数控加工过程中刀具的合理使用控制与研究

马玉良

摘   要：刀具作为数控加工生产运行的基础部件，影响着产品的质量安全。本文在了解当前数控加工行业发展情况的基础上，明确了新时代发展对数控加工提出的要求，结合近年来刀具应用特点与钻削原理，分析如何在数控加工过程中做好刀具的合理使用控制工作，并提出有效的管理对策，以此在提升数控加工效率的同时，加快数控加工行业发展步伐。

关键词：数控加工  刀具  参数  钻孔

中图分类号：TG659                                 文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）12（a）-0089-02

与普通机床加工方式相比，数控加工中刀具的使用要求更加精密，也要求更高，需要编程人员在科学选择刀具的同时，合理应用和控制，这样才能保障产品生产质量。虽然在数控机床技术持续发展中，针对刀具提出的探索研究课题非常多，也取得了优异成绩，但本文主要从钻削原理入手，分析如何在保障产品质量安全的条件下，对数控加工过程中刀具的合理使用控制进行研究，为数控加工生产工作提供依据。

1  数控加工选择刀具

1.1 数控加工刀具的特点

由于刀具切削过程中会受摩擦、高压、高温及冲击等作用的影响，所以应用刀具的材料会影响数控加工成本、刀具寿命及加工效率等内容。这就要求刀具具备以下特点：其一，硬度和耐磨性;其二，强度和韧性;其三，耐热性;其四，工艺性能和经济性。以硬质合金刀具为例，由于其具备硬度高、耐磨及韧性强等优势，在500℃的条件下依旧可以保持各种性质稳定，在零上1000℃中也具备极高的硬度，所以在数控加工行业得到了广泛利用。如常见的车刀、铣刀等，它们都可以用来切削有色金属、塑料及石墨、石材等内容。如图1所示，其为X-5070End Mill（超硬合金铣刀），可以用来加工硬度超过HRC70的难加工材料。

1.2 选择数控加工刀具的要求

由于数控机床与普通機床的加工方式不一致，所以在选择刀具时也要提出全新方法。

首先，要保障刀具尺寸与被加工工件的表面尺寸相适宜，选择合适尺寸的加工刀具;其次，选择性价比高的刀具。在实施自由曲面加工工作的过程中，因球头刀具的端部切削速度是0，所以要想提升实际工作的精确度，通常引用顶端密距作为切削行距，而平头刀具要应用在表层加工工作中。同时，由于刀具耐用性与刀具价格也有直接关系，所以在选择质量好的刀具时，还要考虑成本支出，不然无法达到控制加工成本的工作目标;其三，严格遵守操作规定。在数控加工过程中，要将各种刀具正确安装在刀库上，并严格按照规定程序随时选择刀具和按刀动作;其四，技术革新，提高生产效率。在数控机床加工过程中，由于大部分刀具的测量、替换及刃磨等工作都是由人工操作的，所以在新时代背景下要合理借鉴现代化技术理念，并严格按照规定工作要求进行技术革新，以此在减少工作压力的同时，提高生产效率。

2  掌握切削原理，保证刀具合理使用

以PCB专用焊接类硬质合金材料的钻头为例，在选择刀具后必须要保障其可以在一定钻速和进给条件下有序运行，此时切削刃/面会挤压生产材料，致使材料产生弹形变形，并出现大量变形量，随之弹性变形转变为塑性变形，在塑性变形达到一定范围且高于材料屈服强度的情况下，将会让切削或挤压区域从基材脱落，最终形成钻屑。在这一过程中，钻屑会受切削热量的影响，而切削热量又会受所选刀具类型所限制[1]。

在数控铣削加工中，其具有以下特点：其一，灵活且通用;其二，生产效率高;其三，能加工复杂形状工件;其四，可以减轻劳动强度。对数控铣床而言，主轴转速通常会达到普通铣床主轴速度的一到两倍，高速铣削可以达到十倍以上，因此在选择铣刀时，必须要满足高速、高效及自动化等要求，具体包含：其一，刀具拥有极高的可靠性与寿命;其二，刀具可以有效短屑或卷屑，以此有效清除切屑;其三，具备良好的互换性，可以快速换刀或自动换刀;其四，具备短的切削刃、大的刀尖角及切削角等。

所以需要注意的是，加工不同材料所需刀具也有区别，尤其是在处理厚铜板、陶瓷等材料时，需要更加注重磨损问题，并提出更加健全的刀具管理对策，只有这样才能更好保障生产产品质量安全，并提高常规刀具应用寿命。

3  数控加工过程中刀具的合理使用控制分析

3.1 检测刀具表层的光滑度

在管控刀具使用过程时，要在生产间隙检验刀具表层的光滑度，若是发现刀具磨损较为严重，必须要提出正确的处理对策，不然很容易影响后续生产加工任务的质量。这项工作具有一个明确的质量标准，工作经验丰富的检验人员要对比分析检验获取数据与质量标准，研究更加完善的影响因素，并提出有效的处理措施，这样不仅能提升数控加工工作质量安全，而且可以达到预期要求的控制检验结果。由于部分加工材料的产热很难挥发，所以若继续引用存在磨损的刀具极容易持续增加热量，面对这一现象，可以通过定期检查有效预防常见的刀具问题。一方面，要观察刀具表层是否存在问题，若出现问题较为复杂，可以从多角度入手进行协调检测;另一方面，要检测刀具强度，判断其是否与理想状态相符。在这一过程中，日常管理工作中的配合管理控制方法可以有效预防安全隐患的威胁。

3.2 检查刀具的锋利度

若数控机床应用刀具的锋利度不符合预期标准，在生产工作中必然会降低材料切割水平。面对这一现象，工作人员要在正式施工前，引用放大镜观察刀具的锋利度是否存在不均衡性。同时，还要对研磨后的刀具实施更深层次的锋利度检查，并根据现场工作需求进行操作，判断刀刃位置是否存在缺陷，这样不仅能减少生产加工中安全事故的发生，而且可以保障生产加工产品的质量安全。由于刀刃的锋利度决定了最终产品质量安全，所以在选择刀具的过程中，要保障硬度达到预期标准，这样有助于后期生产加工根据技术性方法处理潜藏问题。通过引用研磨的方式科学调节刀具的锋利度，有助于提升实践生产水平，并保障加工过程中的质量平稳性[2]。需要注意的是，刀具锋利度检查工作是一项定期任务，需要工作人员在发现潜藏隐患的基础上，及时处理和维护，决不能任由其发展。

通过实验探究发现，若所选切削参数不科學，加工刀具很有可能产生崩刃、裂纹等现象。在切削负荷过高的情况下，刀具切削刃会受极高的切削力所冲击，表层会出现裂纹，并存在持续拓展的可能性。当裂纹扩展到一定区域之后，表层就会出现大面积脱落，最终造成崩刃，此时数控加工所选刀具就失去了效果。以硬质合金铣刀为例，由于在工作中的强度高，脆性大，且组织不均衡，所以若在加工中没有选择适宜的切削厚度，很容易在增加冲击载荷的同时，提高拉应力区与拉应力值。尤其是在冲击应力高于材料强度承受范围的情况下，就会产生刀具崩刃，相应的刀具表层也会大面积脱落，最终形成贝壳状。同时，脱落之后的刀具表层参差不齐，如图2所示就是放大7000倍显微镜下刀具崩刃的图片。出现这一现象的原因在于，脆性材料的塑性变形不大，在选择不符合标准的切削参数后，会出现过高的载荷，并形成超过弹性承受极限的应力。所以在数控加工中，刀具会在切出被加工工件后释放热应力，而随着加工工作的持续运行将会产生热应力疲劳，此时不管是接触疲劳还是热应力疲劳，都将增加刀具表面裂纹的概率。

3.3 保障参数调节的科学性

在数控机床加工过程中检验具体参数，若是发现与规定数值不符的情况下，可以通过科学调节达到预期要求。随着生产任务的优化，刀具参数也会随之革新，此时做好刀具参数调节工作可以满足实践工作需求，并保障产品生产加工的质量安全。由于参数调节工作大都是由人工方法落实的，在实践操作中很难明确，所以在新时代背景下，行业可以引用自动化控制系统进行工作，这样不仅能缓解员工压力，而且可以提升调节水平和工作效率。如果刀具的参数在应用段时间后出现偏差，工作人员可以根据配合技术性方法进行管控，以此保障具体参数处于安全引用范围之内。

3.4 检查钻孔管理系统

这项工作是指检验钻孔及刀具的管理系统是否具备健全性，若是发现潜藏问题，要进行科学调节，这样不仅能保障实践数控加工工作有序落实，而且可以全面推广预先提出的管理计划。从技术角度分析有关问题的解决对策，有助于保障产品生产加工的安全质量。通常情况下，在检查管理系统时可以引用试验应用法进行操作，研究系统在运行期间是否有不科学的地方，并根据实践情况进行具体问题具体分析，这样有助于在减少安全隐患的同时，通过彼此配合更好落实管理系统的工作[3]。

4  结语

综上所述，不管是提升效率还是减少成本一直都是数控加工关注的焦点。通过全面了解数控加工步骤，明确刀具的目的与应用过程，可以为数控加工过程中刀具的合理使用控制提供有效依据。因此，行业企业要在了解自身发展趋势的基础上，根据现场工作条件，提出完善的管理系统，并且可以根据不同材料合理选择应用刀具，这样不仅能减少成本支出，而且可以提高实践工作效率。

参考文献

[1] 李炳宁，邢荣霞.机械数控加工过程刀具高效使用优化探讨[J].内燃机与配件，2018（13）：88-89.

[2] 赵娇燕，程望斌，万力，等.数控加工刀具的速度优化控制[J].湖南理工学院学报：自然科学版，2017，30（1）：44-51.

[3] 郑红.论数控刀具对数控加工工艺的影响[J].内燃机与配件，2017（3）：62-64.