數控刀具智能技術在機械加工中的應用研究

王宇雷

（鐵門關職業技術學院，新疆 鐵門關 841007）

在機械加工中，技術人員應對加工零部件進行全面分析，在明確加工工件的幾何形狀的基礎上，選擇具有針對性的加工工藝。同時，技術人員應模擬數控加工圖形，實現對機械加工過程的優化與控制，提高機械加工效率與質量。本文基于數控刀具智能技術流程分析，建立Johnson-Cook本構模型，對數控刀具銑削進行仿真分析，并對切削型數控刀具技術應用展開深度分析，以期為提升機械加工實效提供參考和借鑒。

1 數控刀具智能技術流程

數控刀具智能技術的應用流程：加工圖樣—加工方案—刀具選擇、安裝與試切；編制、校驗程序—參數設定—試運行—零部件加工與驗收。為有效提升機械加工實效，需要技術人員對數控刀具的架構進行完善和優化設計，以提高智能技術系統的操作性能。在此過程中，技術人員應注意的是，數控刀具智能技術在機械加工中的應用會受到硬件條件因素影響，所以在具體機械加工過程中，應科學、合理設置數控刀具操作流程與機械加工操作系統，確保數控刀具智能技術在機械加工中發揮最佳效用。

2 數控刀具材料本構模型建立

在建立數控刀具材料本構模型前，應根據具體加工內容，選擇適宜的數控刀具。不同的刀具直徑、加工方式對機械加工時間、質量產生不同影響。以平面—銑削范圍（長寬）mm的加工方式為例，不同刀具直徑對工件加工時間的影響如表1所示。

表1 刀具直徑對工件加工的影響

在機械加工過程中，技術人員應以提升機械加工實效為目標，科學合理選擇和應用機床刀具。針對小批量生產加工的工件，可以通過降低數控刀具機械待機時間，增加工件加工時間，達到提升機械性能的目標。為綜合分析刀具直徑、刀具材料等因素，科學選擇數控刀具，應用有限元仿真軟件，結合熱力耦合原理，對數控刀具的切削力、切削熱等進行智能化分析。一方面，在智能化分析過程中實現重畫，提高數控刀具系統的應用效果；另一方面，獲取精準仿真數據，提高數控刀具在機械加工中應用的精準性與科學性。數控刀具智能數據運算分析流程：建立幾何模型—選擇刀具材料—設定工件切削參數—選擇工件材料—華愛芬網格—數控刀具智能數據運算結果—結果輸出。

數據運算結果輸出后，技術人員應選取相應設計參數，借助刀具模擬軟件建立幾何模型，并應用三維軟件，構建工件的模擬幾何模型，再通過軟件轉換，獲得STL格式的文件，使模型在有限元仿真軟件Deform-3D中展示出來。完成模型展示后，技術人員應對其進行網格劃分。在此過程中，技術人員應根據實際機械加工需求，選擇應用相對網格劃分方式或絕對網格劃分方式。相對網格劃分方式是根據軟件系統中的相應參數，設置相對應的網格，且網格數據、參數、數量等需要用戶指定。在實際網格劃分中，網格尺寸會受到工件的形變影響而發生變化，但網格數量固定不變，這需要技術人員結合實際加工情況，對相關數據進行動態管理和設置，確保加工合理性、精準性。

絕對網格劃分方式是數控刀具智能系統根據加工工件的形狀自動生成網格數據、參數與數量等，網格尺寸根據工件外形特征的最小尺寸進行設置，且尺寸固定不變。但此方式下，網格數量會根據工件的形狀變化而變化，當工件形狀的復雜程度較高時，網格數量越多，有利于提高模擬的精準性。因此，本研究采用絕對網格劃分方式，對工件進行網格劃分。

在刀具切削過程中，工件變形問題的本構方程建立復雜，難以在有限元仿真中有效應用。因此，本研究應用Johnson-Cook本構方程進行研究分析，公式表示為：

3 數控刀具銑削仿真分析

數控刀具銑削過程中，刀具與工件表面摩擦會產生摩擦熱，為有效反映工件切削溫度、切削力，本次仿真分析選擇刀具與工件表面的摩擦系數進行近似反映，得出仿真數據如表2所示。

表2 仿真數據

結合上述分析與表2數據，在相同切削參數下，刀具表面的粗糙程度越低，切削溫度越低。由于切削力受到摩擦系數、工件溫度及刀具溫度的影響，為縮小仿真與實際加工的差距，提高仿真的精準性，需要技術人員在實際機械加工中，綜合運用潤滑油等方式，有效控制切削力，避免其變化過大，影響工件加工質量。

4 切削型數控刀具技術應用分析

具體實踐中，切削型數控機械加工的應用頻率較高，為有效提升切削型數控加工效率與質量，需要技術人員根據實際加工需求，科學應用數控刀具智能系統。例如，小型產品加工過程中，技術人員應通過調整工件切削時間，控制數控機械待機時間，以提高機械加工效率。結合上述分析可知，刀具直徑、刀具材料是影響機械加工效率與質量的重要內容，為保證機械加工效率與質量，技術人員應根據實際加工需求和智能化系統數據分析結果，合理選擇應用數控刀具。

在數控刀具智能系統應用過程中，技術人員應合理設置背吃刀量等參數。

背吃刀量公式表示為：

需要注意的是，在具體切削加工中，背吃刀量參數的選擇應保證工件表面粗糙程度為Ra0.8μm-3.2μm。

綜合公式（2）、（3）、（4）分析可知，進給量、切削速度等參數也是影響數控刀具切削加工效率與質量的重要因素，通過提高進給量、切削速度，可以提升數控刀具切削效率。

為進一步提升機械加工效率與質量，需要技術人員立足數控刀具切削加工的智能化、自動化特點分析，通過系統優化和完善，提高數控刀具智能化、自動化水平，為實際機械加工提供更精準的數據信息。

5 結語

數控刀具智能技術的應用有利于提高機械加工的精準性，為提高機械加工質量、驅動機械制造業可持續發展提供技術動力。本文以實際應用為視角，建立數控刀具材料本構模型，對數控刀具銑削進行仿真分析，并對切削型數控刀具技術應用進行分析，總結出：在相同切削參數下，數控刀具表面的粗糙程度越低，切削溫度越低；在數控刀具智能技術應用過程中，技術人員應合理設置各項仿真參數，在保證仿真分析及智能技術應用精準性的基礎上，發揮數控刀具智能技術的最大效用。但綜合而言，本次研究未從社會效益和經濟效益視角探討數控刀具智能技術的應用實效，需要在后續研究中進行深度分析。