基于工藝特性的數控刀具采購選用方法的分析與研究

蘇宏志

（陜西工業職業技術學院 數控工程學院，陜西 咸陽 712000）

0 引言

隨著數控刀具種類和形式的不斷增加，工具系統的廣泛使用，數控刀具采購和選用成為企業必須解決重要技術問題。目前數控刀具相關標準雖然對數控刀具的標準型號代碼進行的規定，但由于生產廠商較多，且采用的標準并不一致，各個生產廠商所生產的數控刀具型號代碼也存在一定的差異，這對數控刀具采購和選用造成極大局限性。為了提高企業數控加工時刀具選用和采購效率，本文提出了一種基于數控刀具工藝特征信息的數控刀具采購選用方法，為企業生產實踐中數控刀具采購選用提供一定的借鑒。

1 刀具工藝特征的分析

1.1 工藝特性

隨著數控加工在機械制造業種普遍使用，數控刀具種類和數量大量增加，數控車削刀具、數控銑削刀具、數控鉆削刀具、數控鏜削刀具，以及具有數控加工特色的多功能復合刀具，是目前各數控刀具生產廠商和企業刀具使用和管理部門進行分類和命名的主要方法。數控車削、數控銑削、數控鉆削、數控鏜削，以及具有數控加工特色的多功能加工這些不同的工藝特征決定著數控刀具所具備的不同名稱和工藝范圍。

1.2 工序特性

每把數控刀具的加工工藝特征又都具有典型工序特性。數控車削刀具加工工序特性包括： 外圓車削、內圓車削、切斷及切槽加工、螺紋車削等；數控銑削刀具加工工序特性包括： 平面銑削、輪廓銑削、仿形銑削、螺紋銑削等；數控鉆削刀具加工工序特性包括： 中心孔鉆削、普通鉆削、擴孔與锪孔鉆削、鉸削等；數控鏜削刀具加工工序特性包括： 精鏜加工和粗鏜加工等。這些典型的工序特性通常是實際生產中是劃分工序的主要依據，也是數控加工中刀具選用的基礎，即不同數控加工工序對應著不同的數控加工刀具。

1.3 工序加工方式特性

同一個工序特性的數控刀具在進行加工時又有著不同的加工方式，如數控外圓車削刀具，工序特性為外圓車削，但由于其形狀結構、幾何角度、切削參數的不同使其加工方式不同，所以這又可分為外圓縱向車削刀具、外圓端面車削刀具、外圓仿形車削刀具等。所以刀具的工序加工方式特性也是選擇數控刀具正確性與合理性的重要特征依據。經過分析和歸納，數控刀具典型的工序加工方式特性見表1 所示。

1.4 刀具的結構特征

數控刀具從結構上分析，主要包括切削部分和刀柄部分。切削部分主要指刀片或整體式刀具的刃磨部分；刀柄主要為刀具與機床的連接部分。由于數控加工工藝特性、工序特性以及加工方式特性的不同，各類數控刀具的形狀和結構不同，通常刀具切削部分與刀柄部分的連接形式是數控刀具最為明顯的結構特征，也是數控刀具選用考慮重要原因。數控刀具常見的結構形式主要有：機夾可轉位式、鑲嵌式、整體式、可調式、復合式等。

表1 刀具的加工方式特性

1.5 工件材料與刀具材料特征分析

工件材料受其所含合金元素、熱處理、硬度等因素的影響都有自己獨特性能，在ISO 標準中根據其獨有的特性工件材料被分為鋼、不銹鋼、鑄鐵、有色金屬、耐熱合金和淬硬鋼六大類，每一大類下由于熱處理方式和組成成分不同又有不同性能材料，如不銹鋼下有奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼等。同時工件這些性能也是數控刀具的材料、結構和切削參數選擇重要考慮內容之一。而現代數控加工常用的刀具材料主要有高速鋼、硬質合金、陶瓷、立方氮化硼和聚晶金剛石五大類別，不同材料刀具具有不同切削性能。因此，工件材料性能、刀具本身性能都是數控加工中刀具選擇要考慮因素之一。現代數控刀具制造中，在每一大類刀具材料中通過添加特殊成分或不同制造工藝，進一步形成切削性能更加良好刀具種類，如硬質合金刀具進一步分為非涂層硬質合金刀具、涂層硬質合金刀具、金屬陶瓷刀具等種類。

1.6 刀具形狀特性

刀具的直徑大小、角度大小、齒數的多少等形狀特性與被加工工件的形狀、材料以及機床功率狀態都有一定的關系。例如可轉位銑刀直徑的選用主要取決于設備的規格和工件的加工尺寸；選擇平面銑刀直徑時主要需考慮刀具所需功率應在機床功率范圍之內，也可將機床主軸直徑作為選取的依據。立銑刀、槽銑刀直徑的選擇主要應考慮工件加工尺寸的要求，并保證刀具所需功率在機床額定功率范圍以內。數控刀具在選用時，在確定工藝工序、加工方式、結構形式、材料后，根據工件、機床設備選擇合理齒數、切削角度、切削刃大小等刀具形狀參數是最為重要一點。

2 刀具選擇的內容

2.1 刀具選用的內容和步驟

數控刀具的選擇是切削加工的重要技術過程，它需要技術人員既要了解加工工藝知識，又要熟練掌握各種刀具產品知識和切削加工知識。在選擇刀具時從大的原則上要考慮選擇的刀具適用性、經濟性、通用性、穩定性和切削性能良好，而具體刀具選擇因數包括刀具與機床的連接和夾持形式、加工的材料類型和硬度、加工類型、工序類型、切削條件工件和表面粗糙度要求等各方面。在選擇刀具時關鍵內容和步驟如表2 所示。

2.2 刀具選擇關鍵點

（1）刀片形狀的確定是切削加工的重要選擇因數，常用的刀片形狀有三角形，正四邊形，菱形和圓形等。不同的刀片形狀具有不同的刀尖角和切削刃長度，其中，刀尖角對刀片的強度有相當大的影響，刀尖角越大則刀片的強度也越大；在仿形切削中車削輪廓和錐度時，刀尖角不應超過最大的內仿形角，在刀片側面和工件表面之間至少必須有2°間隙。同時應注意在選擇刀片形狀時，首先應根據加工的類型和工序類型確定刀具所需的主偏角。

表2 刀具選用的內容和步驟

（2）刀片型號的選擇包括刀片的類型，大小和厚度。選擇時需要考慮以下最大的切削深度、刀柄的主偏角、切削深度以及有效切削刃長度。由于刀尖角的不同，每種形狀的刀片所能提供的最大的有效切削刃長度也不一樣。當條件惡劣的工序，為了獲得較高的切削穩定性，應考慮使用厚刀片。

（3）刀片槽形的選擇應根據切削應用類型，所需加工的材料的種類等因數來確定。由于工件材料，刀具的幾何角度，切削用量等不同，將會形成不同形態的切屑。刀片槽形決定了切削力的大小，切屑的形狀，大小和流出方向，同一形狀的刀片不同的切削槽形切削時形成切屑的大小、形狀和流出方向不同。

（4）刀具供應商提供的涂層牌號包括PVD 涂層、CVD涂層以及復合涂層等。經過表面涂層的刀片可以提高表面硬度，耐磨性，耐高溫，和良好的表面潤滑性，抗粘結性。不同的牌號運用于不同的工件材料，切削加工類型和切削條件。因此在選擇刀片時，需要根據實際的加工情況并結合各種涂層的技術特性選取合適的涂層牌號。

圖1 刀具選擇的流程框圖

3 刀具選擇和采購的軟件系統

3.1 刀具選擇框圖

刀具的選擇和采購系統框圖如圖1 所示，以制造商提供的刀具特征信息建立刀具采購信息數據庫，并以刀具的工藝特性、工序特性、加工方式特性、結構特性、材料特性、尺寸特性以及切削參數為刀具選擇信息，結合刀具選用內容與步驟，在系統中確定選用具體刀具的名稱、型號以及對應制造商名稱，生成刀具采購信息單，完成刀具選用和采購信息生成。

3.2 刀具知識數據庫建立

系統將采用ACCESS2007 數據庫進行系統后臺制造商刀具數據庫設計與開發，采用Visual Basic 6.0 開發數控刀具選擇的前臺應用程序中并對創建的后臺系統數據庫進行訪問，實現系統設計的各功能，表3 為系統數據庫數據表明細。

表3 系統數據庫數據表明細

在整個系統中，沒有實際的刀具產生，只有刀具工藝特征信息傳遞，該信息主要來源于制造商提供的刀具特征信息。創建制造商刀具特征信息數據庫是系統實現刀具合理選擇、正確使用和及時采購的重要基礎信息，制造商刀具特征信息數據庫主要包括刀具的銷售代碼、工藝特性、工序特性、加工方式特性、結構特性、材料特性以及切削參數、形狀尺寸、加工要求等。刀具特征信息主要來源于刀具制造商刀具手冊，由于數控新刀具發展較快，所以制造商刀具信息需要及時更新或補充，以滿足系統刀具信息的完整性和準確性要求。

4 結論

為了提高數控加工刀具選用和采購的效率，避免加工中刀具選用和采購的盲目性，本文以數控刀具的工藝特性為基礎，研究了數控刀具選用時應考慮的內容和步驟，以及數控刀具選用和采購系統和數據庫開發，為企業數控加工中刀具的選用和采購提供一定的借鑒。

[1] 宋玉貴，黃小霞，蘇煒.面向工藝設計的數控刀具管理控件開發[J].計算機工程與設計，2006，3.

[2] 袁美霞，劉讓賢，陸遠，等.基于工藝特征的刀具管理系統技術研究[J].機械設計與制造，2007，1.

[3] 王敏銳.面向DNC 的刀具管理系統技術研究[D].大連理工大學，2003.

[4] 張翠軒，楊慶東.基于數據庫的刀具管理系統的設計與實現[J].電子機械工程，2005，2.

[5] 倪大進.刀具管理及其庫存理論研究[D].江蘇南京：東南大學，2006.

[6] 張植民.Visual Basic 數據庫系統設計與開發[M].北京：清華大學出版社，2003.

[7] 鞠時光.對象關系型數據庫管理系統的開發技術[M].北京：科學出版社，2001.