試論高效切削刀具在數控加工中的應用問題

蘇永華

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

【關鍵詞】高效切削刀具? 數控加工? 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展與進步，機械加工在不斷引進先進設備與技術中得到了快速發展，尤其是在數控加工中高速切削刀具所發揮出的優勢應用效果，使其得到了廣泛而普遍的應用。但在加工過程中也遇到諸多問題，對此必須引起高度重視，并加以優化和改進，以提升數控加工的生產效率與加工精度。筆者在此就高效切削刀具在數控加工中的應用進行分析，希望能提供有益的參考。

一、高效切削刀具在數控加工中的重要性

目前，我國不斷引進先進設備與加工技術。數控機床無論是在提升生產品種與批量的生產適應能力方面，還是在促進其生產效率與加工精度上，都體現出越來越優越的特征。在我國的機械加工與制造業中，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，既未能使生產成本得到有效控制與降低，又難以滿足當前我國重大生產裝備的國際化發展要求。一般的數控機床的主軸轉速高于普通機床的 1 至 2 倍，特殊用途的數控機床，轉速高達每分鐘數萬轉，這對切削刀具質量和性能要求很高。我們知道，在數控加工中，高效切削刀具是核心工具，需要具備高性能。近幾年來，我國在國產高效切削刀具的研制與開發一直在持續進行，不僅在刀具材料、結構與性能的一體化協同技術上有所突破，而且在復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，也得到了創新發展。在數據模塊化的應用下，比如金剛石涂層刀具的研制開發為我國的首架 C919 客機的順利下線提供了可靠技術保障，并已批量應用于航天產品研制中，在有效替代進口刀具的同時，為重大裝備研制技術安全提供了保障。另外，在生產中，我們要考慮成本問題，不同的轉速與刀具配合，所產生的成本是不同，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用所產生的成本示意圖。

二、高效切削刀具材料及其應用優勢

首先，超硬材料。金剛石是被廣泛應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，還未在自然界中發現，而更多超硬材料尚處于研制開發中。數控切削刀具在表面改性涂層材料的應用下，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、釩等合金元素而構成的一種高合金鋼，它不僅具有較為綜合的應用性能，而且具有當下最強的使用韌性與強度。在不斷優化與改進熱壓工藝的基礎上，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展形勢來看，不僅要求機床的運轉越來越快，而且要求高精度與高效度。這就要求數控加工無論在技術上，還是在工程材料方面都要創新發展與進步。伴隨著我國科學技術的不斷快速發展，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用。有了這合適的刀具后，在機械生產中，還要會合理選用刀具，否則再好的刀具也無法體現它的作用。例如，材料是硬質合金的刀具，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、高效切削刀具在數控加工中應用需要注意的問題

（一）切屑的形成

高速切削刀在實際應用當中，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的工件造成破壞，從而會對全過程的生產產生影響，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，而且還會使機床產生很大的震動。

（二）刀具的磨損

高速切削刀具結構有刀片，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，刀具會有熱量產生，使刀具的溫度升高，造成刀具的性能發生不同程度的改變，使刀具產生磨損。在數控加工中，刀具磨損會直接影響所加工產品的質量，因此需要在實際操作中根據相關參數來進行操作，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

高速切削刀具在數控加工中的具體應用，必須要思考其可靠性。需要有關單位對切削的工藝進行不斷創新，盡量采用較先進的質量佳的刀具。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量與生產持續時間，可降低生產成本，增強企業的競爭力，節約資源，提高生產力。就具體的條件和定時間內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（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，高速的驅動器的加速度為 0.4 m/s2 到 l0 m/s2，轉速為 10000? r/min 到 50000? r/min。在加工中需要精準地把控好冷卻系統，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）確保數據模塊的合理性

在數控加工當中，高速切削刀具有其特有的優勢。其中刀架模塊組是由立軸式的轉塔和轉位式的刀架等刀架模塊組成，不同的刀架模塊，其性能、用途和結構都有所不同。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控機床的自動化水平和產品的使用期限。傳輸數控數據時，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，在數控加工中高效切削刀具不僅具有獨特的應用優勢，而且能在快速的切削技術轉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。在數控加工中，高效切削刀具發揮了重要作用。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效率與生產質量的提升，因此在生產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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