高速切削刀具在數(shù)控加工中的應(yīng)用

摘要：高速切削刀具在數(shù)控加工的過程中存在一定的技術(shù)優(yōu)勢，但是受技術(shù)和操作行為的影響仍然有著許多加工問題，必須要進(jìn)行全面的可靠性分析，保證數(shù)控的模塊化控制分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工技術(shù)的全面推廣。本文從制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，分析了高速切削刀具的優(yōu)勢所在，總結(jié)了高速切削刀具在數(shù)控加工中容易出現(xiàn)的問題，并提出了高速切削刀具在數(shù)控加工中的應(yīng)用措施，為我國數(shù)控機(jī)械制造業(yè)提供了刀具應(yīng)用的實(shí)效建議。

關(guān)鍵詞：高速 切削刀具 數(shù)控 應(yīng)用

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

21世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)的競爭，其實(shí)質(zhì)是數(shù)控技術(shù)的競爭，這種競爭是全方位的，我國的數(shù)控加工技術(shù)起步雖晚，但是其發(fā)展前景廣闊。數(shù)控加工不但可以滿足模具高精度制造的要求和形狀的復(fù)雜變化；還能進(jìn)行高速切削，提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品的競爭力。本文從制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，分析了高速切削刀具的優(yōu)勢所在，總結(jié)了高速切削刀具在數(shù)控加工中容易出現(xiàn)的問題，并提出了高速切削刀具在數(shù)控加工中的應(yīng)用措施，為我國數(shù)控機(jī)械制造業(yè)提供了刀具應(yīng)用的實(shí)效建議。

1 高速切削刀具的優(yōu)勢

機(jī)械加工發(fā)展總趨勢高效率、高精度、高柔性強(qiáng)化環(huán)境意識。機(jī)械加工領(lǐng)域，切（磨）削加工應(yīng)用最廣泛加工方法。高速切削切削加工發(fā)展方向，已成為切削加工主流。隨著技術(shù)的發(fā)展，對工程材料提出了愈來愈高的要求，各種高強(qiáng)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(xué)性能及高的可靠性。而更為理想的刀具優(yōu)勢則要考慮到不同刀具的不同加工優(yōu)勢1。例如：硬質(zhì)合金刀具具有良好的抗拉強(qiáng)度和斷裂韌性，但由于較低的硬度和較差的高溫穩(wěn)定性，使其在高速硬切削中的應(yīng)用受到一定限制。而如果進(jìn)行了細(xì)晶粒和超細(xì)晶粒產(chǎn)品優(yōu)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(chǎn)品加工應(yīng)用能力。

2 高速切削刀具在數(shù)控加工中容易出現(xiàn)的問題

高速的切削刀具在生產(chǎn)上有著極強(qiáng)的優(yōu)勢化表現(xiàn)，但是受數(shù)控技術(shù)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(jié)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(chǎn)的停頓并損壞工件、機(jī)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(fā)振動的風(fēng)險(xiǎn)。鉆刃分屑尖角處磨平或崩刃后，造成實(shí)際ξ增大。當(dāng)實(shí)際x過大（>165°），可引起屑形從分到連的轉(zhuǎn)變。因此，不銹鋼斷屑鉆的磨鈍的標(biāo)準(zhǔn)或耐用度應(yīng)以屑形的改變?yōu)楦鶕?jù)。屑形從6字形變?yōu)槎虊K狀，既應(yīng)換刀。我們曾發(fā)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(shù)控刀具是機(jī)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(shí)工件產(chǎn)生毛邊嚴(yán)重，粗糙度下降，工件尺寸變化等等明顯現(xiàn)象也是刀具磨損的判定標(biāo)準(zhǔn)。刀具磨損出現(xiàn)的原因是多方面的，在切削時(shí)的熱度必然會使得刀具的溫度升高，引起其性能的變化，進(jìn)而損傷刀具。而在數(shù)控加工的過程中，因?yàn)榍懈畹南嚓P(guān)數(shù)據(jù)均由數(shù)控機(jī)床的模塊數(shù)據(jù)加以控制，因此如果出現(xiàn)刀具的磨損情況必然會使得加工產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題，因此刀具的磨損控制也應(yīng)該與數(shù)控?cái)?shù)據(jù)的控制聯(lián)系起來，對產(chǎn)品進(jìn)行全面的控制。

3 高速切削刀具在數(shù)控加工中的應(yīng)用

高速的切削刀具在數(shù)控加工中的應(yīng)用必須要以產(chǎn)品的質(zhì)量為主，保證數(shù)控的先進(jìn)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(shù)控加工中的應(yīng)用必須要考慮到刀具的可靠性。創(chuàng)新的切削工藝，采用先進(jìn)的刀具，適當(dāng)?shù)卦黾拥毒哔M(fèi)用的投入，提高加工效率和加工質(zhì)量，降低制造的整體成本，從而提高勞動生產(chǎn)率和企業(yè)的競爭實(shí)力。而為了更好地發(fā)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(jìn)行可靠性的有效分析。而分析的具體方法包括：在規(guī)定的條件和時(shí)間內(nèi)完成額定工作的概率R（t）+F（t）=1。tr是指刀具能達(dá)到規(guī)定的可靠度r時(shí)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(jìn)行這些公式的驗(yàn)證計(jì)算之外，還有根據(jù)長期的刀具應(yīng)用情況進(jìn)行評估。一般來講，要求提供高速進(jìn)給的驅(qū)動器（快進(jìn)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(zhuǎn)速，通過主軸壓縮空氣或冷卻系統(tǒng)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(dá)6000～10000HV，已應(yīng)用于車刀、銑刀、鉆頭等，進(jìn)入了高速切削有色金屬領(lǐng)域，有時(shí)也應(yīng)用于切削鋼鐵材料。

3.2 模塊化分析

數(shù)控化的刀具加工有著其性能優(yōu)越的特點(diǎn)，其生產(chǎn)技術(shù)完全高于傳統(tǒng)的機(jī)械開齒機(jī)和手動開齒沖床，是一種全新的科技產(chǎn)品。其是由數(shù)控控制柜和機(jī)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(zhuǎn)位刀架、立軸式轉(zhuǎn)塔等六種不同用途和結(jié)構(gòu)的刀架模塊。程序控制模塊是獨(dú)立的增強(qiáng)功能的模塊，作為提高機(jī)床自動化水平的預(yù)設(shè)模塊，目的是增加產(chǎn)品的生命力。在數(shù)控的數(shù)據(jù)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(shí)的高重復(fù)精度、高轉(zhuǎn)速下的安全性。同時(shí)，為了控制刀具的磨損情況，要在數(shù)控機(jī)床內(nèi)設(shè)置數(shù)據(jù)模塊的范圍，保證數(shù)控刀具的加工質(zhì)量。

綜上所述，高速切削刀具在數(shù)控加工的過程中存在一定的技術(shù)優(yōu)勢，但是受技術(shù)和操作行為的影響仍然有著許多加工問題，必須要進(jìn)行全面的可靠性分析，保證數(shù)控的模塊化控制分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工技術(shù)的全面推廣。

參考文獻(xiàn)

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