机械数控加工过程刀具高效使用及优化措施分析

费姝霞

（江苏省无锡交通高等职业技术学校，无锡 214046）

使用数控车床加工产品时的加工精度、生产效率以及产品性能要求都很高。随着经济的快速发展，数控车床取代普通车床将成为大势所趋。在实际运用过程中，必须高度重视车床刀具的选择、使用问题。本文将探讨机械数控加工过程中刀具使用过程中的一些问题。

1 机械数控加工过程中刀具使用特征

1.1 刀具的互换性

在机械数控加工过程中，刀具在各个环节中都发挥了较大的作用[1]。刀具一般要安装在刀库上，以便于结合生产加工程序要求随时切换刀具。部分型号的数控机床在加工过程中，更换刀具时需要人工辅助。在这种情况下应尽量减少程序中的刀具数量，合理安排刀具排列顺序[2]。同时，在进行钻、镗、扩等工序时应保证刀具互换速度，并提高刀具更换的精准度，确保能够将标准的刀具成功安装于数控机床主轴刀库上[3]。在机械数控加工过程中，要慎重选择刀具，既要满足加工要求，又要满足刀具的刚性。

1.2 刀具的刚性

刀具的刚性在机械数控加工中的地位举足轻重，如果刀具缺乏刚性，加工过程中会使刀具倾斜或者振动，从而影响数控加工的效率和精度，而且振动时刀具的磨损会加快，会影响刀具和设备的使用寿命[4]。目前，刀具设计多以刀柄杆为中心，设计时要求刀具刚性与圆柱长的三次方成反比、与圆柱截面直径的四次方成正比。因此，机械数控加工过程中应高度重视刀具选择环节，尽量选择刀柄短的刀具，以保证刀具刚性。

1.3 刀具的系列化

在机械数控加工过程中，刀具的系列化特点能够简化编程与管理工作，从而提高机械数控加工的效率与水平。用于数控加工的刀具应能够满足机床的高速、自动化运转需求，因为刀具选择需要以编程的人机状态为基础，所以需要根据材料的性能、机床的加工性能、工序和切削的用量来选用刀具，以保证使用标准的刀柄，提高机械数控的加工效率和精度。因此，在这种情况下，要求编程人员深入了解机床使用刀柄的不同参数数据，明确刀具的系列化特点，并保证编程人员的专业性，满足机械加工过程中的高效和自动化需求。

2 数控加工过程中刀具使用及加工精度控制

2.1 刀具结构对加工精度的影响

刀具由装夹部分和工作部分组成，其装夹部分又可以分为带孔和带柄两类。带孔刀具主要依靠内孔套装在机床的主轴或者轴心上方，通过扭转传递力矩，其工作部分则是生产和处理切屑的部分，包括刀刃、使刀屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切屑液的通道等结构要素。在使用数控机床刀具时，其加工质量会受到很多因素的影响，如刀具切割的几何参数对切削效率、切削质量均会产生影响。因此，在使用刀具过程中，不仅要检查刀具本身的刚度和耐受能力等，而且要确保其抗弯强度和冲击韧性符合加工需求，以确保良好的工艺应用性能。

2.2 切削热对加工精度的影响

在数控加工产生的过程中，诸多加工材料，如铜箔、铝盖板、纸垫板以及玻璃纤维等在和钻头摩擦时都会形成大量的切削热量。加工时，随着刀具和材料的接触面积不断增加，所形成的切削阻力和摩擦力也会随之不断增加，在诸多力的共同作用下形成大量的切削热。但是，在实际生产加工过程中，随着钻孔数量的不断增加，刀具的磨损程度也会不断加深，从而导致刀具的使用寿命和产品质量受到影响。另外，刀具磨损会增加切削热的产生量，随着切削热不断增加，会对加工产生严重的不利影响，从而降低机械数控加工精度和孔内表面质量，增加断刀的概率，严重降低机械数控加工刀具的使用效率与水平。

2.3 加工材料对加工精度的影响

从目前实际情况来看，机械数控加工过程中，刀具被用于无卤素板、厚铜板、陶瓷等材料加工过程时会产生程度不一的磨损，从而降低刀具的使用寿命以及零部件产品的质量。因此，在进行机械数控加工过程中，工作人员要严格分析不同材料的性能和特征，根据不同的加工参数来选择合适的刀具，尽可能降低刀具在日常使用过程中的磨损程度，从而保证生产产品的质量，提高机械数控加工效率。

3 刀具磨损控制

在机械数控加工过程中，随着刀具使用时间不断增加，其磨损程度也会不断增加，从而影响生产和加工产品的质量。刀具磨损后，由于摩擦力不断增大，加工时机械振动的频率与幅度以及切削热也会增加，从而影响孔位、孔壁的精准度，降低加工质量。摩擦力增大还会增加刀具断刀的概率，从而严重降低刀具的使用寿命。因此，要想提高刀具的使用效率、延长使用寿命，必须严格控制刀具的磨损问题。

首先，在刀具使用一段时间后，要及时进行检查和返修，防止刀具加工过程中突然断裂而导致严重后果。其次，在检查刀具时，要根据刀具磨损程度，及时判断是否需要进行更换或者返修。最后，要加强对刀具的保养，尤其是对刀刃的保养，确保刀刃表面的光滑完好，以保证加工过程中刀具良好的工作性能。

4 刀具使用过程的控制和管理

机械数控加工过程中，钻孔加工时应注重把控好孔位精度、孔径储存、孔口毛刺等信息。刀具刀刃的性能会直接影响加工效率和加工成本，因此应该严格控制刀具刀刃的性能。在机械加工设计中，需要把握以下刀具设计的具体要素。

4.1 做好刀具定位装置设计

在进行机床刀具的设计时，定位装置设计是重要组成部分。定位装置设计要确保相关工件的定位更加方便稳定，以满足相关工件的加工需要。同时，要结合相关工件的实际加工需要，明确具体应该限制的自由度，并在设计中充分结合相关工件的结构特点以及生产环境和条件等，以优化具体的定位方案，为确定相关工件的定位类型奠定基础。另外，在定位装置的设计中，应该尽量避免出现欠定位的情况。当出现这种情况时，要通过重复定位的方法来消除这一问题带来的不良影响。在刀具定位装置设计中，还应该充分考虑工件定位基准自身的特性，选择有效的设计定位元件，并结合相关的结构和尺寸，进行定位误差的分析计算，以确定相关定位质量是否可靠。通过计算刀具的定位误差，若相应的误差无法满足要求，则需要及时优化定位方案，或通过提升定位精度来确保加工精度。

4.2 优化夹紧装置设计

这一部分的设计中，要保证相应的定位可靠性，确保相关工件的装夹刚性能够满足相应的生产要求。在设计过程中，需要结合夹具夹紧力作用点以及方向确定原则来设计相应夹具的夹紧力着力点以及方向，并按照相应的切削力来确定夹紧力的大小，结合具体的生产条件以及夹紧力大小确定相应加紧机构类型。对于夹紧行程小且夹紧力小的夹具设计，可以使用斜楔夹紧模式，反之可以使用螺旋夹紧设计。对于需要多方向、多工件夹紧的夹具设计，要先确保夹紧效率，因此可以使用联动夹紧设计来实现。在具体的夹紧装置设计中，需要结合实际夹具需要的夹紧力来确定设计方案，同时确定相关夹紧元件结构和尺寸。在单件以及小批量的生产中，使用手动夹紧方式最佳。对于自动化的生产的夹具设计，需要确保稳定的加工效率，因此可以使用气动或液动夹紧模式。

4.3 强化刀具、导向装置的设计

在设计机床刀具装置时，需要结合相应工件的待加工表面和具体的加工要求来设计。设计过程中，先确定相应的对刀装置和铣床刀具的具体用途。选择合理的模板套用模式后，可结合相关加工表面形状以及加工要求来选择设计相应的元件类型，并确定具体的尺寸，然后再计算相应的对刀误差。一般情况下，这一误差和刀具的安装误差之和尽量不要超过工件公差的1/3，相关加工精度也要做好合理的范围控制。

通过应用上述措施，能够有效控制刀具加工的精度，确保刀具加工中的误差能够保持在合理范围内。一般来说，影响刀具切削力的因素很多，如刀具的主切削刃、副切削刃的锋利程度等。一旦刀具出现磨损，就会在加工时引发毛刺，孔粗糙度加大、偏位，甚至断刀等问题。因此，在加工作业之前，工作人员应专门、全面地检查刀面和刀刃的光滑程度，保证刀刃完好无损，一旦存在问题要及时修补。

另外，刀具各性能是否完好也是影响刀具加工质量的重要因素。一般来说，刀具的使用周期和磨损程度均会直接影响加工质量。因此，在数控加工过程中，要结合实际情况建立不同的控制体系，全面加强对刀具材料和性能的管控。在日常管理中，还应严格控制刀具的返修率，提高刀具的维护水平，同时加强对刀具的研磨、检查工位的管控力度，从而提高刀具的使用效能。

5 结语

在数控加工过程中，在保证品质的前提下科学地对刀具进行优化使用，是降低成本、实现现代制造业生产目标的重要措施。因此，在数控加工过程中，需要合理使用刀具，科学分析刀具切削、研磨等过程中存在的问题，以掌握数控加工中影响产品质量的因素，并采取针对性的解决措施，同时提出科学合理的建议，确保加工过程中刀具能够合理使用。