足的刀具都或多或少对生产产品的质量和效率造成影响，因此，需要根据机床的性能、材料的性能以及工具的合理使用，将这些因素统筹纳入到生产假话当中。选择高标准的刀具以提高零件加工的精确度和效率，当然在刀具选择方面不能忽略了刀柄的作用。

2  机械数控加工中刀具优化選用原则

为了进行高质量的加工生产，机械数控加工产业需要在刀具的选择上需要遵循一定的原则。在对零件形状塑造的过程中，由数控技术控制的机械加工产业的运作模式主要还是以人机互动原则为主。工作人员需要根据机床的性、材料的性能以及加工工序等综合因素合理选择加工所使用的刀具类型。刀具的选择既要满足机床和零件的基本要求外，同时也要将加工所处的工作环境、安装刀具的工艺以及刀具自身各方面所具有的参数都纳入到选择刀具的影响因素之中。除了保证刀具本身所具有的各项属性，在安装工艺方面也要配合整个生产流程，按照标准的采纳数不断提高刀具安装的角度从而保证加工零件的精准度。为了提升刀具的刚度，预防因刀具刚性不足而增加刀具的磨损，进而影响到刀具的使用寿命。工作人员可以尽量选择刀柄较短的刀具。刀具的选用原则更多的是依照零件的复杂程度、精密度进行选择，根据工序要求，对刀具进行优化，这样才能在符合生产工艺流程的标准下，降低企业的生产成本。

2.1 提高行业的生产效率

考虑到影响刀具使用寿命的一些主要因素，一般来讲，现阶段机械数控加工产业都会优先选择刀柄较短以及与刀具各方面的参数和属性匹配的机床。这种选择和搭配方法可以有效的提升生产线的产品加工质量。机械加工产业要想提升全流程的生产效率就必须在缩短生产时间的情形下，又能保证每个产品的加工质量。对大件物品进行加工时要做到一气呵成，同时也要保证加工工艺的精准度，而在这一层面要充分考虑到起决定因素的刀具的质量问题。根据工件的质量和表面的粗造程度来选择合适的刀具。

2.2 刀具尺寸与零件表面尺寸相符

在刀具的选择方面，工作人员都会视加工工件的实际尺寸进行选择。刀具选择过大过小都会影响整个加工工艺。该行业默认依照零件表面尺寸所选择的刀具准则。加工平面零件的周边轮廓要选择立铣刀;加工铣削平面要用到硬质合金;由高速钢材料做成的立铣刀则用来加工凹槽和凸台等工件;球形铣刀被用来加工自由曲面;在各种形状零件的加工工艺当中，为了保证曲面零件的加工精准度，必须选择平头刀具，在加工曲面、粗加工以及精加工方面平头刀具都会优于球头刀具。

2.3 换刀要按标准程序执行

由于当下机械数控加工产业所实行的是人机互动的加工模式。在刀具的更换方面工作人员要严格按照更换工艺或者标准进行作业。在部分型号的数控机床加工过程中，刀具的更换都需要由人来辅助完成。并且每次刀具更换的时间都很长。为了保证生产线的顺利进行，数控编程人员首先需要了解刀具的尺寸和刀柄的尺寸，以及了解换刀时刀具的调整方法。由于更换流程和步骤的复杂性需要尽量减少机械加工当中刀具的使用数量。同时也要合理的安排刀具的排列顺序，将精加工和粗加工分开进行操作。而为了提升机械数控机床的生产效率，可以使数控机床的自动换刀功能。

2.4 保证刀刃的锋利度

刀具的锋利程度同时也是确保整个机械生产加工质量的重要影响因素。刀具刀刃的锋利程度是切削工件的关键。刀具越锋利在高速运转的情况下可以减少刀具本身带来的振幅。若是刀具的刀尖存在破损的情况，会影响转削工作的进行。因此，为了不影响整个机械数控加工业的正常运转需要工作人员在安装和使用刀具前，检查刀具的刀刃是否完整，若发现刀具的刀刃存在的破损的情形要及时返修。同时工作人员也要定期检修刀具，这样可以保证刀具的完好程度，保证在工作过程当中刀具的正常使用。

3  刀具长度的确定原则

3.1 按实际情况确定刀具长度

在机械数控加工过程当中，要避免因刀具长度与工件不匹配而影响生产加工的顺利进行，若使用不合规的刀具会严重影响到工件的精密程度，同时也会影响刀具的使用寿命。为了保证生产的顺利开展，在刀具的选择上必须要保证切削刃的长度要大于工件的切削长度，以免影响正常切削。

3.2 保证刀具的精准度和稳定性

工件加工的精度和稳定性一直受到刀具的震动的影响，若是刀具过长，在刀具高速运转的情形下刀具与工件进行接触会产生剧烈的震荡。为此，在刀具的选择方面要将刀具的长度纳入到考量当中。

3.3 保证刀具不与工件发生碰撞

机械数控加工过程当中最忌刀具与工件发生碰撞，一旦高速运转的刀具与工件发生了碰撞时的接触，一是影响工作的进度和效率，二是会缩短刀具原有的使用寿命。为了避免正常加工的进行，要使刀具的程度大于孔的程度，为避免刀具和零件相互作用时所产生的震动，应当选择较短的刀具。

3.4 考虑到各个不同的要素

在機械数控生产加工过程中，影响刀具使用寿命、效率的因素有很多。排除主要影响刀具使用寿命的因素外，绝大多数情况下还不能忽视其他因素对其产生的影响。应该从刀具所处的运行情况，优化刀具选择方案，并结合到刀具选择的优劣来确定优化刀具的长度和深度。

4  结语

总的来说，人们既要保障机械加工的生产质量和成本问题，同时也要开拓思维，按照现代制造产业的生产目标，极大促进了刀具的合理化使用。从根本上解决了机械数控加工过程中对刀具的合理使用。

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作者简介：王琳琳（1983-），女，河南周口人，本科，讲师，研究方向为机械制造。