数控车床加工中刀具选用的分析

数控车床加工中刀具选用的分析

雷万里,张海莹,申浩

山西航天清华装备有限责任公司  山西长治  046000

摘要：数控车床加工作为机械加工中常见的一种方式，由于零件材料各不相同，切削特性存在差异，应根据加工情况选择最合适的刀具。选择正确、合适的车刀有利于保证加工质量的稳定，减少刀具磨损，降低加工成本。选择合适的刀具，可从车刀的使用要求和车刀本身特性两方面考虑。

关键词：数控车床加工；刀具；选用；分析

引言

机械数控加工过程中，企业为了保障加工效益，通常需要刀具及相关设备进行长时间的高速运转。而刀具作为直接切削钻工件的工具，将直接承受大量的力，容易出现磨损等情况，进而影响产品加工质量。因此，如何高效地使用刀具且延长其使用寿命，就成为了亟待解决的问题，直接影响相关企业未来发展。刀具的材料特性是复杂的，使用环境是多样的，因此需要从材料特性、使用管理等多方面入手，合理地选择、使用和管理刀具，最大限度地发挥刀具的使用价值。

1车刀的使用要求

1.1刀具的强度和刚性

刀具应有较高的强度、较好的刚度和抗振性能，使加工可以在一个稳定状态进行，否则会直接影响加工质量。例如，在车削内孔时，零件的孔径和长度对刀具的选择有较大的限制，深孔切削时常引起刀杆的振动，不但使切削刃磨损，同时加工表面还可能产生振纹，影响加工表面质量，所以通常小直径孔切削采用硬质合金或钨钢刀杆，中等以上直径采用减振刀杆。

1.2经济性

刀具应具有较高的经济性，有利于控制加工成本。选择刀具时，在满足加工要求的前提下尽量选用性价比较高的刀具。例如，锋钢材质的刀具不但价格低廉，而且便于磨削，可反复磨削使用，在满足加工要求前提下，无需采用合金或其他较为昂贵的刀具，降低加工成本。

1.3高精度和较强的适应性

在选用刀具时应根据加工材料的特性选用合适的刀具，所选刀具应对加工具有较强的适应性，保证加工的精度和质量。例如，加工铝等韧性相对较好的材料时，为获得较好的表面质量和尺寸精度，应考虑加工时工件与刀具之间产生的挤压力对表面质量产生的影响；当加工尼龙或其他高分子材料时还应考虑材料的低熔点特性，在选用刀具时应尽量减少加工产生的热量，避免加工热量给工件表面带来的影响。

1.4满足工艺参数的要求

所选刀具能够满足切削速度、进给量、背吃刀量等方面的工艺要求。在加工时加工效率是一项重要参考因素，特别是粗加工时，为尽快在较短时间内切削掉应切削部分，往往采用较大的切削速度、进给速度和背吃刀量来有效提高加工效率，缩短加工时间，在此过程中刀具需承受较大的切削力，这对刀具的材质和刀尖半径有一定的要求。

2机械数控加工中高效使用刀具的策略

2.1重视钻削

若要大幅提升刀具使用效率，就需要生产企业在结合自身生产实际选择加工技术和刀具的同时，积极应用钻削加工方式，并扩大该方式应用范围。由于该方式应用钻头进行机械加工，因此能广泛适应各类钻床、车床、镗床的加工环境。以PCB钻头为例，其应用于数控钻铣床中，一般使用刚性好的合金材料制作。在传统数控切削加工中，刀具在长时间固定位置进行高转速的切割等操作，持续承受压力，其与工件的切削平面会因二者材料硬度、韧性等特征形成复杂的相互影响，若出现工件压力大幅增加，将导致刀具出现严重塑性变形，若工件承受刀具变形压力的能力较强，则可能因长时间挤压导致温度过高、形成岩屑或内部损伤等问题。而合理地采用PCB钻头进行钻削等加工，能减少工件与刀具间的压力带来的诸多问题。PCB钻头的数控钻机的外观图和结构图如图1所示，使用PCI总线和多轴控制器实现数控加工，两个轴分别控制操作台和钻头的运动，因此能够精准地控制钻头进给的精度与速度，实现高精密高效率的钻孔加工。另外，钻削加工相比传统切削方式，更容易控制切割热量过高和刀具磨损问题，相关研究发现钻削加工的钻头使用损耗明显低于传统切削中钻头使用损耗。

2.2做好加工过程控制

（1）刀具表面清洁度。由于刀具研磨量是影响加工质量的重要参数，因此需要关注刀具的清洁度。以钻削为例，加工中也会产生大量热量，且热量不易消散。因此需重点对刀具表面开展清洁、整理与降温工作，从而有效减少机械振动、快速摩擦带来的快速升温、工件磨损等问题。另外，在开始钻孔之前，应当由技术人员详细检查刀具表面，若发现有粉尘、裂痕或过度磨损等问题应立即采取相应处理措施。在完成钻孔后，也应当及时检查刀具的光滑程度，对刀具表面进行整理，符合要求后方能进行后续加工。

（2）刀具锋利程度。机械数控中，刀具锋利程度将直接关系到加工效率。一般而言，钻削力减少是由主、副切削刃破损引起的，该问题会使工件出现孔粗糙度大、孔内毛刺等情况。同时，断刀、偏位等情况均会影响工件加工质量，因此在检查时，首先应重点关注其完整性与对称性，然后对刀刃锋利程度进行准确的测试和检验，满足要求方能开始加工。

（3）参数控制。使用刀具的过程中，也需要操作人员、技术人员对刀具进行严格、合理的管理与控制，从而保证刀具锋利程度等参数依然符合加工需求。由于切削会使刀刃发生形变，因此需要使用放大镜等专用仪器观察刀具情况，结合加工相应的切削参数做出适当调整，以保证刀具切削力符合加工要求。

2.3刀具数据共享与过程协同

在数控机械加工生产过程中，刀具是主要生产工具，并且往往会贯穿车间多个岗位与不同生产任务，如编程工程师、车间管理者、操作工人、库房人员、工艺人员、采购人员等。因此刀具在日常使用期间极易发生管理信息混乱的问题，并且由于不同岗位之间存在着信息壁垒，导致了刀具在借出归还、档案记录、保养维护等工作环节中容易出现失误，从而严重加剧了刀具损耗。为了进一步加强刀具控制力度，数控加工车间可以围绕刀具的流通路径建立刀具信息化管理系统。将串行管理转化为并行管理模式，确保有效加强刀具信息的协同共享效率，并减少刀具的浪费。

例如，机械数控加工车间可以依托NCBase管理系统，根据每台设备的任务清单和生产标准规范来编写数控程序。随后由NCBase管理系统根据任务信息来自动生成刀具配置表，并将表格信息同步传递到刀具管理系统当中，由管理人员根据表格来分别进行准备，同时建立刀具的单次使用记录表。随后机床操控人员可以通过扫码识别的方式来领取刀具，并在检验无误之后，在对刀仪软件客户端中对刀具信息进行保存。

2.4刀具库存养护管理

刀具是机械数控生产环节的主要损耗部件，需要重点加强刀具养护和采购工作，以确保满足正常生产需求，避免刀具不足导致生产进度的延滞。因此工作人员需要充分借助大数据技术来对刀具进行精细化、动态化、可视化以及科学化管理，从而确保提高刀具管理质量。

结束语

综上所述，影响数控车床加工的因素很多，包括车床、刀具、程序等多方面因素，需要全面综合考量。其中，仅仅车刀的选择因素便远远不止以上所分析的几项，车刀的选择合理与否直接影响到刀具使用寿命和加工效率，也将影响到加工成本，车刀的选择也需结合多方面因素综合决定，再采用合理的切削参数，才能使加工达到质量最优、速度最快、成本最低的目的。

参考文献：

[1]杨莹.车刀的选择原理分析与使用实践探究[J].时代农机，2020，47(2)：28-29.

[2]章伟，李季飞，付秉鑫，等.内置式镗孔用减振刀杆的结构优化[J].硬质合金，2022，39(4)：260-267.

[3]吕美花.数控车床加工精度优化探讨[J].机械管理开发，2018，33(9)：112-113+197.

[4]包宁，王秀芝，芦啸天.影响车刀寿命因素分析[J].机械管理开发，2016，31(8)：23-24+46.