機械數控加工過程刀具高效使用及優化措施分析

費姝霞

（江蘇省無錫交通高等職業技術學校，無錫 214046）

使用數控車床加工產品時的加工精度、生產效率以及產品性能要求都很高。隨著經濟的快速發展，數控車床取代普通車床將成為大勢所趨。在實際運用過程中，必須高度重視車床刀具的選擇、使用問題。本文將探討機械數控加工過程中刀具使用過程中的一些問題。

1 機械數控加工過程中刀具使用特征

1.1 刀具的互換性

在機械數控加工過程中，刀具在各個環節中都發揮了較大的作用[1]。刀具一般要安裝在刀庫上，以便于結合生產加工程序要求隨時切換刀具。部分型號的數控機床在加工過程中，更換刀具時需要人工輔助。在這種情況下應盡量減少程序中的刀具數量，合理安排刀具排列順序[2]。同時，在進行鉆、鏜、擴等工序時應保證刀具互換速度，并提高刀具更換的精準度，確保能夠將標準的刀具成功安裝于數控機床主軸刀庫上[3]。在機械數控加工過程中，要慎重選擇刀具，既要滿足加工要求，又要滿足刀具的剛性。

1.2 刀具的剛性

刀具的剛性在機械數控加工中的地位舉足輕重，如果刀具缺乏剛性，加工過程中會使刀具傾斜或者振動，從而影響數控加工的效率和精度，而且振動時刀具的磨損會加快，會影響刀具和設備的使用壽命[4]。目前，刀具設計多以刀柄桿為中心，設計時要求刀具剛性與圓柱長的三次方成反比、與圓柱截面直徑的四次方成正比。因此，機械數控加工過程中應高度重視刀具選擇環節，盡量選擇刀柄短的刀具，以保證刀具剛性。

1.3 刀具的系列化

在機械數控加工過程中，刀具的系列化特點能夠簡化編程與管理工作，從而提高機械數控加工的效率與水平。用于數控加工的刀具應能夠滿足機床的高速、自動化運轉需求，因為刀具選擇需要以編程的人機狀態為基礎，所以需要根據材料的性能、機床的加工性能、工序和切削的用量來選用刀具，以保證使用標準的刀柄，提高機械數控的加工效率和精度。因此，在這種情況下，要求編程人員深入了解機床使用刀柄的不同參數數據，明確刀具的系列化特點，并保證編程人員的專業性，滿足機械加工過程中的高效和自動化需求。

2 數控加工過程中刀具使用及加工精度控制

2.1 刀具結構對加工精度的影響

刀具由裝夾部分和工作部分組成，其裝夾部分又可以分為帶孔和帶柄兩類。帶孔刀具主要依靠內孔套裝在機床的主軸或者軸心上方，通過扭轉傳遞力矩，其工作部分則是生產和處理切屑的部分，包括刀刃、使刀屑斷碎或卷攏的結構、排屑或容儲切屑的空間、切屑液的通道等結構要素。在使用數控機床刀具時，其加工質量會受到很多因素的影響，如刀具切割的幾何參數對切削效率、切削質量均會產生影響。因此，在使用刀具過程中，不僅要檢查刀具本身的剛度和耐受能力等，而且要確保其抗彎強度和沖擊韌性符合加工需求，以確保良好的工藝應用性能。

2.2 切削熱對加工精度的影響

在數控加工產生的過程中，諸多加工材料，如銅箔、鋁蓋板、紙墊板以及玻璃纖維等在和鉆頭摩擦時都會形成大量的切削熱量。加工時，隨著刀具和材料的接觸面積不斷增加，所形成的切削阻力和摩擦力也會隨之不斷增加，在諸多力的共同作用下形成大量的切削熱。但是，在實際生產加工過程中，隨著鉆孔數量的不斷增加，刀具的磨損程度也會不斷加深，從而導致刀具的使用壽命和產品質量受到影響。另外，刀具磨損會增加切削熱的產生量，隨著切削熱不斷增加，會對加工產生嚴重的不利影響，從而降低機械數控加工精度和孔內表面質量，增加斷刀的概率，嚴重降低機械數控加工刀具的使用效率與水平。

2.3 加工材料對加工精度的影響

從目前實際情況來看，機械數控加工過程中，刀具被用于無鹵素板、厚銅板、陶瓷等材料加工過程時會產生程度不一的磨損，從而降低刀具的使用壽命以及零部件產品的質量。因此，在進行機械數控加工過程中，工作人員要嚴格分析不同材料的性能和特征，根據不同的加工參數來選擇合適的刀具，盡可能降低刀具在日常使用過程中的磨損程度，從而保證生產產品的質量，提高機械數控加工效率。

3 刀具磨損控制

在機械數控加工過程中，隨著刀具使用時間不斷增加，其磨損程度也會不斷增加，從而影響生產和加工產品的質量。刀具磨損后，由于摩擦力不斷增大，加工時機械振動的頻率與幅度以及切削熱也會增加，從而影響孔位、孔壁的精準度，降低加工質量。摩擦力增大還會增加刀具斷刀的概率，從而嚴重降低刀具的使用壽命。因此，要想提高刀具的使用效率、延長使用壽命，必須嚴格控制刀具的磨損問題。

首先，在刀具使用一段時間后，要及時進行檢查和返修，防止刀具加工過程中突然斷裂而導致嚴重后果。其次，在檢查刀具時，要根據刀具磨損程度，及時判斷是否需要進行更換或者返修。最后，要加強對刀具的保養，尤其是對刀刃的保養，確保刀刃表面的光滑完好，以保證加工過程中刀具良好的工作性能。

4 刀具使用過程的控制和管理

機械數控加工過程中，鉆孔加工時應注重把控好孔位精度、孔徑儲存、孔口毛刺等信息。刀具刀刃的性能會直接影響加工效率和加工成本，因此應該嚴格控制刀具刀刃的性能。在機械加工設計中，需要把握以下刀具設計的具體要素。

4.1 做好刀具定位裝置設計

在進行機床刀具的設計時，定位裝置設計是重要組成部分。定位裝置設計要確保相關工件的定位更加方便穩定，以滿足相關工件的加工需要。同時，要結合相關工件的實際加工需要，明確具體應該限制的自由度，并在設計中充分結合相關工件的結構特點以及生產環境和條件等，以優化具體的定位方案，為確定相關工件的定位類型奠定基礎。另外，在定位裝置的設計中，應該盡量避免出現欠定位的情況。當出現這種情況時，要通過重復定位的方法來消除這一問題帶來的不良影響。在刀具定位裝置設計中，還應該充分考慮工件定位基準自身的特性，選擇有效的設計定位元件，并結合相關的結構和尺寸，進行定位誤差的分析計算，以確定相關定位質量是否可靠。通過計算刀具的定位誤差，若相應的誤差無法滿足要求，則需要及時優化定位方案，或通過提升定位精度來確保加工精度。

4.2 優化夾緊裝置設計

這一部分的設計中，要保證相應的定位可靠性，確保相關工件的裝夾剛性能夠滿足相應的生產要求。在設計過程中，需要結合夾具夾緊力作用點以及方向確定原則來設計相應夾具的夾緊力著力點以及方向，并按照相應的切削力來確定夾緊力的大小，結合具體的生產條件以及夾緊力大小確定相應加緊機構類型。對于夾緊行程小且夾緊力小的夾具設計，可以使用斜楔夾緊模式，反之可以使用螺旋夾緊設計。對于需要多方向、多工件夾緊的夾具設計，要先確保夾緊效率，因此可以使用聯動夾緊設計來實現。在具體的夾緊裝置設計中，需要結合實際夾具需要的夾緊力來確定設計方案，同時確定相關夾緊元件結構和尺寸。在單件以及小批量的生產中，使用手動夾緊方式最佳。對于自動化的生產的夾具設計，需要確保穩定的加工效率，因此可以使用氣動或液動夾緊模式。

4.3 強化刀具、導向裝置的設計

在設計機床刀具裝置時，需要結合相應工件的待加工表面和具體的加工要求來設計。設計過程中，先確定相應的對刀裝置和銑床刀具的具體用途。選擇合理的模板套用模式后，可結合相關加工表面形狀以及加工要求來選擇設計相應的元件類型，并確定具體的尺寸，然后再計算相應的對刀誤差。一般情況下，這一誤差和刀具的安裝誤差之和盡量不要超過工件公差的1/3，相關加工精度也要做好合理的范圍控制。

通過應用上述措施，能夠有效控制刀具加工的精度，確保刀具加工中的誤差能夠保持在合理范圍內。一般來說，影響刀具切削力的因素很多，如刀具的主切削刃、副切削刃的鋒利程度等。一旦刀具出現磨損，就會在加工時引發毛刺，孔粗糙度加大、偏位，甚至斷刀等問題。因此，在加工作業之前，工作人員應專門、全面地檢查刀面和刀刃的光滑程度，保證刀刃完好無損，一旦存在問題要及時修補。

另外，刀具各性能是否完好也是影響刀具加工質量的重要因素。一般來說，刀具的使用周期和磨損程度均會直接影響加工質量。因此，在數控加工過程中，要結合實際情況建立不同的控制體系，全面加強對刀具材料和性能的管控。在日常管理中，還應嚴格控制刀具的返修率，提高刀具的維護水平，同時加強對刀具的研磨、檢查工位的管控力度，從而提高刀具的使用效能。

5 結語

在數控加工過程中，在保證品質的前提下科學地對刀具進行優化使用，是降低成本、實現現代制造業生產目標的重要措施。因此，在數控加工過程中，需要合理使用刀具，科學分析刀具切削、研磨等過程中存在的問題，以掌握數控加工中影響產品質量的因素，并采取針對性的解決措施，同時提出科學合理的建議，確保加工過程中刀具能夠合理使用。