機(jī)械數(shù)控加工中提高刀具使用效率的策略

摘 要：在當(dāng)前的機(jī)械數(shù)控加工環(huán)節(jié)當(dāng)中，我們對于刀具的使用方法研究工作至關(guān)重要。提升機(jī)械數(shù)控加工過程中的刀具使用效率，不僅能夠在優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量的前提下進(jìn)一步地提升生產(chǎn)效率，同時還可以讓刀具設(shè)備合理應(yīng)用，延長刀具的使用壽命。本文也將圍繞加工環(huán)節(jié)中的刀具切削原理、刀具研磨和過程控制等方面進(jìn)行分析和討論。

關(guān)鍵詞：機(jī)械數(shù)控加工;刀具使用效率;策略

0.引言

在機(jī)械數(shù)控加工的過程當(dāng)中隨著刀具的持續(xù)作用，刀具會受到不同程度磨損，直接影響到加工精度和質(zhì)量問題，引發(fā)斷刀等事故。因此，加強(qiáng)刀具的管理和控制一方面可以提升刀具的使用效率，另一方面可以有效控制生產(chǎn)成本。而刀具在使用過程中的不同技術(shù)原理也具有重要的研究意義與價值。

1.鉆削過程

數(shù)控加工的優(yōu)勢在于可以提升零件表面的加工精度從而穩(wěn)定加工質(zhì)量，保障零件加工的重復(fù)性和一致性。而數(shù)控加工在提升自動化程度和降低人員勞動強(qiáng)度方面同樣比傳統(tǒng)加工更加穩(wěn)定，具有優(yōu)勢。以鉆削過程為例，刀具在一定的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給條件之下整個切削面會對材料產(chǎn)生擠壓力，從而讓材料產(chǎn)生不同程度的彈性變形，變形量越大，則說明彈性變形朝著塑性變形而變化。當(dāng)變形達(dá)到一定程度后，材料本身的屈服強(qiáng)度會受到影響，切削或是擠壓部分會從基材上脫落產(chǎn)生鉆屑，這一過程就是基本的切削過程。鉆屑變形過程與切削熱參數(shù)之間具有密切聯(lián)系，切削熱也受到刀具類型的影響。當(dāng)我們以常見的UC鉆頭為例時，就可以按照相應(yīng)的要求對鉆削過程進(jìn)行分析。

材料被擠壓形成鉆屑，玻璃纖維、紙墊板等不同材料與鉆頭進(jìn)行摩擦產(chǎn)生切削熱，熱量產(chǎn)生的多少和刀具、材料接觸面之間關(guān)系緊密，一般來說接觸面積越大，則遇到的切削阻力也就越大，摩擦力隨之提高。鉆孔環(huán)節(jié)刀具加工孔數(shù)量增加也會加速刀具的磨損與消耗程度，直接導(dǎo)致切削熱呈現(xiàn)出快速增加和發(fā)展的趨勢。刀具本身的快速磨損會影響到零件、設(shè)備的加工強(qiáng)度，最終導(dǎo)致質(zhì)量惡化甚至出現(xiàn)斷刀等技術(shù)問題。PCB行業(yè)快速發(fā)展的時代背景之下，UC類型的鉆頭得到了非常廣泛的應(yīng)用，其優(yōu)勢在于能夠UC長度進(jìn)行控制，最大化地發(fā)揮刀具應(yīng)有的作用。在刀具產(chǎn)生初期磨損之后，會隨著時間推進(jìn)過渡到正常磨損和劇烈磨損階段。刀具在加工不同的材料時本身會呈現(xiàn)出不同的磨損狀態(tài)，且對于不同磨損階段的刀具管理工作不可采取相同的壽命管控方法。因此，要想實現(xiàn)刀具的合理控制，就需要根據(jù)實際的材料強(qiáng)度、硬度特征、最大最小孔徑、tg大小等參數(shù)來確定不同的加工要求，根據(jù)刀具的磨損情況作出內(nèi)容調(diào)整，始終讓刀具可以在穩(wěn)定的使用要求下達(dá)到最大化利用，不浪費(fèi)性能也不過度應(yīng)用。需要注意的是雖然UC部分的縮短可以減少孔壁和刀體的接觸面積，但隨著研磨次數(shù)的增加，UC部分縮短本身會讓切削刃區(qū)域出現(xiàn)其它類型的磨損狀態(tài)。如果UC部分縮短至相關(guān)程度時，也會因此對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生不同程度的影響。

2.刀具研磨

刀具使用周期的增加會加速刀具的磨損程度和摩擦機(jī)械振動，且切削熱增加同樣會影響到孔位精度產(chǎn)生斷刀等。因而，我們要對刀具進(jìn)行合理研磨，在研磨環(huán)節(jié)也應(yīng)注重研磨參數(shù)的合理控制。如果刀具需要返修，則應(yīng)該將其和正常刀具進(jìn)行區(qū)別管理，對研磨量、研磨程度等進(jìn)行控制，才能合理地將主切削刃和副切削刃的磨損層去除，真正滿足刀具的鋒利度要求。

3.過程控制措施

鉆孔加工過程中本身要考慮到孔位進(jìn)度、粗糙度、釘頭狀態(tài)等關(guān)鍵參數(shù)控制要求，尤其是刃面的光滑程度與刀具研磨之間存在著密切的聯(lián)系。如果需要進(jìn)行鉆孔，應(yīng)該安排專業(yè)人員對刀面的光滑程度進(jìn)行判定，且刀具的鋒利程度和刀具破損之間關(guān)系密切。為了讓各項參數(shù)都能調(diào)整至最佳水平，我們要考慮到刀具使用壽命延長和研磨次數(shù)之間的聯(lián)系，應(yīng)用相應(yīng)的管控體系來嚴(yán)格控制好返修率和其它技術(shù)層面的要求。盡管隨著刀具使用壽命的增加和研磨次數(shù)的增加，無論采取哪種管控方案都無法保障切削刃達(dá)到新刀具的鋒利程度，甚至?xí)虼硕绊懙娇妆谫|(zhì)量。理論上來看刀具在出現(xiàn)磨損之后切削力會有下降趨勢，對此我們應(yīng)提升轉(zhuǎn)速控制摩擦力，讓刀具可以在“正常磨損”的狀態(tài)下得到應(yīng)用。鉆孔工作站對于出庫的刀具質(zhì)量要做好嚴(yán)格把控，尤其是鉆孔環(huán)節(jié)當(dāng)中的產(chǎn)品質(zhì)量確定工作和孔壁狀態(tài)項目要進(jìn)行合理分析，一旦發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時聯(lián)系相關(guān)的技術(shù)人員減少刀具的盲目使用，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量。

4.刀具路徑規(guī)劃

刀具路徑規(guī)劃本身是復(fù)雜曲面數(shù)控加工環(huán)節(jié)的關(guān)鍵，同時也是當(dāng)前數(shù)控加工技術(shù)的研究重點。我們應(yīng)根據(jù)工程機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)特征和數(shù)控加工的工藝要求選擇合理的刀具軌跡規(guī)劃方案，滿足切削行間距分布、加工誤差分布以及走刀步長的分布要求，確定并生成刀觸點。刀觸點的生成過程本身由比較復(fù)雜的加工路徑所決定，常見的路徑生成算法包括等截面法、等殘余高度法等。等截面法就是將曲面與垂直的平面求交獲得刀具軌跡線，適用于一些曲率變化較小的曲面，刀具軌跡的計算量也能得到有效控制。而等參與高度法則通過迭代算法等方式獲取另一條軌跡線的內(nèi)容，適用于某些復(fù)雜曲面的加工過程，但計算量相對較大。

5.結(jié)語

為了進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率降低機(jī)械數(shù)控加工環(huán)節(jié)的生產(chǎn)成本，我們需要在日常工作當(dāng)中對刀具的不同環(huán)節(jié)和加工參數(shù)進(jìn)行控制，才能更好地利用能源和設(shè)備，對成本進(jìn)行節(jié)約。工程機(jī)械復(fù)雜零件的數(shù)控加工本身是行業(yè)內(nèi)的關(guān)鍵工作，其效率和精度也是研究者們普遍關(guān)注的問題。本次研究也分析了數(shù)控加工的刀具控制方案，以便于在今后的實踐當(dāng)中起到一定的參考和借鑒作用。

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作者簡介：

邵全兵（1986.09）男，漢族，湖北武漢人，武漢技師學(xué)院數(shù)控銑高級技師，本科，主要從事數(shù)控加工與智能制造方向的研究.