牛 婧

(山東理工職業(yè)學(xué)院，山東 濟(jì)寧 272067)

0 引言

刀具是機(jī)械數(shù)控加工的主要工具，直接作用于工業(yè)產(chǎn)品表面，刀具的合理選擇和高效使用能顯著提升零件的加工效率，提升企業(yè)經(jīng)營業(yè)績(jī)[1]。因此，在機(jī)械數(shù)控管理過程中，要高度了解數(shù)控刀具的種類和特點(diǎn)，正確選擇和應(yīng)用數(shù)控加工刀具，同時(shí)要根據(jù)被加工零件的具體材料特性，設(shè)置合理的切削參數(shù)，盡可能降低刀具的磨損，提升加工效率。

1 機(jī)械數(shù)控加工中刀具的作用和特點(diǎn)

機(jī)械數(shù)控刀具一般指的是在數(shù)控車床、數(shù)控銑床和各類數(shù)控加工基地使用的刀具[2]。從機(jī)械數(shù)控刀具的種類上看，按結(jié)構(gòu)可分為整體式、鑲嵌式、復(fù)合式、內(nèi)冷式及減震式等多種刀具。機(jī)械數(shù)控刀具不僅在結(jié)構(gòu)種類上具有多種特點(diǎn)，其構(gòu)成材料也不盡相同，高速鋼、硬質(zhì)合金、立方氮化硼、陶瓷，以及聚晶金剛石等都是當(dāng)前機(jī)械數(shù)控刀具中常用的材料。刀具在機(jī)械數(shù)控加工中能起到多重作用，如車刀分為外圓、內(nèi)控、車槽及螺紋等進(jìn)行加工，鉆削刀具分為鉆頭、鉸刀等進(jìn)行加工，此外還有鏜刀、銑刀等。

數(shù)控刀具較以往的傳統(tǒng)工具相比具有很多新特點(diǎn)，如其刀具的剛性程度好，在切削作業(yè)時(shí)具有高效的特征，刀具的精度和重復(fù)定位精度高，耐用度和可靠性也較好。對(duì)應(yīng)來說，也就要求機(jī)械數(shù)控機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)刀具尺寸的預(yù)調(diào)和快速換刀，并且需要具備完善的電腦工具系統(tǒng)、刀具管理系統(tǒng)[3]。為了提升加工效率和加工精度，需要根據(jù)刀具的特點(diǎn)合理選擇刀具，優(yōu)化刀具使用方法，達(dá)到最優(yōu)效果。例如，從大的原則上講，機(jī)械數(shù)控車床能勝任粗精車削，在粗車時(shí)，就要使用剛性高、耐磨損的刀具，達(dá)到粗車工作時(shí)大背吃刀量、大進(jìn)給量的要求。而在精車時(shí)，要使用精確度高、耐磨損的刀具，以達(dá)到最佳加工精度。此外，為了節(jié)約額外時(shí)間和便于對(duì)刀，在數(shù)控加工中應(yīng)當(dāng)盡可能多的使用機(jī)夾刀和機(jī)夾刀片，在刀片的選擇上應(yīng)當(dāng)以硬質(zhì)合金刀片為主。當(dāng)前，機(jī)械數(shù)控加工作業(yè)種類多樣，這就要求需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行刀具的優(yōu)化使用。

2 鉆削原理與刀具使用特征

2.1 鉆削原理

在具體的鉆削過程中，刀具常處于機(jī)械數(shù)控加工狀態(tài)，刀具的旋轉(zhuǎn)速度較高，使其在工作過程中會(huì)對(duì)材料表面形成一定的壓力，使得材料的切削面處出現(xiàn)分離段落?；诖?，在機(jī)械數(shù)控進(jìn)行零件加工時(shí)，刀具的強(qiáng)度要比材料的強(qiáng)度高，這樣才能使得鉆削工作得以順利進(jìn)行。要保證鉆削加工效果主要是壓力不斷的增加與作用點(diǎn)不斷減小，這是因?yàn)樵谶M(jìn)行加工時(shí)，材料與刀具要進(jìn)行緊密的結(jié)合，使兩者之間存在較大的摩擦力，在工作過程中材料溫度會(huì)隨之不斷的增加，使設(shè)備安全性不能得以保證，導(dǎo)致無法控制對(duì)材料的加工。因此，在鉆削加工過程中，不同的材料會(huì)運(yùn)用不同的控制方法進(jìn)行加工。除此之外，相關(guān)的工作人員還要對(duì)其他可能影響材料加工的因素進(jìn)行排查，使加工環(huán)境得以保證，材料加工能夠順利進(jìn)行。

2.2 刀具使用特征

在機(jī)械數(shù)控機(jī)床加工過程中所使用的刀具與普通機(jī)床使用的鉆削刀具有很大的不同。對(duì)于機(jī)械數(shù)控機(jī)床加工過程中所需要的刀具其不僅剛性好，而且具有良好的互換性。在粗加工過程中，刀具的剛性特征使其具有較高的精度與較強(qiáng)的抗震性。不僅如此，其還能防止加工過程中出現(xiàn)熱變形。良好的互換性也能保證在加工過程中快速完成刀具的更換，以保障加工效率。除此之外，機(jī)械數(shù)控機(jī)床加工過程中所使用的刀具一般壽命較長，其在加工過程中性能可靠并具有較高的穩(wěn)定性，在加工過程中對(duì)刀具進(jìn)行尺寸調(diào)整具有較高的便利性，換刀時(shí)間較短。其在斷屑與卷屑方面具有較高的可靠性，在加工過程中更加方便與快捷。

3 機(jī)械數(shù)控加工中刀具的具體使用原則

在機(jī)械數(shù)控加工中，要掌握刀具的具體使用原則，兼顧刀具的剛性、互換性和系列化。由于刀具在機(jī)械數(shù)控加工中承擔(dān)著對(duì)零件塑形的關(guān)鍵作用，刀具在機(jī)床的高轉(zhuǎn)速下需承受切削過程帶來的巨大壓力，因而會(huì)出現(xiàn)彈性變化，若刀具材料不能承受工作帶來的壓力，就會(huì)導(dǎo)致外層脫落[4]。這就是刀具在工作中磨損的原因。因此，需要掌握好不同刀具的特性，選擇合理的刀具，以提升加工效率，降低固定資產(chǎn)和流動(dòng)資產(chǎn)投入，取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 刀具的剛性原則

在機(jī)械數(shù)控加工過程中，刀具剛性和工作強(qiáng)度不符時(shí)，會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)，導(dǎo)致加工零件的不合格率上升，這個(gè)過程也會(huì)加速對(duì)刀具的磨損，降低刀具甚至是數(shù)控機(jī)床的使用壽命。因而，在具體的加工環(huán)節(jié)中，要合理選擇刀具，使刀具在達(dá)到加工條件及剛性要求要求的同時(shí)，使用較短的刀柄更佳。

3.2 刀具的互換性原則

在實(shí)際加工過程中，很難使用一種刀具完成全部加工，技術(shù)人員要經(jīng)常根據(jù)情況切換刀具。這也是需要注意刀具的互換性的關(guān)鍵，要選擇互換速度較快并且精準(zhǔn)換刀效率高的刀具，使刀具能通過簡(jiǎn)單操作精確安裝到機(jī)械數(shù)控機(jī)床。

3.3 刀具的系列化原則

對(duì)刀具進(jìn)行系列化管理能提升機(jī)械數(shù)控機(jī)床的加工效率[5]。在對(duì)加工零件進(jìn)行刀具切削的過程中，依賴的是數(shù)控機(jī)床的高轉(zhuǎn)速和智能自動(dòng)化，選擇合適的刀具能夠使機(jī)床工作狀態(tài)保持穩(wěn)定。因而，在系列化管理刀具的過程中要保證刀具序列和加工工序的匹配性，使系列化管理手段能切實(shí)提升加工效率，要求刀具系列化編程人員對(duì)刀柄的性能數(shù)據(jù)牢記于心。

4 機(jī)械數(shù)控加工刀具使用優(yōu)化策略

4.1 合理更換刀具

雖然機(jī)械數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度在近年來越來越高，但是不能忽視產(chǎn)業(yè)技術(shù)人員的作用，在實(shí)際加工中，一旦刀具使用時(shí)間過長，一定會(huì)產(chǎn)生磨損。管理人員和技術(shù)人員要了解不同種類刀具的合理工作壽命，定期對(duì)正在使用的刀具進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)磨損較為嚴(yán)重的刀具要及時(shí)更換和修理，謹(jǐn)防刀具在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)生斷裂，避免產(chǎn)生更為嚴(yán)重的后果。

4.2 加強(qiáng)對(duì)刀具的保養(yǎng)

刀具雖然是機(jī)械數(shù)控機(jī)床中的常見消耗品，但通過科學(xué)的保養(yǎng)能延長其使用壽命[6]。刀具的保養(yǎng)要點(diǎn)是維護(hù)好其刀刃的工作性能，這樣才能保證機(jī)械數(shù)控機(jī)床的持續(xù)工作。也就是說，技術(shù)人員要在日常保證刀刃的光滑完整，杜絕破損情況發(fā)生。一旦刀刃在破損的情況下進(jìn)入工作狀態(tài)，那么在鉆、削等作業(yè)中一定不能保持平衡，引發(fā)加工零件精度誤差，發(fā)生偏位和釘頭等情況，嚴(yán)重情況下會(huì)出現(xiàn)刀具斷裂。

4.3 動(dòng)態(tài)調(diào)整刀具參數(shù)

刀具在長時(shí)間工作后就會(huì)出現(xiàn)不同程度的磨損，進(jìn)而影響機(jī)械數(shù)控機(jī)床的工作性能。本著節(jié)約生產(chǎn)投入的原則，企業(yè)往往不會(huì)在刀具出現(xiàn)輕微磨損后就及時(shí)更換，只要能夠保持精度，就可以繼續(xù)使用。在對(duì)舊刀具進(jìn)行使用的過程中，技術(shù)人員要加強(qiáng)對(duì)刀具的檢查，根據(jù)刀具的工作情況動(dòng)態(tài)調(diào)整刀具參數(shù)，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 優(yōu)化返修管控

在刀具維修的過程中大多需要進(jìn)行研磨，使刀具性能恢復(fù)，進(jìn)而降低舊刀具長期使用造成的產(chǎn)品精度下降和生產(chǎn)效率不佳等情況的出現(xiàn)。但是在刀具返修研磨的過程中，要進(jìn)一步優(yōu)化返修管控工作，根據(jù)刀具的實(shí)際狀況控制研磨次數(shù)和返修次數(shù)。同時(shí)，在返修的過程中，要派專人監(jiān)督，保證修理水平，確保刀具返修后質(zhì)量達(dá)到技術(shù)要求。同時(shí)，在日常工作中要注意正確使用刀具，防止由于不恰當(dāng)操作導(dǎo)致的額外磨損。

4.5 選擇合理的刀具

在實(shí)際操作中，不同的加工環(huán)境要選擇不同材料的刀具才能提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。首先，硬質(zhì)合金材料的刀具在應(yīng)用上是最為廣泛的，其具有剛性高、不易磨損的優(yōu)點(diǎn)，因而在大多數(shù)生產(chǎn)過程中，可以選擇硬質(zhì)合金材料的刀具，減少刀具加工過程的損耗。針對(duì)一些不常見的形狀各異的加工零件，可以選擇高速鋼材料的刀具，保證其鑲嵌性能。針對(duì)一些容易變形或形狀復(fù)雜的加工零件，在低轉(zhuǎn)速下可以選擇合金鋼材料制作的刀具。此外，對(duì)刀具進(jìn)行涂層能顯著提升其耐磨性，可轉(zhuǎn)位刀具的應(yīng)用也能降低磨損，這些情況都需要在工作中加強(qiáng)注意。

5 合理使用刀具的技術(shù)控制分析

5.1 檢驗(yàn)刀面光滑情況

刀具不僅要合理使用，更要在用完之后做好保養(yǎng)，對(duì)刀具表面的光滑程度作出檢驗(yàn)。其表面光滑程度會(huì)隨之下降，如果繼續(xù)對(duì)刀具進(jìn)行使用，就會(huì)使生產(chǎn)質(zhì)量下降。因此，在工作任務(wù)結(jié)束之后，一定要對(duì)刀具的光滑程度進(jìn)行檢測(cè)，并為此制定詳細(xì)的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。在具體的操作過程中，相關(guān)人員要對(duì)刀具的檢驗(yàn)結(jié)果和刀具額定數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，使刀具表面保持良好光滑程度。除此之外，還要對(duì)刀具中存在的雜質(zhì)、裂痕等進(jìn)行檢驗(yàn)，保證生產(chǎn)過程能順利進(jìn)行，保證生產(chǎn)質(zhì)量。

5.2 觀察刀具鋒利度

要保證數(shù)控機(jī)床的加工效果，就要保證數(shù)控機(jī)床加工過程中刀具的鋒利度。因此，在生產(chǎn)過程中，相關(guān)人員需要不斷對(duì)刀具的鋒利度進(jìn)行定期的檢查。例如，專業(yè)技術(shù)人員可以利用放大鏡對(duì)刀具鋒利度進(jìn)行觀察，保證機(jī)械加工過程中刀具的鋒利成度。在檢測(cè)的過程中，要根據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行具體的檢驗(yàn)，對(duì)刀刃缺陷和損毀程度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，防止在加工過程中刀刃鋒利度對(duì)產(chǎn)品造成影響。在使用刀具進(jìn)行機(jī)械加工過程中，如果刀具不夠鋒利，易導(dǎo)致鉆削出現(xiàn)偏差，使生產(chǎn)的產(chǎn)品不合格，更有可能會(huì)導(dǎo)致斷刀問題產(chǎn)生。

5.3 檢查參數(shù)調(diào)整情況

利用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工時(shí)，要對(duì)加工設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保證機(jī)械設(shè)備能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在具體的生產(chǎn)過程中，應(yīng)制定一定的生產(chǎn)任務(wù)，需要對(duì)刀具參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使機(jī)械設(shè)備滿足生產(chǎn)的實(shí)際需要，因此，需要對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。在參數(shù)的調(diào)整過程中，具體操作過程較為復(fù)雜，單純依靠人工力量無法保證調(diào)整精度，因此，企業(yè)可以利用信息技術(shù)對(duì)機(jī)床參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，保證機(jī)床參數(shù)精確度。在生產(chǎn)過程中，刀具經(jīng)過一定時(shí)間的使用，其參數(shù)會(huì)發(fā)生不同程度的改變，因此，需要技術(shù)人員通過相應(yīng)的方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，保證參數(shù)符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，不僅會(huì)提高生產(chǎn)效率，也會(huì)提升產(chǎn)品的質(zhì)量。

6 結(jié)語

作為機(jī)械數(shù)控機(jī)床的主要消耗品之一，刀具在工作的過程中會(huì)持續(xù)磨損，從而影響加工零件的精度和質(zhì)量。同時(shí)，刀具在分類上具有種類繁多的特點(diǎn)，針對(duì)不同的零件加工需要選擇合適的刀具，否則反而會(huì)降低生產(chǎn)效率，增加經(jīng)費(fèi)支出，甚至?xí)?dǎo)致斷刀等情況的發(fā)生。因此，需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行刀具使用優(yōu)化，提升生產(chǎn)效率。