机械数控加工过程刀具使用优化策略的研究

谭 波

（四川化工职业技术学院，泸州 646300）

机械数控加工的效果与刀具的使用密切相关。结合机械数控加工的要求和刀具的基本特性，合理使用刀具资源能提高机械数控加工的效益。所以，掌握机械数控刀具特征，总结优化应用刀具策略十分必要[1]。

1 机械数控刀具特征

掌握机械数控刀具的特征是刀具应用的基础。机械数控操作可能导致刀具的振动与倾斜，间接产生损耗，因此要选择刚性较强的刀具。刀具在机械加工进程中扮演着重要角色，不同类型的刀具各有侧重。与传统刀具相比，数控刀具在性能方面具有诸多优势。如果刀具刚性较强，就能快速完成切削作业。如果刀具精准性能较强，则能为机械数控加工过程的刀具尺寸调整与换刀提供有效支撑[2]。机械数控刀具借助计算机系统，能有效监测机械数控的加工过程，为刀具管理提供有效支撑。机械数控加工适用于各种类型的车削场景。例如：粗车阶段选用刚性较强的刀具，贴合粗车阶段进给量高的特征；精车阶段使用精度高的刀具，可获得更优质的加工效果；数控加工中采用机夹刀片可以提高效率，方便对刀。需要注意，机械数控加工类型较多，刀具的选择要足够灵活[3]。

2 机械数控刀具应用原则

2.1 刚性原则

机械数控加工阶段，需要注意刀具刚性与工作强度的适配。如果选用的刀具与强度不符，不仅会降低零件加工质量，不利于刀具的后续使用与养护，还会影响数控机床的后续加工。在机械数控加工阶段，需要注意刀具的选用，确保刀具真正适应加工环境，遵循机械数控刀具的刚性原则。通常情况下，首选刀柄较短的刀具。

2.2 互换原则

机械数控加工过程要采用多种刀具，并根据实际情况及时切换刀具。在刀具互换过程中，要注意互换的速度和效率，确保刀具互换准确，并通过简洁操作将其正确安装到数控机床[4]。

2.3 系列化原则

刀具类型较多，对刀具进行系列化管理能有效提高刀具的加工效率。合适的刀具能够保证机床长期处于稳定的工作状态。构建刀具系列化管理体系，需要满足机械数控加工的实际要求，确保刀具系列与加工工序对应。

3 刀具使用和加工精度控制

3.1 刀具结构对加工精度的影响

刀具主要由两部分组成，分别是装夹部分和工作部分。装夹部分又可以细化为带孔和带柄两大类型。带孔刀具依靠其内孔，在机床的主轴部分或者轴心正上方进行套装，然后利用扭转传递的力矩工作。工作部分主要负责切屑生产与处理，结构要素包括刀刃、排屑空间以及承装切屑液通道等。在使用机床刀具的过程中，加工质量会受到多方面因素的影响。例如，刀具切割的结合参数，对切削效率和切削质量都有明显影响。因此，在刀具使用过程中，一方面需要考虑刀具本身的性质、刚度是否达标以及耐受能力如何等，另一方面要确保其抗弯强度和冲击韧性能够满足加工需求，以确保其应用性能。

3.2 切削热对加工精度的影响

数控加工过程中，多数加工材料都会形成切削热量，如铝盖板在和钻头相互摩擦的过程会产生大量热量等。加工过程中，刀具工作时随着其与材料的接触面积的不断增加，所形成的切削阻力和摩擦力也会不断增加，使得大量切削热被释放。在实际生产和加工过程中，随着钻孔数量的不断增加，刀具的磨损程度逐渐加深，直接影响刀具的使用寿命和产品的整体加工质量。随着刀具磨损程度的不断加深，切削热不断增加，不仅不利于加工生产，还会增加刀具断裂的概率，影响刀具的使用效率和使用水平。

3.3 加工材料对加工精度的影响

从当前实际加工情况来看，刀具在大部分材料的加工方面都有着广泛应用，如厚铜板、无卤素板以及陶瓷等。使用过程中，刀具会产生不同程度的磨损，影响刀具的使用寿命和产品的整体加工质量。因此，工作人员需要分析各种材料的性能与特征，基于加工参数，选择合适的刀具，从而最大限度地避免刀具的磨损，确保整体加工效率，同时保障生产产品质量符合要求。

4 刀具使用优化措施

4.1 重视钻削的应用

钻削技术能够确保合理应用刀具。在实际工作中使用钻削加工方式，可充分利用钻头进行加工。例如，在应用合金材料加工钻头的过程中，使用传统方式，就意味着切割过程需要伴随着长久的固定转速与进给状态，间接增大刀具的承压负担[5]。切割过程本身会产生弹性力。如果材料压力持续增大，加大切割阶段的弹性力，最终会导致刀具变形，也会对材料产生不利影响。如果材料的承压能力较强，则会出现切割完毕零件掉落的现象，并产生大量岩屑。尽管上述操作也可以完成刀具切割，但是在刀具切割过程中会产生大量热量，最终影响加工质量，同时降低设备的工作性能。通过对切割过程中刀具生热现象的分析发现，刀具切割阶段的摩擦现象是重要的生热原因。刀具切割阶段的摩擦生成热量的同时，会间接诱发刀具损耗，降低产品质量。可见，在刀具切割阶段必须重视刀具磨损问题，总结刀具磨损规律，合理控制刀具加工时间。

4.2 重视刀具的研磨

刀具研磨必然意味着寿命的折损。研磨过程伴随着生热，刀具的摩擦力与磨损程度成正比，在促进刀具磨损的同时，还会增大机械振动频率，对刀具孔壁与孔位会产生潜移默化的影响，最终导致刀具断裂。所以，优化研磨方式有助于延长刀具的使用寿命。在人员培训机制中，加大刀具研磨的培训力度，引导工作人员重视刀具研磨过程，逐步探索刀具研磨规律。另外，需要注意刀具研磨频率与品种之间的关系，不可采用“一刀切”方式[6]。

4.3 加强刀具保养

做好刀具保养工作，有利于延长刀具的使用寿命。在刀具保养阶段，需要保证刀刃光滑完整，避免刀具刀刃“带病工作”，确保切削操作始终处于平衡状态，并保证加工零件的精度，避免刀具出现断裂现象。如果刀具磨损严重，需要及时更换刀具，避免带来危害。

4.4 重视钻孔质量管理

为保证钻孔的效率和质量，加工过程中需要注意孔位计算，掌握孔壁内部的粗糙度情况，同时关注孔洞周围的情况和灯芯的反应。刀具平面的光滑程度对钻孔质量有显著影响，在全面检查刀具平面的光滑程度后，需合理掌握刀具性能，为确定刀具研磨次数提供有效依据。刀具研磨次数与参数因素有一定关系，必须高度重视参数因素，拟定解决方案，为机械数控刀具的合理应用奠定基础。

4.5 重视材料应用

材料领域的研究新成果对刀具的改良具有重要意义。例如，使用高性能高速钢材料的刀具，可以显著提高刀具的切削效率，挖掘刀具的潜在应用价值。硬质合金刀具的韧性与抗磨损性能较强，不锈钢刀具和铸铁刀具最常见。随着材料技术的不断升级，硬质合金刀具的应用愈发广泛，不仅能延长刀具的使用寿命，还能提高刀具的切削效率。在刀具表面涂抹先进涂层，可以提高刀具的应用效率和抗黏结能力，延长刀具寿命，缩短模具开发周期，降低开发成本。材料性能的逐步提高，对刀具切削也提出了更高要求。结合刀具加工的实际需要，超硬刀具材料在机械数控加工中广泛应用，不仅具备抗塑性变形能力，还能充分适应高温作业环境。

4.6 重视刀具选择与更换

结合加工环境合理选择刀具，既能保证刀具的生产效率，又能控制刀具的生产成本。硬质刀具适应环境的能力较强，可以最大限度降低刀具加工阶段的损耗，获得优质的加工成果。如果加工零件形态类型较多，可以选择高速钢材料刀具，以保证加工效率与镶嵌性能。如果加工零件抗形变能力差，形状复杂，在转速要求不高的前提下可以选择合金钢刀具。技术人员应熟练掌握各类刀具的特征，加大对刀具的检查力度，及时更换磨损严重的刀具，避免刀具运转时出现断裂现象，保证机械数控的加工质量。

4.7 建立刀具管理回收体系

在机械数控加工现场落实刀具管理任务，可保证刀具合理应用。使用过的刀具或多或少存在磨损现象，通过条理化的刀具管理模式，可有效提高刀具管理效率，最大限度挖掘刀具的潜在价值。对于没有涂层的刀具刀片，通常采用手工修磨方式维护刀具。一般情况下，修磨后的刀具应用效果更好，如2刃和3刃的平底铣刀经过手工研磨后应用效果更好。对于无法通过手工模式修磨的刀具，可采用集中管控方式，将刀具批量交付给供应商集体维护。经过专业化的修磨涂层处理后，可部分恢复刀具的应用价值。对刀具进行集中涂层，相比于直接采购新刀具，可节省1/3的成本。此外，需要注意刀具报废的处理形式，要最大限度降低因刀具报废带来的损失。刀具更换需要做好登记，确定刀具报废后，方可登记领用新刀具，并将报废的刀具交付给厂家处理，完善刀具回收机制。

4.8 合理调整刀具参数

刀具参数直接影响机械数控加工进程。如果刀具参数与额定参数存在差异，需要及时调整刀具参数，避免因参数不当而影响机械数控的加工进程。刀具参数调整要足够精细，如果参数调整错误，会导致效果适得其反。刀具的最佳参数并不是一成不变的。参数调整过程中，应当结合机械数控加工的实际情况，定期检查刀具参数，确保刀具参数真正适应机械数控的实际施工情况。

4.9 做好刀具保养工作

在开展机械加工的过程中，刀具磨损的程度会随着使用时间的增加随之加深，会影响生产效率和加工质量。发生磨损后，刀具摩擦力和各种不利因素均会在刀具的使用过程中不断增加，尤其是切削热的增加，影响对孔位和孔壁的精准度，不利于保证加工质量。此外，随着刀具摩擦力的不断加大，断刀的概率也会显著增加。要想提高刀具的整体使用效率，延长其使用寿命，需要最大可能地解决刀具磨损问题。首先，在使用刀具一段时间后，需要定期对其开展检查和返修，避免在加工过程中突然出现断裂造成无法挽回的损失。其次，在检查刀具的过程中，需要从刀具实际的磨损情况出发，判断其是否需要返修或者更换。最后，做好刀具的保养工作，特别是要加强保养好刀刃，以确保在加工过程中刀具具备良好的工作性能。

4 结语

刀具在机械数控加工的发展中扮演着重要角色。在使用刀具进行机械数控加工的过程中，需要合理分配刀具资源，充分挖掘刀具的潜在价值，降低刀具应用成本，始终秉承“刀具优化应用”的原则。