數控加工過程中刀具的合理使用控制與研究

馬玉良

摘? ?要：刀具作為數控加工生產運行的基礎部件，影響著產品的質量安全。本文在了解當前數控加工行業發展情況的基礎上，明確了新時代發展對數控加工提出的要求，結合近年來刀具應用特點與鉆削原理，分析如何在數控加工過程中做好刀具的合理使用控制工作，并提出有效的管理對策，以此在提升數控加工效率的同時，加快數控加工行業發展步伐。

關鍵詞：數控加工? 刀具? 參數? 鉆孔

中圖分類號：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）12（a）-0089-02

與普通機床加工方式相比，數控加工中刀具的使用要求更加精密，也要求更高，需要編程人員在科學選擇刀具的同時，合理應用和控制，這樣才能保障產品生產質量。雖然在數控機床技術持續發展中，針對刀具提出的探索研究課題非常多，也取得了優異成績，但本文主要從鉆削原理入手，分析如何在保障產品質量安全的條件下，對數控加工過程中刀具的合理使用控制進行研究，為數控加工生產工作提供依據。

1? 數控加工選擇刀具

1.1 數控加工刀具的特點

由于刀具切削過程中會受摩擦、高壓、高溫及沖擊等作用的影響，所以應用刀具的材料會影響數控加工成本、刀具壽命及加工效率等內容。這就要求刀具具備以下特點：其一，硬度和耐磨性;其二，強度和韌性;其三，耐熱性;其四，工藝性能和經濟性。以硬質合金刀具為例，由于其具備硬度高、耐磨及韌性強等優勢，在500℃的條件下依舊可以保持各種性質穩定，在零上1000℃中也具備極高的硬度，所以在數控加工行業得到了廣泛利用。如常見的車刀、銑刀等，它們都可以用來切削有色金屬、塑料及石墨、石材等內容。如圖1所示，其為X-5070End Mill（超硬合金銑刀），可以用來加工硬度超過HRC70的難加工材料。

1.2 選擇數控加工刀具的要求

由于數控機床與普通機床的加工方式不一致，所以在選擇刀具時也要提出全新方法。

首先，要保障刀具尺寸與被加工工件的表面尺寸相適宜，選擇合適尺寸的加工刀具;其次，選擇性價比高的刀具。在實施自由曲面加工工作的過程中，因球頭刀具的端部切削速度是0，所以要想提升實際工作的精確度，通常引用頂端密距作為切削行距，而平頭刀具要應用在表層加工工作中。同時，由于刀具耐用性與刀具價格也有直接關系，所以在選擇質量好的刀具時，還要考慮成本支出，不然無法達到控制加工成本的工作目標;其三，嚴格遵守操作規定。在數控加工過程中，要將各種刀具正確安裝在刀庫上，并嚴格按照規定程序隨時選擇刀具和按刀動作;其四，技術革新，提高生產效率。在數控機床加工過程中，由于大部分刀具的測量、替換及刃磨等工作都是由人工操作的，所以在新時代背景下要合理借鑒現代化技術理念，并嚴格按照規定工作要求進行技術革新，以此在減少工作壓力的同時，提高生產效率。

2? 掌握切削原理，保證刀具合理使用

以PCB專用焊接類硬質合金材料的鉆頭為例，在選擇刀具后必須要保障其可以在一定鉆速和進給條件下有序運行，此時切削刃/面會擠壓生產材料，致使材料產生彈形變形，并出現大量變形量，隨之彈性變形轉變為塑性變形，在塑性變形達到一定范圍且高于材料屈服強度的情況下，將會讓切削或擠壓區域從基材脫落，最終形成鉆屑。在這一過程中，鉆屑會受切削熱量的影響，而切削熱量又會受所選刀具類型所限制[1]。

在數控銑削加工中，其具有以下特點：其一，靈活且通用;其二，生產效率高;其三，能加工復雜形狀工件;其四，可以減輕勞動強度。對數控銑床而言，主軸轉速通常會達到普通銑床主軸速度的一到兩倍，高速銑削可以達到十倍以上，因此在選擇銑刀時，必須要滿足高速、高效及自動化等要求，具體包含：其一，刀具擁有極高的可靠性與壽命;其二，刀具可以有效短屑或卷屑，以此有效清除切屑;其三，具備良好的互換性，可以快速換刀或自動換刀;其四，具備短的切削刃、大的刀尖角及切削角等。

所以需要注意的是，加工不同材料所需刀具也有區別，尤其是在處理厚銅板、陶瓷等材料時，需要更加注重磨損問題，并提出更加健全的刀具管理對策，只有這樣才能更好保障生產產品質量安全，并提高常規刀具應用壽命。

3? 數控加工過程中刀具的合理使用控制分析

3.1 檢測刀具表層的光滑度

在管控刀具使用過程時，要在生產間隙檢驗刀具表層的光滑度，若是發現刀具磨損較為嚴重，必須要提出正確的處理對策，不然很容易影響后續生產加工任務的質量。這項工作具有一個明確的質量標準，工作經驗豐富的檢驗人員要對比分析檢驗獲取數據與質量標準，研究更加完善的影響因素，并提出有效的處理措施，這樣不僅能提升數控加工工作質量安全，而且可以達到預期要求的控制檢驗結果。由于部分加工材料的產熱很難揮發，所以若繼續引用存在磨損的刀具極容易持續增加熱量，面對這一現象，可以通過定期檢查有效預防常見的刀具問題。一方面，要觀察刀具表層是否存在問題，若出現問題較為復雜，可以從多角度入手進行協調檢測;另一方面，要檢測刀具強度，判斷其是否與理想狀態相符。在這一過程中，日常管理工作中的配合管理控制方法可以有效預防安全隱患的威脅。

3.2 檢查刀具的鋒利度

若數控機床應用刀具的鋒利度不符合預期標準，在生產工作中必然會降低材料切割水平。面對這一現象，工作人員要在正式施工前，引用放大鏡觀察刀具的鋒利度是否存在不均衡性。同時，還要對研磨后的刀具實施更深層次的鋒利度檢查，并根據現場工作需求進行操作，判斷刀刃位置是否存在缺陷，這樣不僅能減少生產加工中安全事故的發生，而且可以保障生產加工產品的質量安全。由于刀刃的鋒利度決定了最終產品質量安全，所以在選擇刀具的過程中，要保障硬度達到預期標準，這樣有助于后期生產加工根據技術性方法處理潛藏問題。通過引用研磨的方式科學調節刀具的鋒利度，有助于提升實踐生產水平，并保障加工過程中的質量平穩性[2]。需要注意的是，刀具鋒利度檢查工作是一項定期任務，需要工作人員在發現潛藏隱患的基礎上，及時處理和維護，決不能任由其發展。

通過實驗探究發現，若所選切削參數不科學，加工刀具很有可能產生崩刃、裂紋等現象。在切削負荷過高的情況下，刀具切削刃會受極高的切削力所沖擊，表層會出現裂紋，并存在持續拓展的可能性。當裂紋擴展到一定區域之后，表層就會出現大面積脫落，最終造成崩刃，此時數控加工所選刀具就失去了效果。以硬質合金銑刀為例，由于在工作中的強度高，脆性大，且組織不均衡，所以若在加工中沒有選擇適宜的切削厚度，很容易在增加沖擊載荷的同時，提高拉應力區與拉應力值。尤其是在沖擊應力高于材料強度承受范圍的情況下，就會產生刀具崩刃，相應的刀具表層也會大面積脫落，最終形成貝殼狀。同時，脫落之后的刀具表層參差不齊，如圖2所示就是放大7000倍顯微鏡下刀具崩刃的圖片。出現這一現象的原因在于，脆性材料的塑性變形不大，在選擇不符合標準的切削參數后，會出現過高的載荷，并形成超過彈性承受極限的應力。所以在數控加工中，刀具會在切出被加工工件后釋放熱應力，而隨著加工工作的持續運行將會產生熱應力疲勞，此時不管是接觸疲勞還是熱應力疲勞，都將增加刀具表面裂紋的概率。

3.3 保障參數調節的科學性

在數控機床加工過程中檢驗具體參數，若是發現與規定數值不符的情況下，可以通過科學調節達到預期要求。隨著生產任務的優化，刀具參數也會隨之革新，此時做好刀具參數調節工作可以滿足實踐工作需求，并保障產品生產加工的質量安全。由于參數調節工作大都是由人工方法落實的，在實踐操作中很難明確，所以在新時代背景下，行業可以引用自動化控制系統進行工作，這樣不僅能緩解員工壓力，而且可以提升調節水平和工作效率。如果刀具的參數在應用段時間后出現偏差，工作人員可以根據配合技術性方法進行管控，以此保障具體參數處于安全引用范圍之內。

3.4 檢查鉆孔管理系統

這項工作是指檢驗鉆孔及刀具的管理系統是否具備健全性，若是發現潛藏問題，要進行科學調節，這樣不僅能保障實踐數控加工工作有序落實，而且可以全面推廣預先提出的管理計劃。從技術角度分析有關問題的解決對策，有助于保障產品生產加工的安全質量。通常情況下，在檢查管理系統時可以引用試驗應用法進行操作，研究系統在運行期間是否有不科學的地方，并根據實踐情況進行具體問題具體分析，這樣有助于在減少安全隱患的同時，通過彼此配合更好落實管理系統的工作[3]。

4? 結語

綜上所述，不管是提升效率還是減少成本一直都是數控加工關注的焦點。通過全面了解數控加工步驟，明確刀具的目的與應用過程，可以為數控加工過程中刀具的合理使用控制提供有效依據。因此，行業企業要在了解自身發展趨勢的基礎上，根據現場工作條件，提出完善的管理系統，并且可以根據不同材料合理選擇應用刀具，這樣不僅能減少成本支出，而且可以提高實踐工作效率。

參考文獻

[1] 李炳寧，邢榮霞.機械數控加工過程刀具高效使用優化探討[J].內燃機與配件，2018（13）：88-89.

[2] 趙嬌燕，程望斌，萬力，等.數控加工刀具的速度優化控制[J].湖南理工學院學報：自然科學版，2017，30（1）：44-51.

[3] 鄭紅.論數控刀具對數控加工工藝的影響[J].內燃機與配件，2017（3）：62-64.