蘇永華

【摘 要】本文論述高效切削刀具在數(shù)控加工中的重要性，高效切削刀具的材料及其應(yīng)用優(yōu)勢，指出高效切削刀具在數(shù)控加工中應(yīng)用需要注意的問題，為生產(chǎn)和實訓教學研究提供參考。

【關(guān)鍵詞】高效切削刀具? 數(shù)控加工? 可靠性

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）09B-0151-02

隨著我國科技的飛速發(fā)展與進步，機械加工在不斷引進先進設(shè)備與技術(shù)中得到了快速發(fā)展，尤其是在數(shù)控加工中高速切削刀具所發(fā)揮出的優(yōu)勢應(yīng)用效果，使其得到了廣泛而普遍的應(yīng)用。但在加工過程中也遇到諸多問題，對此必須引起高度重視，并加以優(yōu)化和改進，以提升數(shù)控加工的生產(chǎn)效率與加工精度。筆者在此就高效切削刀具在數(shù)控加工中的應(yīng)用進行分析，希望能提供有益的參考。

一、高效切削刀具在數(shù)控加工中的重要性

目前，我國不斷引進先進設(shè)備與加工技術(shù)。數(shù)控機床無論是在提升生產(chǎn)品種與批量的生產(chǎn)適應(yīng)能力方面，還是在促進其生產(chǎn)效率與加工精度上，都體現(xiàn)出越來越優(yōu)越的特征。在我國的機械加工與制造業(yè)中，刀具消耗堪稱世界第一，但長期以來高效刀具都依賴國外進口，既未能使生產(chǎn)成本得到有效控制與降低，又難以滿足當前我國重大生產(chǎn)裝備的國際化發(fā)展要求。一般的數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速高于普通機床的 1 至 2 倍，特殊用途的數(shù)控機床，轉(zhuǎn)速高達每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)，這對切削刀具質(zhì)量和性能要求很高。我們知道，在數(shù)控加工中，高效切削刀具是核心工具，需要具備高性能。近幾年來，我國在國產(chǎn)高效切削刀具的研制與開發(fā)一直在持續(xù)進行，不僅在刀具材料、結(jié)構(gòu)與性能的一體化協(xié)同技術(shù)上有所突破，而且在復(fù)雜型線高速鋼刀具的高精密成形與切削超硬刀具刃口成形方面，也得到了創(chuàng)新發(fā)展。在數(shù)據(jù)模塊化的應(yīng)用下，比如金剛石涂層刀具的研制開發(fā)為我國的首架 C919 客機的順利下線提供了可靠技術(shù)保障，并已批量應(yīng)用于航天產(chǎn)品研制中，在有效替代進口刀具的同時，為重大裝備研制技術(shù)安全提供了保障。另外，在生產(chǎn)中，我們要考慮成本問題，不同的轉(zhuǎn)速與刀具配合，所產(chǎn)生的成本是不同，在這一方面，在選擇刀具時，要特別注意。圖 1 是機床主軸的加工速度與刀具應(yīng)用所產(chǎn)生的成本示意圖。

二、高效切削刀具材料及其應(yīng)用優(yōu)勢

首先，超硬材料。金剛石是被廣泛應(yīng)用于高強度與高硬度的材料切削，其中，超硬材料是指與金剛石相比具有更高硬度的材料。當前在超硬材料的使用方面，主要以金剛石與立方氮化硼為主，立方氮化硼是一種人工合成材料，還未在自然界中發(fā)現(xiàn)，而更多超硬材料尚處于研制開發(fā)中。數(shù)控切削刀具在表面改性涂層材料的應(yīng)用下，可延緩其使用壽命，增強其高硬度切削速度，使加工精度得到有效保障。其次，硬質(zhì)合金材料。這種材料在使用中具有硬度高、耐磨、耐熱、耐腐蝕等優(yōu)勢特征，在 500℃～1000℃ 的高溫下也能保持較強硬度。添加多種微量元素后，在達到一定工藝技術(shù)要求的前提下，可提高其切削性能，比如，添加一定量的鉻可以提升硬質(zhì)合金的抗腐蝕性。最后，冶金高速鋼材料。這是加入了鉻、鎢、釩等合金元素而構(gòu)成的一種高合金鋼，它不僅具有較為綜合的應(yīng)用性能，而且具有當下最強的使用韌性與強度。在不斷優(yōu)化與改進熱壓工藝的基礎(chǔ)上，添加微量元素制成拉刀、銑刀等刀具，可在摩托車、轎車、汽輪機和航空等行業(yè)進行推廣使用，加工具有高硬度與高強度的鑄鐵合金工件。

從當前的機械加工發(fā)展形勢來看，不僅要求機床的運轉(zhuǎn)越來越快，而且要求高精度與高效度。這就要求數(shù)控加工無論在技術(shù)上，還是在工程材料方面都要創(chuàng)新發(fā)展與進步。伴隨著我國科學技術(shù)的不斷快速發(fā)展，對工程所用的材料提出了更加高的要求，各類高強度、高韌性、耐腐蝕及耐高溫性的工程材料被普遍應(yīng)用。有了這合適的刀具后，在機械生產(chǎn)中，還要會合理選用刀具，否則再好的刀具也無法體現(xiàn)它的作用。例如，材料是硬質(zhì)合金的刀具，其本身具有非常好的斷裂韌性及超強的抗拉強度，但是因為其硬度非常低，且高溫的穩(wěn)定性較差，所以最好不要直接用來進行高速硬切削。但是如果用細晶粒及超細晶粒進行優(yōu)化以后，那么就可獲得良好的加工能力，能夠讓打磨加工的操作變得更加理想。

三、高效切削刀具在數(shù)控加工中應(yīng)用需要注意的問題

（一）切屑的形成

高速切削刀在實際應(yīng)用當中，因為所用的工件材料不同，所以會使切削的條件也有所不同，從而形成的切屑形狀也各有不同，最常見的形狀有帶狀、粒狀和節(jié)狀。這些切屑形成的過程中，長形的切屑會不同程度地對所生產(chǎn)的工件造成破壞，從而會對全過程的生產(chǎn)產(chǎn)生影響，更為嚴重的是，還會不同程度地使操作工受到傷害。對于這種類型的問題，就需要在具體的操作時，對刀具的切削力度進行深入了解。在實際操作過程中，如果失去對切削力的有效控制，那么不僅會使刀具造成損壞，而且還會使機床產(chǎn)生很大的震動。

（二）刀具的磨損

高速切削刀具結(jié)構(gòu)有刀片，以及刀桿、刀柄等一些細小的附件。檢測刀具存不存在磨損，可參照刀具切出的工件毛邊、粗糙度及尺寸來進行具體判斷。造成刀具磨損的原因非常多，比如，在實施切削的時候，刀具會有熱量產(chǎn)生，使刀具的溫度升高，造成刀具的性能發(fā)生不同程度的改變，使刀具產(chǎn)生磨損。在數(shù)控加工中，刀具磨損會直接影響所加工產(chǎn)品的質(zhì)量，因此需要在實際操作中根據(jù)相關(guān)參數(shù)來進行操作，以便對刀具的磨損情況進行合理控制。

（三）增強切削刀具的可靠性

高速切削刀具在數(shù)控加工中的具體應(yīng)用，必須要思考其可靠性。需要有關(guān)單位對切削的工藝進行不斷創(chuàng)新，盡量采用較先進的質(zhì)量佳的刀具。必要的時候，加大刀具的資金投入，以獲得更好的刀具，并以此提升加工的效率和加工的質(zhì)量。也就是說，提高高速切削刀具的可靠性，提高單位刀具的生產(chǎn)量與生產(chǎn)持續(xù)時間，可降低生產(chǎn)成本，增強企業(yè)的競爭力，節(jié)約資源，提高生產(chǎn)力。就具體的條件和定時間內(nèi)完成一定額定的工作而言，可參照公式 R（t）+F（t）=1 來測定產(chǎn)品的可靠度。公式中的 R（t）表示的是刀具達到指定可靠度 r 時的耐用性，F(xiàn)（t）表示的是多齒刀具的可靠度。除此之外，還可參照刀具的使用情況。通常情況下，高速的驅(qū)動器的加速度為 0.4 m/s2 到 l0 m/s2，轉(zhuǎn)速為 10000? r/min 到 50000? r/min。在加工中需要精準地把控好冷卻系統(tǒng)，控制好刀柄和主軸間的軸向距離（一般情況下，不可超過 0.0002 英寸）?？偠灾?，為了充分提升刀具的安全性，還需對材料其各方面的性能進行充分考慮。

（四）確保數(shù)據(jù)模塊的合理性

在數(shù)控加工當中，高速切削刀具有其特有的優(yōu)勢。其中刀架模塊組是由立軸式的轉(zhuǎn)塔和轉(zhuǎn)位式的刀架等刀架模塊組成，不同的刀架模塊，其性能、用途和結(jié)構(gòu)都有所不同。程序控制模塊屬于相對獨立的一種模塊，其可以有效地提升數(shù)控機床的自動化水平和產(chǎn)品的使用期限。傳輸數(shù)控數(shù)據(jù)時，必須要對最小的不平衡量和徑向偏差及精度等因素進行考慮。只有保證各因素的安全，才能控制好刀具，減少磨損。

綜上所述，在數(shù)控加工中高效切削刀具不僅具有獨特的應(yīng)用優(yōu)勢，而且能在快速的切削技術(shù)轉(zhuǎn)換中取得好的切削效果，提高切削速度，保證工作效率，并切實提升切削精度。在數(shù)控加工中，高效切削刀具發(fā)揮了重要作用。它既解決了刀具材料使用的實際問題，又促進了機械制造生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量的提升，因此在生產(chǎn)和實訓教學研究中要充分考慮高效切削刀具的選擇與加工的屬性。

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