機(jī)械數(shù)控加工過程中刀具的合理使用與控制策略探討

羅金鳳

柳州福臻汽車沖壓件有限公司，中國·廣西 柳州 545000

當(dāng)下，隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，人們的制造水平不斷上漲。在此條件下，成本低、效率高的生產(chǎn)工藝成為人們新的追求方向。人們希望在各行各業(yè)中深入探究先進(jìn)工藝，進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)有生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，進(jìn)而提升經(jīng)濟(jì)效益。而在多數(shù)制造業(yè)企業(yè)中，機(jī)械數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)成為必備技術(shù)之一。機(jī)械數(shù)控加工技術(shù)中，刀具十分重要，會(huì)對生產(chǎn)加工造成直接影響。

機(jī)械數(shù)控加工；刀具；合理使用；控制策略

1 引言

為了保證機(jī)械數(shù)控加工技術(shù)能夠發(fā)揮自身作用，論文對機(jī)械數(shù)控加工過程中刀具的使用進(jìn)行了深入探究。首先以PCB 焊接類硬質(zhì)合金材料鉆頭為例論述了鉆削原理，隨后分析了機(jī)械數(shù)控加工過程中刀具使用效率比的影響因素，最后探討了機(jī)械數(shù)控加工過程中刀具的合理使用與控制策略，以供參考。對比其他技術(shù)，機(jī)械數(shù)控加工技術(shù)在傳統(tǒng)制造業(yè)以及新興制造業(yè)中能夠最大程度上發(fā)揮自身優(yōu)勢，能夠生產(chǎn)加工出精準(zhǔn)度高的產(chǎn)品，同時(shí)在生產(chǎn)過程中還能維持高產(chǎn)量、高效率的特點(diǎn)，使中國當(dāng)前的制造業(yè)水平邁入新的臺(tái)階。因此，在中國制造業(yè)中機(jī)械數(shù)控加工技術(shù)具備較好的發(fā)展前景。為了切實(shí)發(fā)揮出機(jī)械數(shù)控加工技術(shù)的作用，提升機(jī)械數(shù)控加工技術(shù)的水準(zhǔn)，工作人員需要將刀具的使用作為優(yōu)化重點(diǎn)，重視刀具，定期對刀具展開維護(hù)和保養(yǎng)，保證刀具能夠滿足生產(chǎn)加工需求，才能保證機(jī)械數(shù)控加工技術(shù)發(fā)揮自身作用，進(jìn)一步提升機(jī)械數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量。

2 鉆削原理

以PCB 焊接類硬質(zhì)合金材料鉆頭為例。通常情況下，如果刀具長期保持在固定轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，切割面就會(huì)對材料產(chǎn)生壓力，導(dǎo)致材料在壓力的影響下出現(xiàn)彈性變形的情況。而彈性變形量會(huì)不斷累積，最終導(dǎo)致彈性變形逐漸向塑性變形演變。而在塑性變形累積量達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)超過材料自身具備的屈服強(qiáng)度，導(dǎo)致刀具對材料形成切割或者擠壓。該過程就是鉆削原理的基礎(chǔ)[1]。

在實(shí)際削鉆過程中，刀具自身的質(zhì)量會(huì)對切削產(chǎn)生的熱量造成直接影響，而熱量變化則會(huì)對材料的變形情況造成直接影響。通常情況下，刀具對材料擠壓時(shí)，材料會(huì)形成鉆屑，其中大量材料會(huì)與鉆頭進(jìn)行摩擦，比如玻璃纖維和銅箔等，在摩擦?xí)r會(huì)產(chǎn)生較大熱量。在此過程中，刀具和材料的接觸面積越大，則刀具切削越困難，受到的阻力越大，導(dǎo)致摩擦力逐漸加大，產(chǎn)生摩擦熱[2]。在實(shí)際鉆孔時(shí)，刀具工作時(shí)間越久，則孔數(shù)越多，對刀具造成的磨損越大。同時(shí)，磨損情況會(huì)隨著磨損的速度不斷提升，進(jìn)而增加切削熱，最終形成惡性循環(huán)，降低加工的精準(zhǔn)程度，影響后續(xù)工作。

UC 型鉆頭能夠有效降低刀具和加工孔壁之間的摩擦，并進(jìn)一步降低切削熱，打破惡性循環(huán)，提升加工精準(zhǔn)度。當(dāng)前，中國PCB 行業(yè)發(fā)展迅速，對加工孔壁的質(zhì)量要求越來越高，加工微小孔的概率也不斷增加。對比ST 型鉆頭，在機(jī)械數(shù)控加工領(lǐng)域中UC 型鉆頭的優(yōu)勢更加明顯。管理人員需要控制好UC 型鉆頭的長度，為后續(xù)管理工作提供方便。在使用UC 型鉆頭的過程中，UC 部分會(huì)隨著加工次數(shù)不斷上漲而縮短，加工人員一方面需要定期對UC 部分進(jìn)行研磨，另一方面也應(yīng)當(dāng)定期更換UC 部分，避免由于UC 部分縮短導(dǎo)致刀具在加工過程中受到材料不均勻性的影響出現(xiàn)阻力，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)械振動(dòng)情況出現(xiàn)[3]。如果無法保證鉆頭的長度，就可能會(huì)導(dǎo)致刀具出現(xiàn)鉆孔偏位問題或斷刀問題。因此加工人員應(yīng)當(dāng)在加工前提前做好預(yù)防措施，保證鉆頭的長度。

除此之外，加工人員還需要定期對刀具進(jìn)行研磨。在加工時(shí)刀具長期處于工作狀態(tài)，難免出現(xiàn)磨損。隨著時(shí)間累積，刀具磨損的情況越來越嚴(yán)重，可能會(huì)對孔壁造成嚴(yán)重影響。因此加工人員應(yīng)當(dāng)在次數(shù)范圍內(nèi)對刀具進(jìn)行研磨，徹底磨除磨損層，從而保證刀具的鋒利程度回歸原有狀態(tài)，滿足加工需求。

3 機(jī)械數(shù)控加工過程中刀具使用效率比的影響因素

3.1 刀具的剛性

在對產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)加工的過程中，刀具的剛性會(huì)對機(jī)械的使用壽命造成直接影響，并對機(jī)械的使用效率造成間接影響。如果刀具的剛性無法滿足產(chǎn)品加工的實(shí)際需求，就會(huì)導(dǎo)致在生產(chǎn)過程中，刀具長期處于高轉(zhuǎn)速的環(huán)境，并在切削工作以及其他工作中不斷產(chǎn)生振動(dòng)或摩擦，最終導(dǎo)致加工產(chǎn)品在加工環(huán)節(jié)存在誤差和變形，繼而對刀具的使用效率和使用壽命造成嚴(yán)重影響，并降低生產(chǎn)質(zhì)量。

3.2 刀具的適配性

在機(jī)械數(shù)控加工過程中，對不同工件進(jìn)行加工時(shí)，需要選擇與工件匹配的刀具。同時(shí)，在不同的加工公式中所用刀具也應(yīng)當(dāng)為不同的。因此，在實(shí)際數(shù)控生產(chǎn)過程中，刀具的適配性會(huì)由于產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品類型，加工工序等多種因素不同而發(fā)生變化，工作人員需要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，選擇合理可靠的刀具，并對刀具進(jìn)行有效管理和分類，才能發(fā)揮出刀具的作用。選擇刀具時(shí)，一方面需要根據(jù)當(dāng)前實(shí)際情況，選擇適配性較高的刀具，另一方面，為了進(jìn)一步優(yōu)化刀具的管理效率，需要盡可能減少刀具的類型，從而有效降低刀具的維護(hù)復(fù)雜性，降低工作時(shí)長，提升刀具的使用效率[4]。除此之外，選擇適配性較高的刀具，還能夠在發(fā)生問題時(shí)，臨時(shí)使用適配性刀具進(jìn)行加工，在不影響正常數(shù)控生產(chǎn)進(jìn)程的前提下。進(jìn)一步優(yōu)化刀具的使用效率。

3.3 刀具的標(biāo)準(zhǔn)化

當(dāng)前，多數(shù)數(shù)控加工產(chǎn)品已經(jīng)趨于成熟，使加工的自動(dòng)化程度大幅度提升。并且部分工件的生產(chǎn)已經(jīng)可以脫離人工作業(yè)，在機(jī)械作業(yè)的幫助下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。在此過程中，多數(shù)生產(chǎn)以自動(dòng)化車床為主，進(jìn)行生產(chǎn)線生產(chǎn)，保證在同一時(shí)間內(nèi)完成多工件，多程序加工，極大程度上提升加工效率。因此，在對刀具進(jìn)行控制時(shí)，需要嚴(yán)格控制好刀具的各種特性，保證當(dāng)油鋸?fù)耆袭?dāng)前自動(dòng)化車床生產(chǎn)的對應(yīng)參數(shù)，避免由于刀具不匹配，導(dǎo)致車窗與程序無法按照既定流程展開工作。同時(shí)，自動(dòng)化加工本身是在編程與計(jì)算機(jī)管理的幫助下實(shí)現(xiàn)的，因此刀具需要切實(shí)考慮標(biāo)準(zhǔn)化的因素以及使用壽命的因素，保證在高負(fù)荷工作環(huán)境中高效使用，切實(shí)發(fā)揮自身的價(jià)值和作用。

通常情況下，工作人員將刀具安裝在固定位置之后，難免出現(xiàn)忽視維護(hù)工作的問題，導(dǎo)致刀具的剛性存在不足之處，無法延長刀具的使用壽命。而在此情況下，生產(chǎn)線穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，就會(huì)出現(xiàn)次品率提升的情況，或者加工效率降低的情況。同時(shí)，刀具的使用壽命還無法滿足生產(chǎn)需求，進(jìn)而對生產(chǎn)加工造成嚴(yán)重影響。因此，工作人員需要根據(jù)當(dāng)前的生產(chǎn)環(huán)境以及機(jī)床的實(shí)際性能，合理選擇刀具，進(jìn)一步優(yōu)化刀具的使用效率，延長使用壽命，從而提升數(shù)控加工生產(chǎn)的質(zhì)量和效率，為企業(yè)帶來更多經(jīng)濟(jì)效益。

4 機(jī)械數(shù)控加工過程中刀具的合理使用與控制策略

4.1 檢驗(yàn)刀面光滑情況

工作人員需要在生產(chǎn)任務(wù)停止階段對刀具的光滑情況進(jìn)行檢驗(yàn)，查看刀具是否出現(xiàn)磨損以及磨損的實(shí)際情況。如果發(fā)現(xiàn)刀具磨損十分嚴(yán)重，此時(shí)刀面的光滑程度也會(huì)受到嚴(yán)重影響，如果在后續(xù)生產(chǎn)階段繼續(xù)使用該刀具，就可能會(huì)出現(xiàn)刀具使用壽命縮減生產(chǎn)質(zhì)量降低的情況。因此，檢驗(yàn)刀面光滑情況是必要工作。在檢驗(yàn)過程中，管理人員需要根據(jù)刀具的實(shí)際情況制訂出詳細(xì)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并在檢驗(yàn)后要求經(jīng)驗(yàn)豐富的工作人員將檢驗(yàn)結(jié)果與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相對比，最終得到刀具的表面是否光滑的結(jié)果。同時(shí)，在實(shí)際加工過程中，部分加工材料會(huì)產(chǎn)生較高熱量，如果無法將熱量及時(shí)散發(fā)，在高溫的環(huán)境下繼續(xù)使用刀具，則會(huì)對刀具造成嚴(yán)重影響。在此過程中，刀具受到的影響大小與刀具自身質(zhì)量具備直接關(guān)聯(lián)。因此，技術(shù)人員需要對性刀具進(jìn)行定期檢查，一方面檢查刀具的實(shí)際磨損情況，另一方面的檢查刀具是否存在雜質(zhì)、裂痕或缺損，并盡可能降低刀具的磨損情況，保證刀具發(fā)揮自身作用。

4.2 觀察刀具鋒利度

刀具的分類程度與數(shù)控機(jī)床的工作效率直白直接關(guān)聯(lián)，如果刀具自身鋒利度不足，就會(huì)導(dǎo)致材料鉆削效果受到嚴(yán)重影響。因此，在實(shí)際機(jī)械數(shù)控機(jī)床加工生產(chǎn)的過程中，工作人員還需要定期對刀具的鋒利程度進(jìn)行檢查。主要是專業(yè)技術(shù)人員利用放大鏡對刀具進(jìn)行觀察，保證在機(jī)械加工生產(chǎn)工作之前完成觀察。同時(shí)，工作人員對刀具進(jìn)行研磨之后，同樣需要展開檢查工作，重點(diǎn)關(guān)注刀刃是否存在缺陷與損壞，以及刀刃密度是否發(fā)生變化，避免在后續(xù)加工過程中，刀刃自身出現(xiàn)鋒利度不足的情況，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)缺陷，最終引發(fā)鉆削力無法平衡，出現(xiàn)偏位現(xiàn)象或釘頭現(xiàn)象。如果情況十分嚴(yán)重，甚至可能會(huì)導(dǎo)致刀具斷裂的情況發(fā)生，不僅延誤生產(chǎn)加工，還可能對工作人員的生命安全造成威脅[5]。

4.3 檢查參數(shù)調(diào)整情況

工作人員除了需要檢驗(yàn)刀面光滑情況以及刀具的鋒利度，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)對參數(shù)調(diào)整情況進(jìn)行檢查。主要是工作人員對機(jī)床的參數(shù)與機(jī)床額定值進(jìn)行檢驗(yàn)，保證參數(shù)與額定值相符。如果參數(shù)與額定值之間存在差距，則需要通過對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整的方式，保證符合生產(chǎn)需求，從而實(shí)現(xiàn)正常生產(chǎn)。而如果生產(chǎn)任務(wù)出現(xiàn)了更新情況，在工作人員需要根據(jù)變更的生產(chǎn)需求對現(xiàn)有刀具參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，滿足生產(chǎn)需求。同時(shí)，刀具在經(jīng)過使用后，也可能出現(xiàn)參數(shù)變化的情況，此時(shí)需要專業(yè)技術(shù)人員合理利用技術(shù)性方法，對刀具的參數(shù)進(jìn)行有效控制，保證刀具的參數(shù)能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而提升生產(chǎn)效率。在對刀具參數(shù)進(jìn)行調(diào)整之后，則可以繼續(xù)生產(chǎn)。在生產(chǎn)過程中，應(yīng)當(dāng)保持刀具參數(shù)的穩(wěn)定性，且長期處于理想狀態(tài)，從而有效減少刀具的磨損率，將磨損控制在理想范圍內(nèi)。

4.4 檢查管控體系完整性

管控體系同樣是機(jī)械數(shù)控加工過程中的必要內(nèi)容。為了保證能夠合理使用刀具，企業(yè)內(nèi)部在實(shí)際開展機(jī)械生產(chǎn)加工時(shí)，應(yīng)當(dāng)構(gòu)建出完整的監(jiān)管制度，對人員以及設(shè)備進(jìn)行有效管理。面對刀具時(shí)，同樣需要構(gòu)建出有效的監(jiān)管體系，對于刀具的使用進(jìn)行監(jiān)管。其中，管理人員需要針對鉆頭研磨以及鉆孔構(gòu)建出有效的管理體系，比如在研磨管控中，應(yīng)當(dāng)對研磨的次數(shù)進(jìn)行明文規(guī)定，保證研磨的合理性，并最大程度上降低返修的概率，避免出現(xiàn)成本浪費(fèi)的情況[6]。如果在研磨過程中出現(xiàn)返修的情況，則需要將上一次的研磨次數(shù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以供參考，保證下一次研磨能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。除此之外，管理人員進(jìn)行管控時(shí)，還應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化對出庫刀具復(fù)檢的重視，對刀具的實(shí)際質(zhì)量進(jìn)行查看，保證燈具能夠滿足質(zhì)量需求。如果出現(xiàn)刀具質(zhì)量不合格的情況，則需要二次加工，對刀具進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，確保刀具符合實(shí)際生產(chǎn)需求，切實(shí)發(fā)揮刀具的作用。

5 結(jié)語

在機(jī)械數(shù)控加工全過程中，每一個(gè)零部件都有自身的作用，并具備較高標(biāo)準(zhǔn)與要求。工作人員需要對機(jī)械數(shù)控機(jī)床進(jìn)行細(xì)致檢查，保證每個(gè)零部件發(fā)揮自身作用，才能充分發(fā)揮出機(jī)械數(shù)控加工技術(shù)的作用。其中，刀具是機(jī)械數(shù)控機(jī)床的重要部分，能夠在生產(chǎn)加工過程中承擔(dān)加工任務(wù)。因此，為了保障機(jī)械數(shù)控加工全過程有序推進(jìn)，工作人員應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)對刀具進(jìn)行管理，在日常生產(chǎn)加工過程中對刀具進(jìn)行檢修和維護(hù)，通過檢驗(yàn)刀面光滑情況、觀察刀具鋒利度、檢查參數(shù)調(diào)整情況、檢查管控體系完整性四方面對刀具進(jìn)行有效控制，發(fā)揮刀具的價(jià)值，切實(shí)滿足生產(chǎn)加工需求，才能有效提升機(jī)械數(shù)控加工的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，進(jìn)而提升經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)制造業(yè)發(fā)展。