高速切削刀具在數控加工中的應用

摘要：高速切削刀具在數控加工的過程中存在一定的技術優勢，但是受技術和操作行為的影響仍然有著許多加工問題，必須要進行全面的可靠性分析，保證數控的模塊化控制分析，實現數控加工技術的全面推廣。本文從制造業的發展現狀出發，分析了高速切削刀具的優勢所在，總結了高速切削刀具在數控加工中容易出現的問題，并提出了高速切削刀具在數控加工中的應用措施，為我國數控機械制造業提供了刀具應用的實效建議。

關鍵詞：高速 切削刀具 數控 應用

中圖分類號：TG659文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）08（c）-0103-01

21世紀機械制造業的競爭，其實質是數控技術的競爭，這種競爭是全方位的，我國的數控加工技術起步雖晚，但是其發展前景廣闊。數控加工不但可以滿足模具高精度制造的要求和形狀的復雜變化；還能進行高速切削，提高生產效率、提高產品的競爭力。本文從制造業的發展現狀出發，分析了高速切削刀具的優勢所在，總結了高速切削刀具在數控加工中容易出現的問題，并提出了高速切削刀具在數控加工中的應用措施，為我國數控機械制造業提供了刀具應用的實效建議。

1 高速切削刀具的優勢

機械加工發展總趨勢高效率、高精度、高柔性強化環境意識。機械加工領域，切（磨）削加工應用最廣泛加工方法。高速切削切削加工發展方向，已成為切削加工主流。隨著技術的發展，對工程材料提出了愈來愈高的要求，各種高強度、高硬度、耐腐蝕和耐高溫的工程材料愈來愈多地被采用。高速切削除了要求刀具材料具備普通刀具材料的一些基本性能之外，還突出要求刀具材料具備高的耐熱性、抗熱沖擊性、良好的高溫力學性能及高的可靠性。而更為理想的刀具優勢則要考慮到不同刀具的不同加工優勢1。例如：硬質合金刀具具有良好的抗拉強度和斷裂韌性，但由于較低的硬度和較差的高溫穩定性，使其在高速硬切削中的應用受到一定限制。而如果進行了細晶粒和超細晶粒產品優化后，就可以使得其打磨加工的情況更為理想，獲得更好地產品加工應用能力。

2 高速切削刀具在數控加工中容易出現的問題

高速的切削刀具在生產上有著極強的優勢化表現，但是受數控技術和操作情況的影響，高速切削刀具仍然有著加工操作方面的問題。

2.1 切屑的形成和排出

由于工件材料不同，切削條件各異，切削過程中生成的切屑形狀是多種多樣的。切屑的形狀主要分為帶狀、節狀、粒狀和崩碎四種類型。而這些切屑之中的長切屑會引起生產的停頓并損壞工件、機床和切削刀具，甚至損傷操作工。對此，要徹底了解作用在刀具上的切削力，一旦失去了控制，加工中就會有刀具損壞、切削刃損壞和引發振動的風險。鉆刃分屑尖角處磨平或崩刃后，造成實際ξ增大。當實際x過大（>165°），可引起屑形從分到連的轉變。因此，不銹鋼斷屑鉆的磨鈍的標準或耐用度應以屑形的改變為根據。屑形從6字形變為短塊狀，既應換刀。我們曾發生過由于尖角處磨平，寬的短塊狀屑卡死扭斷鉆頭的事故。

2.2 刀具磨損

數控刀具是機械制造中用于切削加工的工具，除切削用的刀片外，還包括刀桿和刀柄等附件。刀具切出時工件產生毛邊嚴重，粗糙度下降，工件尺寸變化等等明顯現象也是刀具磨損的判定標準。刀具磨損出現的原因是多方面的，在切削時的熱度必然會使得刀具的溫度升高，引起其性能的變化，進而損傷刀具。而在數控加工的過程中，因為切割的相關數據均由數控機床的模塊數據加以控制，因此如果出現刀具的磨損情況必然會使得加工產品出現質量問題，因此刀具的磨損控制也應該與數控數據的控制聯系起來，對產品進行全面的控制。

3 高速切削刀具在數控加工中的應用

高速的切削刀具在數控加工中的應用必須要以產品的質量為主，保證數控的先進性和刀具工作的合理性。

3.1 可靠性分析

高速切削刀具在數控加工中的應用必須要考慮到刀具的可靠性。創新的切削工藝，采用先進的刀具，適當地增加刀具費用的投入，提高加工效率和加工質量，降低制造的整體成本，從而提高勞動生產率和企業的競爭實力。而為了更好地發揮高速切削刀具的工藝作用，必須要考慮到其切削的條件和能力，進行可靠性的有效分析。而分析的具體方法包括：在規定的條件和時間內完成額定工作的概率R（t）+F（t）=1。tr是指刀具能達到規定的可靠度r時的耐用度。即R（tr）=r則tr=R（t）多齒刀具可靠度Rz（t）=[R（t）]z2因一齒損壞則刀具損壞，因此可靠度比單齒低。除了進行這些公式的驗證計算之外，還有根據長期的刀具應用情況進行評估。一般來講，要求提供高速進給的驅動器（快進速度約40m/min，3D輪廓加工速度為10m/min），能夠提供0.4m/s2到10m/s2的加速度和減速度。要求滿足10000r/min到50000r/min的轉速，通過主軸壓縮空氣或冷卻系統控制刀柄和主軸間的軸向間隙不大于0.0002英寸。另外，對于可靠性的分析也要考慮到材料的性能，對刀具材料既要求硬度高、耐磨性好、耐熱性（熱硬性）好，又要求韌性好、耐沖擊。用聚晶方法得到的聚晶金剛石（PCD）刀片，硬度可達6000～10000HV，已應用于車刀、銑刀、鉆頭等，進入了高速切削有色金屬領域，有時也應用于切削鋼鐵材料。

3.2 模塊化分析

數控化的刀具加工有著其性能優越的特點，其生產技術完全高于傳統的機械開齒機和手動開齒沖床，是一種全新的科技產品。其是由數控控制柜和機械沖床兩部分組成，控制柜里有編程語言和一套控制元件組合。刀架模塊組有轉位刀架、立軸式轉塔等六種不同用途和結構的刀架模塊。程序控制模塊是獨立的增強功能的模塊，作為提高機床自動化水平的預設模塊，目的是增加產品的生命力。在數控的數據輸入過程中必須要考慮以下因素：最小的動不平衡量、最小的徑向偏差、高鋼性、高精度、傳遞高扭矩、換刀時的高重復精度、高轉速下的安全性。同時，為了控制刀具的磨損情況，要在數控機床內設置數據模塊的范圍，保證數控刀具的加工質量。

綜上所述，高速切削刀具在數控加工的過程中存在一定的技術優勢，但是受技術和操作行為的影響仍然有著許多加工問題，必須要進行全面的可靠性分析，保證數控的模塊化控制分析，實現數控加工技術的全面推廣。

參考文獻

[1]周秦源，高宏旺，盧端敏，等.適應高速切削的數控刀具材料[J].新技術新工藝，2009（6）.

[2]鄒二勇，劉濟慧.淺論數控加工在模具制造中的作用與地位[J].中國現代教育裝備，2009（9）.