浅谈数控加工过程中刀具高效使用的优化方案

浅谈数控加工过程中刀具高效使用的优化方案

刘雷蒋伟李维

中车株洲电力机车有限公司   湖南省株洲市   412000

摘要：当前数控加工行业虽取得了一定的发展成效，但一些企业在数控加工方面存在刀具利用效率偏低的情形，影响了产品质量与效率。因此，数控加工领域的刀具利用成为关键任务，各个企业需根据刀具利用的现状，综合采取多种优化措施。基于此，本文重点分析了数控加工中刀具高效利用的策略，对机械加工制造具有重要的指导与借鉴价值。

关键词：数控加工;刀具使用;优化策略;

1 数控加工过程中刀具损坏形式和预防措施

1.1 刀具损坏形式

数控加工过程中的刀具损坏表现为磨损与破损两种，以磨损部位细分，刀具磨损主要为前面磨损、后面磨损与前后面同时磨损三种，刀具后面磨损的情况一般是因为切削脆性材料或者厚度较小的材料引起，或者机械数控设备的主轴转速较低时切削从刀具前面流出所导致；数控机床处于高强度运转状态下，在摩擦或者高温压力下也会破坏刀具，使刀具前面出现月牙洼；刀具前后面同时磨损的现象是在中等切削速度、刀具进给量条件下加工塑性材料所引起。刀具破损分为早期破损和后期破损两种，具体表现为崩刃、刀具碎裂、裂纹、刀具与刀柄剥离几种，数控机床在加工过程中产生的热量较大，特别是在切削或加工高硬度材料时，在切削热力与切削力的同步作用下刀具破损难以避免。

1.2 刀具损坏的预防措施

数控加工过程中出现刀具损坏现象的概率较高，为避免出现这一现象，延长刀具的使用寿命，应提前针对刀具制定预防措施，主要从采买、安装和使用着手。首先，在刀具采买环节，应选用正规厂家生产的刀具，并做好刀具生产资质等的检查，参考机械数控设备的刀具配备要求，选择特定种类与型号的刀具，先选刀片再选刀柄。其次，刀具安装环节应严格参考安装规范，尽可能避免使用套管，注意控制预紧力，采用较小的刀头伸出量，选用整体刀垫。最后，刀具使用过程中，应根据整个机械数控设备的加工需求调整刀具的各个参数，如技术人员需将切割角度控制在合理范围内。

2 数控加工中刀具使用的优化策略

2.1 采纳钻削的概念

各机械加工企业为高效利用刀具，应根据实际的生产需求选择恰当的加工工艺，并解决在加工过程中所出现的各种问题，提升刀具使用效率。当前的数控加工领域，陆续出现了钻削加工方式，且在一些企业内这一方式的应用效果突出，与原来的加工方式有所区别，该方式在加工时采用钻头材料，为加工孔的基本方式，在钻床、车床、镗床等的应用广泛且效果理想。以PCB专门电焊接质地坚硬的合金材料制成的钻头为例，传统的加工工艺相对滞后，为符合现实需求，操作中转速、进给条件给定且操作中不随意调整，由于始终处于切削条件下，刀具受到来自各个方面的压力作用，切削平面无法保持原状，与此同时，切割也会使材料产生一定的弹性力，当材料遭受的压力超出极限值，刀具的塑性变形难以避免，可能会出现弯曲、断裂。如刀具塑性变形的压力小于材料承受极限值，长时间挤压或完成切削的零部件将直接于基板掉落，产生岩屑完成切削操作，此过程为钻削切割，从流程来看，方式较为简单，但在具体实施时，却面临一定的问题：加工时刀具切割导致其热量持续增大，无法保障加工质量，也会干扰相关设备的运行。因此，针对这一方面的问题，实际的工作中可采用钻削概念，由相关人员总结刀具磨损的规律，操作时注意控制加工时间。

2.2 优化刀具的研磨

针对数控加工过程，应重视刀具研磨，就是要去除刀具中的磨损，以确保各项机械设备可高效运转，保障加工的整体效率。但少部分特殊材料、型号的刀具在研磨后无法继续使用，强行用此刀具实施加工任务将导致更为严重的磨损，产生更多热量，这一持续状态下机械振动频率较大，增大了机械的损耗，机械使用中的故障率较高。

此外，长时间且多次研磨刀具后，也会对孔壁质量、孔位造成一定的负面影响，易引起刀具的断裂。因此，实际的工作中为减少这一类问题，一般需结合现场的实际情况优化刀具研磨，以通过这一方式保障刀具的使用寿命，但在刀具研磨过程中，需严格控制研磨速度。因此，各个企业针对数控加工中的刀具利用，需提前开展人员培训，通过培训来提高人员的专业素质，保障有关岗位人员善于分析与总结研磨规律，操作中按照此规律控制相关参数。

2.3 利用新型材料

近年来，我国经济社会发展迅速，在此发展趋势下，陆续产生了许多新工艺、新技术与新材料，在数控加工中应用新技术与新材料，可大大提升刀具的使用效率，保障产品质量。因此，各个企业在数控加工过程中应紧跟行业趋势，结合实际情况选择材料，以发挥材料的性能优势。就当前的行业发展现状来看，现代化新型材料的种类多，但行业内应用范围较广且效果较为理想的主要有高性能高速钢、硬质合金、先进涂层、超硬刀具材料。高性能高速钢性能优越，将其作为切割基础材料的效果理想，基本能达到使用需求，数控刀具中应用多，刀具切削速度快，体现高效性。硬质合金材料也有独有的性能优势，表现为韧性强、抗磨损性好，由于这些性能特点作为刀具材料更为适用，有关企业中应用最为成功地为不锈钢、铸铁。

2.4 做好刀具相关装置设计

数控加工中刀具优化有多种方式，除了上述这些措施，科学设计刀具装置也极为重要，结合每种装置的功能与作用，保障装置结构、参数等达到规定。首先，做好刀具定位装置设计，数控机床刀具应用中定位装置的作用巨大，只有保障了该装置的合理性，才能确保工件定位的稳定性，使工件满足实际需求。此外，也需参考工件加工的相关标准与规范来控制自由阈值，有关人员在设计装置时，需综合现场的加工要求、状态、参数信息，调整定位方案的每个细节。设计人员在设计刀具定位装置时严禁出现欠定位情形，一旦发生此类情况，应采取重复定位法加以处理，参考工件定位基准，确保所选择的定位元件类型、技术参数达到规定。其次，刀具夹紧装置的设计，这类装置的使用是为了使工件的装夹刚性可与生产标准相一致，以从根本上提高定位的可靠性、精确度。设计人员在设计夹紧装置时需考虑更多因素，如夹具夹紧力作用点、方向，在此前提下寻找恰当的着力点，完全确定切削力后再选定夹紧力。设计多方向、多工件夹具时，斜楔式夹紧模式更为适用，反之，则需选用联动式夹紧模式。此外，夹紧装置设计时，应根据夹具所需的夹紧力严格设计，细化元件结构、规格，如在生产中为小批次作业，可选用手动夹紧模式，如为自动化夹具作业，可选用气动或者液动夹紧模式，以保障加工效率。最后，刀具导向装置、数控机床刀具的设计中，设计人员应严格参考工件的待加工表面、详细要求展开设计，首先，应明确对刀装置、铣床刀具的功能与作用，在此前提下优选模板套用模式，此环节的工作中相关人员应参考待加工工件的表面形状，保障元件类型的合理性，并精准控制元件的每个尺寸参数与误差，将各个误差控持在允许范围内。

3 结语

数控机床技术带动了我国制造业的进步，在长期发展的过程中，刀具使用是数控加工方面关注的重点问题。各个企业都需根据自身的数控加工情形，综合现阶段的加工与生产情况，采取多种措施优化刀具利用，以提高刀具的利用效率，保障加工效率与精度，创造更大的企业价值。

参考文献

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