機械數控加工過程中刀具的合理使用控制與研究分析

陳博

（云科智能制造（沈陽）有限公司）

摘 要：數控車床的應用越來越廣泛，其高效的生產能力和高精度的加工件能夠有效滿足市場需求。數控車床在加工過程中對刀具有很多要求，因此在加工的過程中，要根據實際情況選用不同的刀具。本文對數控車床的刀具做簡要分析。

關鍵詞：機械；設計制造；自動化；發展

數控車床與普通車床相比，其加工精度、生產效率以及產品穩定性都要高出很多。因此，數控車床替代普通車床進行大范圍批量生產已經成為必然趨勢。在數控車床的刀具使用上，要針對實際情況進行合理的選擇和有效的使用。

一、刀具的選擇

（一）刀具材料

常見的刀具材料有以下幾種：1、高速鋼。2、硬質合金。3、金剛石。4、陶瓷。5、CBN材料。在這五種材料中性能最好的當屬金剛石材質的刀具，尤其是在超精加工中其性能的優越性非常明顯。但是由于自身價格因素的影響，金剛石刀具的價格在同類刀具中要略貴一些。

刀具的選擇要考慮實際加工的要求，但耐磨損和抗沖擊的性能是所有刀具都必須考慮的硬性指標。譬如涂層刀具的摩擦系數相對較低，在切削加工中產生的切削溫度相對較低，刀具的耐用度要高于普通高速鋼刀具。但是其韌性和鋒利性相對高速鋼材質的刀具相差很多，因此并不使用于高硬度材料的加工和切削力較大的粗加工。陶瓷刀具雖然具有較高的硬度，但是無論在抗彎強度上還是在抗沖擊性上都相對較差，不適用于余量不均的重載切削。

數控車床所使用的刀具不同于普通車床，其在刀具的選擇上有一些特殊要求：第一，刀具具有較好的剛性和精度，抗振性能好同時在加工工作時要有較小的熱變形量。尤其是應用于粗加工過程的刀具，其對刀具剛性的要求要略高一些。第二，刀具要有較好的互換性，方便數控車床的快速換刀。第三，刀具的壽命長，也就是刀具的質量要過硬，并且具有穩定和可靠的切削能力。第四，刀具的尺寸要與機床相匹配。第五，刀具要標準化，方便編程和管理。提出以上要求是由于數控車床本身加工區域空間有限，而且為了保障高精度，在加工過程中要避免程序中止再啟動，整個加工過程要盡量一完成，期間的換刀過程全部通過固定程序自動完成。在加工過程中一旦出現刀具不匹配等現象很容易造成刀具無法回庫的現象。

（二）刀具角度

在進行粗加工和半精加工時應該選擇穩固的夾緊方式，刀尖角要大一些。隨著主偏角的減小徑向力會隨之增大，因此當工藝系統的剛度能夠滿足要求時可以適當減小主偏角。譬如在常見的加工過程中，用硬質合金刀具去加工低碳鋼和合金鋼時，通過減小主偏角便可以減小切削厚度，能夠有效降低對切削刃的負荷。

（三）刀具結構

粗加工過程當中所使用的刀具應該具有很好的剛性和強度。雖然重型刀具能夠滿足要求但是由于重型刀具比較笨重，在應用過程中存在裝卸困難的問題，所以應該盡量選用機夾刀具。常用的機夾刀具采用上壓式、杠桿式、偏心銷和楔塊式的加緊方式。機夾刀具也有較高的制造精度，避免由于刀具精度問題導致的卡具承受過大的加工應力，造成刀具破壞。

二、刀具的損壞和預防措施

（一）破壞形式

刀具的損壞形式主要有兩種，分別是刀具磨損和刀具破損。刀具磨損分為三種情況：1、后刀面磨損。2、前刀面磨損。3、前后刀面同時磨損。

后刀面磨損的情況一般出現在切削脆性材料或者厚度小的塑性材料以及主軸轉速較低時。一般切屑從前刀面流出的情況容易造成前刀面的磨損。摩擦和高溫壓的破壞作用會使前刀面出現月牙洼，尤其在主軸轉速高、進給量大的情況下切削塑性材料時極易出現。前后刀面同時磨損的情況一般出現在中等切削速度和進給量條件下的塑性材料加工時。

刀具破損有兩種情況，分別為早期破損和后期破損，具體形式又分為崩刃、碎斷、刀具裂紋和剝落幾種形式。由于車刀在進行高速斷續切削時會產生大量的熱量，在進行高硬度材料切削加工時會受到很大的切削應力，因此在切削熱與切削力的共同作用下很容易造成崩刃和剝落等破損情況。

（二）刀具損壞的原因分析

磨損現象在加工過程中是不可避免的。加工過程中刀具與工件在切削點上的摩擦非常強烈，車刀表面材料會逐漸的被消耗從而形成磨損。磨損的主要形式分為機械磨損以及熱磨損和化學磨損。機械磨損是刀具在與材料硬質點進行摩擦刻劃過程中造成的。熱磨損和化學磨損是在加工過程中刀具由于熱變形以及化學腐蝕的作用，與工件產生了粘結和擴散的現象。造成刀具破損的主要原因有三種：1、刀具本身的設計和制造質量不過關。2、刀具的使用方法不當。3、刀具在使用的過程中都到了較大的外部沖擊力。

（三）預防措施

1.刀具的購買

在購買刀具時要選擇正規廠家的產品。在刀片與刀柄的選擇上要參考機床的加工性能、加工材料的特點以及工序安排和切削量等。先選刀片，再根據刀片和實際應用要求選擇刀柄。

2.刀具的安裝

安裝刀片時不要使用套管。車刀在安裝時不要采用過大的預緊力，盡量采用較小的刀頭伸出量，防止加工時產生刀具振動。安裝時盡量采用整體刀墊，不要采用多片累積的形式。

3.刀具的使用

刀具在使用過程中要根據加工對象的特點選用合適的刀具，要根據加工要求調整刀具角度。在對成型表面和內孔進行加工時要避免刀具的角度和工件的加工部產生干涉現象，防止加工過程中的撞刀事故。

三、加工過程中的控制

（一）背吃刀量

背吃刀量在選擇時要充分考慮實際情況，包括機床的參數、刀具的特點以及夾具和工件等等。在工藝系統剛度能夠承受的情況下要盡可能減少進給次數。在為了保證加工件的高精度，需要預留精加工余量。

（二）主軸轉速和進給量

主軸轉速的確定需要參考刀具性能、機床的新能以及加工材料的特點，以及加工過程中切削量的要求。在合理確定切削速度之后根據工件尺寸確定主軸轉速。確定進給量時應當著重考慮材料的材質和加工精度，參考材料的粗糙度等。在保證材料加工進度的條件下要盡可能的加大加工進給量，從而減少工步，提高整體加工速度。

結語：國內很多數控車床刀具的設計和制造都是參照普通車床刀具進行的，但是二者之間誰有聯系卻也有很大的不同。在實際工作中，數控車床刀具的選擇和使用都需要制定一系列獨立的標準和注意事項，以此來避免損失，提高刀具利用率。

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