機械數控銑加工過程刀具使用優化探討

王雪 薛影 白新寧

1、黃河交通學院 2、焦作市數控銑床設備工程技術研究中心

引言

隨著技術水平的發展，機械行業變得越來越機械化、自動化、智能化，其發展進步也推動了我國工業的發展。數控銑加工采用機械加工技術，生產更加標準化、模塊化，逐漸發展成為一種精密加工技術，不但解放了勞動生產力，而且推動了社會的發展和進步，發揮出了巨大的作用。數控加工刀具的設計與使用作為數控加工中的重點，影響著加工的質量，也對生產效率有重要的影響，所以在設計使用刀具時，確保刀具的質量，以此來提高加工的零件質量，提高生產速度。下文將立足于實際，結合實踐經驗，對機械數控銑加工過程中的刀具使用進行優化分析。

1 數控銑加工

1.1 數控銑加工簡述

數控銑削就是利用數控銑床來加工工件，它具有自動化程度高、操作安全性高、加工效果顯著等特點。數控銑床分為有刀庫和無刀庫兩種類型，而其中有刀庫又被叫作“加工中心”。在計算機技術、人工智能技術、自動化技術、精密測量這些先進技術的指導下，經過數控中心的精確計算以及對機床運行軌跡的準確控制，數控銑床就可以快速地對精度高，結構復雜的零件進行加工。在實操時，加工人員要先在編程界面選擇好刀具，設置好加工的各個參數，如尺寸、用量等，同時還要確定好加工的流程和步驟，隨后加工中心會自動生成程序代碼，而機床會根據其設計好的程序進行零件加工。

1.2 數控銑加工所具有的特點

傳統的數銑削與現代的數控銑加工相比較，數控銑加工對零件加工的包容性更大，可以應用于各式各樣的零件加工，尤其是在加工復雜的，多樣形狀的零件方面，比傳統銑削的適應能力更強；數控銑由于自身的先進性，可以在裝夾定位后進行多道后續工序，簡化了工序流程，提高了加工效率；數控銑擅于加工含有復雜曲線以及三維曲面的零件，相較于傳統銑削無法精確計算出數值，更不能控制好加工的實施，數控銑的計算機技術顯然方便快捷，加之控制中心的自動化進程，使得加工也更為精確。精度高、效率高、自動化是數控銑的三大特點，也更符合當前社會發展的趨勢。

2 數控銑加工刀具的選擇和優化

2.1 刀具種類

數控銑削加工一般多用于加工形狀復雜，結構曲折的零件，對精度的要求很高，所以使用的刀具類型也各有不同。在當前工業化的發展狀況下，數控機床不僅可以滿足現代化社會需求，還可以表現為高效率、自動化、智能化的機械工程，加工刀具也隨之更加標準化、通用化。加工刀具主要分為三大類，分別是切削刀具、孔加刀具和其他刀具。其實按照不同的分類方法，刀具可分為很多種，例如，按照材料來劃分，可分為高速鋼、硬質合金型、鉆石型和其他材料型；按刀具結構可劃分為三種，分別為整體型、特殊型和鑲嵌型；按照刀具用途來劃分，可分為加工平面用銑刀、加工溝槽用銑刀和加工成形面銑刀。在實際操作中要注意零件材料、形狀、性質、加工方式所造成的影響，選擇好刀具，保證其不影響最終加工的質量。

2.2 切削刀具的選擇

銑刀是數控銑加工中用來對零件曲面進行加工的工具。在使用銑刀的加工過程中，要注意精準把控切削精度，保證加工零件輪廓符合要求和標準水平，進而提升零件加工的質量和品質，更為重要的一點是，要合理選擇刀具。在進行粗加工時，最好選用雙刃型銑刀；在進行細加工時，最好選用四刃型銑刀；圓盤型銑刀可作為加工有工件表面質量要求、表面積較大的零件工具；最后，通用型銑刀一般是用來加工有臺階面的零件。不同刀具有不同的選擇方法，只有選擇好刀具，才能有事半功倍的效果。

2.3 孔加工刀具的選擇

孔加工工具就是用來保證數控銑加工中的孔型加工過程順利完成。關于選擇孔加工工具，有以下五項基本原則：一是在對零件整體進行控制加工時，最好是取消其對應的轉型配置；二是必須結合加工條件和鉆頭剛性這兩方面內容對孔加工工具進行合理的選擇；三是要確認中心孔的位置，保證加工前鉆孔的正確性和準確性；四是為了滿足鉸鏈的需求，要注意提前做好倒角，用浮動式工具對其進行處理，保證其符合標準要求;五是對鏜孔進行處理時，既要保證加工的質量不受影響，又要注意減少平衡性震動，最終根據實際情況來選擇刀頭對稱的鏜刀。

2.4 銑刀加工優化分析

在選擇加工路徑時，要注意零件的加工精度和粗糙度必須在標準值范圍內，走刀路線盡量不要重復，也不要空刀，做到節能低耗并且提高工作的效率。要采用圓弧來作為零件斜面相鄰的兩行切刀路間的過渡階段，保證其順暢并且光滑，可以順利轉移進入下一個加工的路線，這樣一來就避免了急轉對刀具造成的損傷，減慢了刀具的磨損，保證了工件加工的質量。在加工斜面高度相同的情況下，也可以采用這樣的方法來過渡。對于內斜面的加工，要注意下刀時要采用螺旋進刀的方式，不可垂直下刀。這是因為垂直下刀時，速度會降低，只有提高切削力才能達到原本切削的完成量，這樣會加快刀具的損耗，還會使得加工工件表面的粗糙度變大，不符合標準，而螺旋進刀則能很好地解決這個問題。同時，必須設置合適的螺旋直徑范圍，系統會根據實際情況對螺旋直徑小于設置范圍時，降低直徑再下刀。

3 數控銑加工切削用量的設計

3.1 設計切削速度

切削速度作為切削用量設計的核心，對切削質量的影響極大，因此要重視對切削速度的設計。就理論和實際來講，關于切削速度的設計有三個要注意的方面：第一，要考慮到總齒數對銑削的影響，選擇合適的齒數；第二，吃刀量；第三，側面吃刀量要符合標準。三者缺一不可，因此在設計切削速度時，必須根據這三個條件進行綜合考慮，使三者關系保持一定的平衡穩定性，保證設計出的切削速度最佳。據有關資料顯示，銑削加工中的總齒數越多，其吃刀量和側面吃刀量越大，刀具越不耐用、耐磨，這是因為總齒數增加時，刀具負載會變大，切削熱會增加，進而導致刀具磨損變大。所以要通過改善切削的散熱來減小刀具的磨損，進而提高切削的速度。

3.2 設計切削深度

要提高切削的質量，必須保證數控機床和加工零件的配合程度高，而切削深度的設計就是為了解決這一問題。在設計切削深度時，也要注意以下幾點：第一，切削深度的增加可以降低切削次數，對于粗加工來講是一種常用的提高加工速度的方法，可以有效提高工作的效率，但必須牢記，切削深度和刀具有著緊密的聯系，必須同時考慮，以保證其可以切割；第二，要檢查好刀刃和機床金屬部位，確保二者不會直接接觸，且刀口朝里；第三，刀具的剛度對切削深度也有影響，在設計時，應該綜合考慮好這兩方面，調整切削深度到合適的位置，可以有效地減少刀具的損耗。綜上所述，在設計時，要根據刀具材料與性能、被加工材料性能與形狀以及機床類型等方面對其進行調整。

3.3 設計進給量

給進量作為數控機床加工中的一個重要參數，影響著加工零件的精度、形狀以及質量。在設計給進量時，要從三方面進行考慮，即工件材料、加工精度和表面粗糙度，同時還要注意一點，就是刀具的質量。在設計時，要注意對需要進行曲面加工的工件，要根據曲面角度和形狀兩方面做出給進量的調整，保證其在加工時加工充分卻不會多余，規避了慣性和變形對其帶來的影響；保證進給度的選擇范圍在100~200mm/min 之間；對粗糙度有要求的工件，應適當減少給進量，一般情況下在20~50mm/min 之間。

3.4 設計背吃刀量及側吃刀量

除了給進量，另外還要有吃刀量和側吃刀量這兩種參數，其設計也影響著切削加工的進程。首先，對于背吃刀量的設計來講，機床的剛度、刀具的剛度以及被加工零件的剛度都是其需要考慮到的方面，在常見的情況下，背吃刀量要和加工余量相符合，但同時也要保證加工質量不受影響，這樣可以使得走刀次數減少，進而減少刀具的磨損，加快工作進程。其次，由于工件表面粗糙度的要求，加工會有以下三個流程，分別為粗銑、半精銑、精銑，這三個階段是非常重要的，缺一不可。一般來講，如果選擇粗銑和圓周銑，則其背吃刀和側吃刀的數量均在1.5~2mm 范圍內，如果選擇半精銑，則其背吃刀量應該設計在0.5~1mm 范圍內，最后，要是選擇精銑，則其背吃刀量一般在0.2~0.5mm 之間。

4 總結

數控銑加工在現代加工技術中占據著重要地位，在制造業的發展中起到了關鍵的作用。設計和使用數控刀具是數控銑加工過程的兩個重要流程，在具體應用中要結合數控編程、控制切削量等技術進行綜合性應用。所以在應用過程中，要先對刀具設計進行優化，再進行刀具的優化使用。希望本文的研究能夠推動技術的革新和發展。