机械数控加工过程中刀具的合理使用与控制探讨_沈玉玲.pdf

造纸装备及材料 第 52 卷 总第 214 期 2023 年 1 月 技术与创新105机械数控加工过程中刀具的合理使用与控制探讨沈玉玲江苏省南通中等专业学校，江苏 南通 226001摘要：随着我国社会工业化建设水平的不断提高，数控技术得到了全面推广，并带动了企业生产效率的全面提升。而在数控机床加工过程中，刀具的合理使用能够进一步提高机械生产水平，并减少材料的损耗浪费现象，从而可以一步体现出数控技术的使用价值。为此文章首先对数控机床的刀具类型展开了简要介绍，然后对刀具在机械数控生产中的使用特点进行细致梳理，并结合数控技术特点提出了刀具使用与控制的优化措施。关键词：机械数控；刀具使用；刀具维护；切削参数分类号：TG659；TG71刀具是数控机床进行加工生产的基本工具，其直接作用于原材料的表面，根据人工设定参数将材料处理为标准化的零部件产品。因此在进行数控机床操作的过程中，工作人员需要深入了解刀具的使用特点，同时根据生产加工需求对刀具合理进行使用控制。如此才能够有效体现数控技术的生产优势，并配合人工管理手段进一步提高机床生产效率，从而促进企业的综合效益获得全面提升。1 数控机床刀具的分类机械数控加工刀具的工作环境较为特殊，必须适应自动化机床设备的高速、灵活以及智能控制特点。因此通常可以按照结构、材料以及工艺等三个方面进行分类（见表 1）。在此基础上，还可以进一步根据刀柄与机床的连接方式来分为“转位机夹式”与“不转位机夹式”两种形式1。其中机夹可转位刀具由于使用便捷，并且具有易调、耐用、可换、稳定等诸多特点，因此其数量占据所有数控刀具种类的 30%40%，同时金属切除量占总数的 80%90%，是数控机床刀具中较为常见的一种。表 1 数控机床的主要刀具类型分类标准包含形式刀具结构整体式；镶嵌式；特殊式（包括复合刀具、减震刀具）刀具材料金刚石刀具；硬质合金刀具；高速钢刀具；特殊材料刀具（包括立方氮化硼刀具，陶瓷刀具）切削工艺车削刀具；钻削刀具；镗削刀具；铣削刀具2 数控机床的刀具使用特点2.1 系列化数控机床在加工生产过程中的运行速度较快，并且加工工序、材料性能、切削量以及机床加工性能等各项参数都会影响到加工精度与效率2。因此作业人员需要了解机床使用刀具的详细参数，同时根据不同加工需求来明确刀具的系列化特征。进而以此为基础编写数控机床的程序，确保有效提高刀具管理力度，并实现机械数控加工的高效化运转。2.2 互换性在机械数控加工过程中，不同的生产环节通常需要使用不同的刀具。为了提高加工生产效率，工作人员需要结合机床型号来建立专属刀库，并按照钻、镗、扩等一系列工序对刀具进行编号，以确保能够减少生产过程中搜索刀具所消耗的时间，并结合工件的具体加工要求对主轴刀库进行排序，确保数控机床有效提高刀具互换效率3。2.3 精密性数控机床由于完全采用参数化加工生产，因此对于刀具的性能参数与信号规格有极为严格的要求，否则一旦出现微小偏差便会严重影响工件的生产质量。以刀具刚性为例，数控机床生产过程中会产生强大振动，一旦刀具刚性不符合规定，不仅会影响工件的加工精度，同时也会对刀具甚至机床设备造成影响，大幅缩短其使用寿命。故而在设计刀具的过程中，通常要求刀具刚性与其刀柄长度的 3 次方成反比，并且与作者简介：沈玉玲，女，本科，助理讲师，研究方向为机械设计制造。文章编号：2096-3092（2023）01-0105-03 技术与创新 2023 年 第 1 期 总第 214 期 造纸装备及材料106刀柄截面尺寸的 4 次方成正比4。为此设计人员在进行刀具使用的过程中，需要对不同类型的刀具进行严格检测，确保其各项性符合工件加工标准。3 机械数控生产中合理使用刀具的有效措施3.1 根据生产需求来选择刀具在进行数控机床生产过程中，工作人员需要重点关注工件的材料特性以及加工参数，根据实际生产需求来合理选择刀具的切削性能、结构特点以及规格参数。减少对刀具造成的损耗破坏，并确保顺利完成加工任务。例如，在进行铜、铝等软性金属材料的加工生产过程中，工作人员可以选择齿数在 4 枚以下、前角偏大的立铣刀具进行加工；在处理不锈钢与钛合金等强度较高的金属材料时，则需要选用耐磨性较好的硬质合金刀具，以确保能够满足正常生产需求5。除此之外，工件生产的不同阶段通常会对刀具的旋转方向、进给量、切削速度提出对应要求，工作人员也需要根据这一特点及时更换刀具，确保能够选用适宜的刀具完成各项生产任务。例如，工件在展开精加工的过程中，通常会选择精度低、刚性高的刀具；在进行高速或低速切削时，则需要分别选用硬质合金刀具与高速钢刀具；在工件生产参数要求较高时，则需要使用耐性强且精度高的刀具。同时，在生产过程中需要严格控制机床的切削量、线速度、进给速度等关键参数，确保能够配合合理的加工工艺来减少刀具磨损，并按照设计要求顺利完成工件生产。3.2 加强工件检查力度刀具的性能参数在很大程度上会影响切削力的平衡性，因此在工件加工过程中，如果刀具选用不合理将会直接出造成切削失位、毛刺增多等现象，进而导致工件出现损坏问题。工作人员可以对工件进行检测，来判断所选刀具是否合理，进而按照相关的技术标准来调整刀具，以确保能够满足工件加工需求6。3.3 做好刀具相关装置设计刀具的使用方式也会在很大程度上决定数控机床的加工生产质量，因此工作人员在使用刀具的过程中，需要结合工件设计图纸来调整刀具相关装置的搭配方案，以确保充分发挥出刀具的使用性能。具体可以参照以下几种方式。（1）定位装置。“定位”是保障刀具使用精度的重要辅助装置，因此在选择合理的刀具之后，工作人员需要根据工件结构特点和加工要求等相关因素来选择合理的定位装置，以确保提高加工生产质量。例如，在进行圆形工件生产的过程中，可以使用三爪卡盘定位装置来固定工件。这一过程中需要根据工件规格和结构参数来精确计算定位误差，确保能够有效判断工件定位基准点，以此提高生产加工质量7。（2）夹紧装置。数控机床在生产加工过程中，由于会产生剧烈振动导致工件发生松脱、位移的情况，因此工件的装夹刚性也会在很大程度上影响加工精度。为了确保能够提高加工质量，避免对刀具使用性能造成影响，工作人员需要结合不同加工需求来合理选择夹紧装置。例如，在进行大批量、多方向的工件生产时，工作人员可以采用联动式夹紧装置；若刀具轨迹行程长、力度大，则可以选择螺旋式夹紧装置等8。（3）导向装置。刀具在使用过程中需要首先进行对刀调试，并且其对刀误差与安装误差的总和需要控制在公差的 1/3 以内，保证工件的加工精度。然而由于工件的结构规格存在差异，因此在生产过程中还需要结合工件特点对机床夹具进行导向处理，以确保更好地引导刀具，并确保刀具完全按照工件定位基准来开展作业。在选择机床导向装置时，工作人员可以采用模板套用模式，根据待加工工件的设计图纸来设计元件类型，同时调整其详细尺寸，以确保有效减少对刀误差。3.4 加强刀具维护保养刀具在投入使用之后，其磨损程度与使用时间成正比。刀具磨损不仅会影响切削速度，同时由于摩擦增大，也会导致工件的实际加工参数与设定参数之间出现严重误差，进而引起严重的质量问题。因此在进行刀具使用的过程中，工作人员还需要结合刀具的使用情况来制定相关的研磨工艺，避免由刀具磨损引起生产质量问题，并整体提高刀具的性能。除此之外，工作人员还需要加强规律总结，在对刀具进行研磨保养的过程中，需要结合刀具的材料、使用频次、加工方式等相关信息来摸索其研磨规律，避免完全按照统一标准来进行刀具保养。否则不仅会增加刀具的磨损速度，还会对切削刀具造成二次损伤，从而严重影响刀具的使用寿命。4 机械数控生产中加强刀具控制的具体途径4.1 构建切削参数专家库在进行数控机床加工的过程中，之所以会出现刀造纸装备及材料 第 52 卷 总第 214 期 2023 年 1 月 技术与创新107具使用不合理的情况，是因为作业人员无法把握准确的切削参数，导致工件的吃刀量、切削速度超出合理范围，从而导致刀具在使用过程中无法充分发挥自身作用。机械数控加工企业可以从两个方面解决该问题。首先，在数控机床的刀具管理系统中建立“切削参数专家库”，在数据库中输入刀具几何参数、刀具材质、进给速度、被加工材料参数、吃刀深度、主轴转速等关键数据，同时针对不同材料和不同工艺来设定刀具的标准切削参数。基层作业人员在操作机床和选择刀具时，便可以直接调取相关数据进行查阅，并提前熟悉机床与刀具的使用性能，从而确保根据加工需求来选择合适刀具与切削参数。其次，企业可以进一步将 CAM 软件、“切削参数专家库”与刀具管理系统进行对接，并建立刀库中不同刀具的标准信息（如几何参数、切削参数以及材质结构等）。随后借助 PRO/E 生成刀具虚拟数据库，如此一来工作人员通过 PRO/E 软件来选择任意刀具之后，系统便会自动生成刀具在不同情况下的最佳切削参数，协助作业人员快速进行机床的编程控制。4.2 刀具数据共享与过程协同在数控机械加工生产过程中，刀具是主要生产工具，并且往往会贯穿车间多个岗位与不同生产任务，如编程工程师、车间管理者、操作工人、库房人员、工艺人员、采购人员等。因此刀具在日常使用期间极易发生管理信息混乱的问题，并且由于不同岗位之间存在着信息壁垒，导致了刀具在借出归还、档案记录、保养维护等工作环节中容易出现失误，从而严重加剧了刀具损耗。为了进一步加强刀具控制力度，数控加工车间可以围绕刀具的流通路径建立刀具信息化管理系统。将串行管理转化为并行管理模式，确保有效加强刀具信息的协同共享效率，并减少刀具的浪费。例如，机械数控加工车间可以依托 NCBase 管理系统，根据每台设备的任务清单和生产标准规范来编写数控程序。随后由 NCBase 管理系统根据任务信息来自动生成刀具配置表，并将表格信息同步传递到刀具管理系统当中，由管理人员根据表格来分别进行准备，同时建立刀具的单次使用记录表。随后机床操控人员可以通过扫码识别的方式来领取刀具，并在检验无误之后，在对刀仪软件客户端中对刀具信息进行保存。4.3 刀具库存养护管理刀具是机械数控生产环节的主要损耗部件，需要重点加强刀具养护和采购工作，以确保满足正常生产需求，避免刀具不足导致生产进度的延滞。然而在传统管理模式中，通常是以台账记录的形式来呈现库存刀具状态，不仅管理透明度不足，还存在着统计分析困难的问题，因此时常导致刀具在保养维护中出现延误，或是采购方案不合理造成资源浪费等情况。因此工作人员需要充分借助大数据技术来对刀具进行精细化、动态化、可视化以及科学化管理，从而确保提高刀具管理质量。具体而言，要求管理人员在刀具管理系统中按照组装刀具、普通刀具、特殊刀具等具体类别对刀具类别进行划分，并以此为基础对库存刀具进行统计整理，从而生成刀具的完整数据档案。在此基础上，工作人员可以通过追踪刀具的使用状态，完整采集刀具的借用归还情况、工作时长、任务类别等关键信息，从而精准分析刀具当前的使用状态。如此一来，工作人员便可以结合各类刀具的实际情况制定合理的采购或养护计划，并根据刀具的借用频率来设置相应的预警线，一旦刀具库存数量或使用频次达到了预警线，就会发出预警提示信息，提醒工作人员采购或养护，有效提高了刀具管理效率，助力机械数控生产质量的全面提高。5 结束语文章针对数控机床刀具的使用与控制方法展开了深入分析。强调工作人员需要深入了解数控刀具的使用特点，并根据其实际情况来制定合理的管理措施，从而全面提高机械数控生产的工作效率，并助力企业获得长效发展。参考文献1 蔡安江,宋仁杰,杜金健,等.五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法J.长安大学学报(自然科学版),2018,38(1):120-126.2 张素燕,张泽,何万林,等.航天智能制造生产线刀具管理系统研究J.制造技术与机床,2021(2):120-124.3 吴娜.热处理温度对新型数控刀具材料耐磨损性能的影响J.热加工工艺,2018,47(6):226-229.4 韩金刚.基于特征技术的木工数控编程研究及系统开发D.广州:广州大学,2020.5 李聪波,余必胜,肖溱鸽,等.考虑刀具磨损的数控车削批量加工工艺参数节能优