机械数控加工过程刀具使用优化策略研究

2022-11-17牛婧

农机使用与维修 2022年6期

牛婧

(山东理工职业学院，山东济宁 272067)

0 引言

刀具是机械数控加工的主要工具，直接作用于工业产品表面，刀具的合理选择和高效使用能显著提升零件的加工效率，提升企业经营业绩[1]。因此，在机械数控管理过程中，要高度了解数控刀具的种类和特点，正确选择和应用数控加工刀具，同时要根据被加工零件的具体材料特性，设置合理的切削参数，尽可能降低刀具的磨损，提升加工效率。

1 机械数控加工中刀具的作用和特点

机械数控刀具一般指的是在数控车床、数控铣床和各类数控加工基地使用的刀具[2]。从机械数控刀具的种类上看，按结构可分为整体式、镶嵌式、复合式、内冷式及减震式等多种刀具。机械数控刀具不仅在结构种类上具有多种特点，其构成材料也不尽相同，高速钢、硬质合金、立方氮化硼、陶瓷，以及聚晶金刚石等都是当前机械数控刀具中常用的材料。刀具在机械数控加工中能起到多重作用，如车刀分为外圆、内控、车槽及螺纹等进行加工，钻削刀具分为钻头、铰刀等进行加工，此外还有镗刀、铣刀等。

数控刀具较以往的传统工具相比具有很多新特点，如其刀具的刚性程度好，在切削作业时具有高效的特征，刀具的精度和重复定位精度高，耐用度和可靠性也较好。对应来说，也就要求机械数控机床能够实现刀具尺寸的预调和快速换刀，并且需要具备完善的电脑工具系统、刀具管理系统[3]。为了提升加工效率和加工精度，需要根据刀具的特点合理选择刀具，优化刀具使用方法，达到最优效果。例如，从大的原则上讲，机械数控车床能胜任粗精车削，在粗车时，就要使用刚性高、耐磨损的刀具，达到粗车工作时大背吃刀量、大进给量的要求。而在精车时，要使用精确度高、耐磨损的刀具，以达到最佳加工精度。此外，为了节约额外时间和便于对刀，在数控加工中应当尽可能多的使用机夹刀和机夹刀片，在刀片的选择上应当以硬质合金刀片为主。当前，机械数控加工作业种类多样，这就要求需要根据实际情况进行刀具的优化使用。

2 钻削原理与刀具使用特征

2.1 钻削原理

在具体的钻削过程中，刀具常处于机械数控加工状态，刀具的旋转速度较高，使其在工作过程中会对材料表面形成一定的压力，使得材料的切削面处出现分离段落。基于此，在机械数控进行零件加工时，刀具的强度要比材料的强度高，这样才能使得钻削工作得以顺利进行。要保证钻削加工效果主要是压力不断的增加与作用点不断减小，这是因为在进行加工时，材料与刀具要进行紧密的结合，使两者之间存在较大的摩擦力，在工作过程中材料温度会随之不断的增加，使设备安全性不能得以保证，导致无法控制对材料的加工。因此，在钻削加工过程中，不同的材料会运用不同的控制方法进行加工。除此之外，相关的工作人员还要对其他可能影响材料加工的因素进行排查，使加工环境得以保证，材料加工能够顺利进行。

2.2 刀具使用特征

在机械数控机床加工过程中所使用的刀具与普通机床使用的钻削刀具有很大的不同。对于机械数控机床加工过程中所需要的刀具其不仅刚性好，而且具有良好的互换性。在粗加工过程中，刀具的刚性特征使其具有较高的精度与较强的抗震性。不仅如此，其还能防止加工过程中出现热变形。良好的互换性也能保证在加工过程中快速完成刀具的更换，以保障加工效率。除此之外，机械数控机床加工过程中所使用的刀具一般寿命较长，其在加工过程中性能可靠并具有较高的稳定性，在加工过程中对刀具进行尺寸调整具有较高的便利性，换刀时间较短。其在断屑与卷屑方面具有较高的可靠性，在加工过程中更加方便与快捷。

3 机械数控加工中刀具的具体使用原则

在机械数控加工中，要掌握刀具的具体使用原则，兼顾刀具的刚性、互换性和系列化。由于刀具在机械数控加工中承担着对零件塑形的关键作用，刀具在机床的高转速下需承受切削过程带来的巨大压力，因而会出现弹性变化，若刀具材料不能承受工作带来的压力，就会导致外层脱落[4]。这就是刀具在工作中磨损的原因。因此，需要掌握好不同刀具的特性，选择合理的刀具，以提升加工效率，降低固定资产和流动资产投入，取得更好的经济效益。

3.1 刀具的刚性原则

在机械数控加工过程中，刀具刚性和工作强度不符时，会出现振动，导致加工零件的不合格率上升，这个过程也会加速对刀具的磨损，降低刀具甚至是数控机床的使用寿命。因而，在具体的加工环节中，要合理选择刀具，使刀具在达到加工条件及刚性要求要求的同时，使用较短的刀柄更佳。

3.2 刀具的互换性原则

在实际加工过程中，很难使用一种刀具完成全部加工，技术人员要经常根据情况切换刀具。这也是需要注意刀具的互换性的关键，要选择互换速度较快并且精准换刀效率高的刀具，使刀具能通过简单操作精确安装到机械数控机床。

3.3 刀具的系列化原则

对刀具进行系列化管理能提升机械数控机床的加工效率[5]。在对加工零件进行刀具切削的过程中，依赖的是数控机床的高转速和智能自动化，选择合适的刀具能够使机床工作状态保持稳定。因而，在系列化管理刀具的过程中要保证刀具序列和加工工序的匹配性，使系列化管理手段能切实提升加工效率，要求刀具系列化编程人员对刀柄的性能数据牢记于心。

4 机械数控加工刀具使用优化策略

4.1 合理更换刀具

虽然机械数控机床的自动化程度在近年来越来越高，但是不能忽视产业技术人员的作用，在实际加工中，一旦刀具使用时间过长，一定会产生磨损。管理人员和技术人员要了解不同种类刀具的合理工作寿命，定期对正在使用的刀具进行检查，发现磨损较为严重的刀具要及时更换和修理，谨防刀具在高速运转过程中发生断裂，避免产生更为严重的后果。

4.2 加强对刀具的保养

刀具虽然是机械数控机床中的常见消耗品，但通过科学的保养能延长其使用寿命[6]。刀具的保养要点是维护好其刀刃的工作性能，这样才能保证机械数控机床的持续工作。也就是说，技术人员要在日常保证刀刃的光滑完整，杜绝破损情况发生。一旦刀刃在破损的情况下进入工作状态，那么在钻、削等作业中一定不能保持平衡，引发加工零件精度误差，发生偏位和钉头等情况，严重情况下会出现刀具断裂。

4.3 动态调整刀具参数

刀具在长时间工作后就会出现不同程度的磨损，进而影响机械数控机床的工作性能。本着节约生产投入的原则，企业往往不会在刀具出现轻微磨损后就及时更换，只要能够保持精度，就可以继续使用。在对旧刀具进行使用的过程中，技术人员要加强对刀具的检查，根据刀具的工作情况动态调整刀具参数，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 优化返修管控

在刀具维修的过程中大多需要进行研磨，使刀具性能恢复，进而降低旧刀具长期使用造成的产品精度下降和生产效率不佳等情况的出现。但是在刀具返修研磨的过程中，要进一步优化返修管控工作，根据刀具的实际状况控制研磨次数和返修次数。同时，在返修的过程中，要派专人监督，保证修理水平，确保刀具返修后质量达到技术要求。同时，在日常工作中要注意正确使用刀具，防止由于不恰当操作导致的额外磨损。

4.5 选择合理的刀具

在实际操作中，不同的加工环境要选择不同材料的刀具才能提升生产效率，降低生产成本。首先，硬质合金材料的刀具在应用上是最为广泛的，其具有刚性高、不易磨损的优点，因而在大多数生产过程中，可以选择硬质合金材料的刀具，减少刀具加工过程的损耗。针对一些不常见的形状各异的加工零件，可以选择高速钢材料的刀具，保证其镶嵌性能。针对一些容易变形或形状复杂的加工零件，在低转速下可以选择合金钢材料制作的刀具。此外，对刀具进行涂层能显著提升其耐磨性，可转位刀具的应用也能降低磨损，这些情况都需要在工作中加强注意。

5 合理使用刀具的技术控制分析

5.1 检验刀面光滑情况

刀具不仅要合理使用，更要在用完之后做好保养，对刀具表面的光滑程度作出检验。其表面光滑程度会随之下降，如果继续对刀具进行使用，就会使生产质量下降。因此，在工作任务结束之后，一定要对刀具的光滑程度进行检测，并为此制定详细的质量检验标准。在具体的操作过程中，相关人员要对刀具的检验结果和刀具额定数据进行对比，使刀具表面保持良好光滑程度。除此之外，还要对刀具中存在的杂质、裂痕等进行检验，保证生产过程能顺利进行，保证生产质量。

5.2 观察刀具锋利度

要保证数控机床的加工效果，就要保证数控机床加工过程中刀具的锋利度。因此，在生产过程中，相关人员需要不断对刀具的锋利度进行定期的检查。例如，专业技术人员可以利用放大镜对刀具锋利度进行观察，保证机械加工过程中刀具的锋利成度。在检测的过程中，要根据生产的产品进行具体的检验，对刀刃缺陷和损毁程度进行监测，防止在加工过程中刀刃锋利度对产品造成影响。在使用刀具进行机械加工过程中，如果刀具不够锋利，易导致钻削出现偏差，使生产的产品不合格，更有可能会导致断刀问题产生。

5.3 检查参数调整情况

利用数控机床进行零件加工时，要对加工设备的参数进行适当调整，保证机械设备能正常运转。在具体的生产过程中，应制定一定的生产任务，需要对刀具参数进行适当的调整，使机械设备满足生产的实际需要，因此，需要对生产设备的参数进行优化调整。在参数的调整过程中，具体操作过程较为复杂，单纯依靠人工力量无法保证调整精度，因此，企业可以利用信息技术对机床参数进行调整，保证机床参数精确度。在生产过程中，刀具经过一定时间的使用，其参数会发生不同程度的改变，因此，需要技术人员通过相应的方法进行适当的控制，保证参数符合生产标准，不仅会提高生产效率，也会提升产品的质量。