機械數控加工過程刀具使用優化策略的研究

譚 波

（四川化工職業技術學院，瀘州 646300）

機械數控加工的效果與刀具的使用密切相關。結合機械數控加工的要求和刀具的基本特性，合理使用刀具資源能提高機械數控加工的效益。所以，掌握機械數控刀具特征，總結優化應用刀具策略十分必要[1]。

1 機械數控刀具特征

掌握機械數控刀具的特征是刀具應用的基礎。機械數控操作可能導致刀具的振動與傾斜，間接產生損耗，因此要選擇剛性較強的刀具。刀具在機械加工進程中扮演著重要角色，不同類型的刀具各有側重。與傳統刀具相比，數控刀具在性能方面具有諸多優勢。如果刀具剛性較強，就能快速完成切削作業。如果刀具精準性能較強，則能為機械數控加工過程的刀具尺寸調整與換刀提供有效支撐[2]。機械數控刀具借助計算機系統，能有效監測機械數控的加工過程，為刀具管理提供有效支撐。機械數控加工適用于各種類型的車削場景。例如：粗車階段選用剛性較強的刀具，貼合粗車階段進給量高的特征；精車階段使用精度高的刀具，可獲得更優質的加工效果；數控加工中采用機夾刀片可以提高效率，方便對刀。需要注意，機械數控加工類型較多，刀具的選擇要足夠靈活[3]。

2 機械數控刀具應用原則

2.1 剛性原則

機械數控加工階段，需要注意刀具剛性與工作強度的適配。如果選用的刀具與強度不符，不僅會降低零件加工質量，不利于刀具的后續使用與養護，還會影響數控機床的后續加工。在機械數控加工階段，需要注意刀具的選用，確保刀具真正適應加工環境，遵循機械數控刀具的剛性原則。通常情況下，首選刀柄較短的刀具。

2.2 互換原則

機械數控加工過程要采用多種刀具，并根據實際情況及時切換刀具。在刀具互換過程中，要注意互換的速度和效率，確保刀具互換準確，并通過簡潔操作將其正確安裝到數控機床[4]。

2.3 系列化原則

刀具類型較多，對刀具進行系列化管理能有效提高刀具的加工效率。合適的刀具能夠保證機床長期處于穩定的工作狀態。構建刀具系列化管理體系，需要滿足機械數控加工的實際要求，確保刀具系列與加工工序對應。

3 刀具使用和加工精度控制

3.1 刀具結構對加工精度的影響

刀具主要由兩部分組成，分別是裝夾部分和工作部分。裝夾部分又可以細化為帶孔和帶柄兩大類型。帶孔刀具依靠其內孔，在機床的主軸部分或者軸心正上方進行套裝，然后利用扭轉傳遞的力矩工作。工作部分主要負責切屑生產與處理，結構要素包括刀刃、排屑空間以及承裝切屑液通道等。在使用機床刀具的過程中，加工質量會受到多方面因素的影響。例如，刀具切割的結合參數，對切削效率和切削質量都有明顯影響。因此，在刀具使用過程中，一方面需要考慮刀具本身的性質、剛度是否達標以及耐受能力如何等，另一方面要確保其抗彎強度和沖擊韌性能夠滿足加工需求，以確保其應用性能。

3.2 切削熱對加工精度的影響

數控加工過程中，多數加工材料都會形成切削熱量，如鋁蓋板在和鉆頭相互摩擦的過程會產生大量熱量等。加工過程中，刀具工作時隨著其與材料的接觸面積的不斷增加，所形成的切削阻力和摩擦力也會不斷增加，使得大量切削熱被釋放。在實際生產和加工過程中，隨著鉆孔數量的不斷增加，刀具的磨損程度逐漸加深，直接影響刀具的使用壽命和產品的整體加工質量。隨著刀具磨損程度的不斷加深，切削熱不斷增加，不僅不利于加工生產，還會增加刀具斷裂的概率，影響刀具的使用效率和使用水平。

3.3 加工材料對加工精度的影響

從當前實際加工情況來看，刀具在大部分材料的加工方面都有著廣泛應用，如厚銅板、無鹵素板以及陶瓷等。使用過程中，刀具會產生不同程度的磨損，影響刀具的使用壽命和產品的整體加工質量。因此，工作人員需要分析各種材料的性能與特征，基于加工參數，選擇合適的刀具，從而最大限度地避免刀具的磨損，確保整體加工效率，同時保障生產產品質量符合要求。

4 刀具使用優化措施

4.1 重視鉆削的應用

鉆削技術能夠確保合理應用刀具。在實際工作中使用鉆削加工方式，可充分利用鉆頭進行加工。例如，在應用合金材料加工鉆頭的過程中，使用傳統方式，就意味著切割過程需要伴隨著長久的固定轉速與進給狀態，間接增大刀具的承壓負擔[5]。切割過程本身會產生彈性力。如果材料壓力持續增大，加大切割階段的彈性力，最終會導致刀具變形，也會對材料產生不利影響。如果材料的承壓能力較強，則會出現切割完畢零件掉落的現象，并產生大量巖屑。盡管上述操作也可以完成刀具切割，但是在刀具切割過程中會產生大量熱量，最終影響加工質量，同時降低設備的工作性能。通過對切割過程中刀具生熱現象的分析發現，刀具切割階段的摩擦現象是重要的生熱原因。刀具切割階段的摩擦生成熱量的同時，會間接誘發刀具損耗，降低產品質量?？梢?，在刀具切割階段必須重視刀具磨損問題，總結刀具磨損規律，合理控制刀具加工時間。

4.2 重視刀具的研磨

刀具研磨必然意味著壽命的折損。研磨過程伴隨著生熱，刀具的摩擦力與磨損程度成正比，在促進刀具磨損的同時，還會增大機械振動頻率，對刀具孔壁與孔位會產生潛移默化的影響，最終導致刀具斷裂。所以，優化研磨方式有助于延長刀具的使用壽命。在人員培訓機制中，加大刀具研磨的培訓力度，引導工作人員重視刀具研磨過程，逐步探索刀具研磨規律。另外，需要注意刀具研磨頻率與品種之間的關系，不可采用“一刀切”方式[6]。

4.3 加強刀具保養

做好刀具保養工作，有利于延長刀具的使用壽命。在刀具保養階段，需要保證刀刃光滑完整，避免刀具刀刃“帶病工作”，確保切削操作始終處于平衡狀態，并保證加工零件的精度，避免刀具出現斷裂現象。如果刀具磨損嚴重，需要及時更換刀具，避免帶來危害。

4.4 重視鉆孔質量管理

為保證鉆孔的效率和質量，加工過程中需要注意孔位計算，掌握孔壁內部的粗糙度情況，同時關注孔洞周圍的情況和燈芯的反應。刀具平面的光滑程度對鉆孔質量有顯著影響，在全面檢查刀具平面的光滑程度后，需合理掌握刀具性能，為確定刀具研磨次數提供有效依據。刀具研磨次數與參數因素有一定關系，必須高度重視參數因素，擬定解決方案，為機械數控刀具的合理應用奠定基礎。

4.5 重視材料應用

材料領域的研究新成果對刀具的改良具有重要意義。例如，使用高性能高速鋼材料的刀具，可以顯著提高刀具的切削效率，挖掘刀具的潛在應用價值。硬質合金刀具的韌性與抗磨損性能較強，不銹鋼刀具和鑄鐵刀具最常見。隨著材料技術的不斷升級，硬質合金刀具的應用愈發廣泛，不僅能延長刀具的使用壽命，還能提高刀具的切削效率。在刀具表面涂抹先進涂層，可以提高刀具的應用效率和抗黏結能力，延長刀具壽命，縮短模具開發周期，降低開發成本。材料性能的逐步提高，對刀具切削也提出了更高要求。結合刀具加工的實際需要，超硬刀具材料在機械數控加工中廣泛應用，不僅具備抗塑性變形能力，還能充分適應高溫作業環境。

4.6 重視刀具選擇與更換

結合加工環境合理選擇刀具，既能保證刀具的生產效率，又能控制刀具的生產成本。硬質刀具適應環境的能力較強，可以最大限度降低刀具加工階段的損耗，獲得優質的加工成果。如果加工零件形態類型較多，可以選擇高速鋼材料刀具，以保證加工效率與鑲嵌性能。如果加工零件抗形變能力差，形狀復雜，在轉速要求不高的前提下可以選擇合金鋼刀具。技術人員應熟練掌握各類刀具的特征，加大對刀具的檢查力度，及時更換磨損嚴重的刀具，避免刀具運轉時出現斷裂現象，保證機械數控的加工質量。

4.7 建立刀具管理回收體系

在機械數控加工現場落實刀具管理任務，可保證刀具合理應用。使用過的刀具或多或少存在磨損現象，通過條理化的刀具管理模式，可有效提高刀具管理效率，最大限度挖掘刀具的潛在價值。對于沒有涂層的刀具刀片，通常采用手工修磨方式維護刀具。一般情況下，修磨后的刀具應用效果更好，如2刃和3刃的平底銑刀經過手工研磨后應用效果更好。對于無法通過手工模式修磨的刀具，可采用集中管控方式，將刀具批量交付給供應商集體維護。經過專業化的修磨涂層處理后，可部分恢復刀具的應用價值。對刀具進行集中涂層，相比于直接采購新刀具，可節省1/3的成本。此外，需要注意刀具報廢的處理形式，要最大限度降低因刀具報廢帶來的損失。刀具更換需要做好登記，確定刀具報廢后，方可登記領用新刀具，并將報廢的刀具交付給廠家處理，完善刀具回收機制。

4.8 合理調整刀具參數

刀具參數直接影響機械數控加工進程。如果刀具參數與額定參數存在差異，需要及時調整刀具參數，避免因參數不當而影響機械數控的加工進程。刀具參數調整要足夠精細，如果參數調整錯誤，會導致效果適得其反。刀具的最佳參數并不是一成不變的。參數調整過程中，應當結合機械數控加工的實際情況，定期檢查刀具參數，確保刀具參數真正適應機械數控的實際施工情況。

4.9 做好刀具保養工作

在開展機械加工的過程中，刀具磨損的程度會隨著使用時間的增加隨之加深，會影響生產效率和加工質量。發生磨損后，刀具摩擦力和各種不利因素均會在刀具的使用過程中不斷增加，尤其是切削熱的增加，影響對孔位和孔壁的精準度，不利于保證加工質量。此外，隨著刀具摩擦力的不斷加大，斷刀的概率也會顯著增加。要想提高刀具的整體使用效率，延長其使用壽命，需要最大可能地解決刀具磨損問題。首先，在使用刀具一段時間后，需要定期對其開展檢查和返修，避免在加工過程中突然出現斷裂造成無法挽回的損失。其次，在檢查刀具的過程中，需要從刀具實際的磨損情況出發，判斷其是否需要返修或者更換。最后，做好刀具的保養工作，特別是要加強保養好刀刃，以確保在加工過程中刀具具備良好的工作性能。

4 結語

刀具在機械數控加工的發展中扮演著重要角色。在使用刀具進行機械數控加工的過程中，需要合理分配刀具資源，充分挖掘刀具的潛在價值，降低刀具應用成本，始終秉承“刀具優化應用”的原則。