机械数控加工中提高刀具使用效率的策略

摘 要：在当前的机械数控加工环节当中，我们对于刀具的使用方法研究工作至关重要。提升机械数控加工过程中的刀具使用效率，不仅能够在优化产品质量的前提下进一步地提升生产效率，同时还可以让刀具设备合理应用，延长刀具的使用寿命。本文也将围绕加工环节中的刀具切削原理、刀具研磨和过程控制等方面进行分析和讨论。

关键词：机械数控加工;刀具使用效率;策略

0.引言

在机械数控加工的过程当中随着刀具的持续作用，刀具会受到不同程度磨损，直接影响到加工精度和质量问题，引发断刀等事故。因此，加强刀具的管理和控制一方面可以提升刀具的使用效率，另一方面可以有效控制生产成本。而刀具在使用过程中的不同技术原理也具有重要的研究意义与价值。

1.钻削过程

数控加工的优势在于可以提升零件表面的加工精度从而稳定加工质量，保障零件加工的重复性和一致性。而数控加工在提升自动化程度和降低人员劳动强度方面同样比传统加工更加稳定，具有优势。以钻削过程为例，刀具在一定的转速和进给条件之下整个切削面会对材料产生挤压力，从而让材料产生不同程度的弹性变形，变形量越大，则说明弹性变形朝着塑性变形而变化。当变形达到一定程度后，材料本身的屈服强度会受到影响，切削或是挤压部分会从基材上脱落产生钻屑，这一过程就是基本的切削过程。钻屑变形过程与切削热参数之间具有密切联系，切削热也受到刀具类型的影响。当我们以常见的UC钻头为例时，就可以按照相应的要求对钻削过程进行分析。

材料被挤压形成钻屑，玻璃纤维、纸垫板等不同材料与钻头进行摩擦产生切削热，热量产生的多少和刀具、材料接触面之间关系紧密，一般来说接触面积越大，则遇到的切削阻力也就越大，摩擦力随之提高。钻孔环节刀具加工孔数量增加也会加速刀具的磨损与消耗程度，直接导致切削热呈现出快速增加和发展的趋势。刀具本身的快速磨损会影响到零件、设备的加工强度，最终导致质量恶化甚至出现断刀等技术问题。PCB行业快速发展的时代背景之下，UC类型的钻头得到了非常广泛的应用，其优势在于能够UC长度进行控制，最大化地发挥刀具应有的作用。在刀具产生初期磨损之后，会随着时间推进过渡到正常磨损和剧烈磨损阶段。刀具在加工不同的材料时本身会呈现出不同的磨损状态，且对于不同磨损阶段的刀具管理工作不可采取相同的寿命管控方法。因此，要想实现刀具的合理控制，就需要根据实际的材料强度、硬度特征、最大最小孔径、tg大小等参数来确定不同的加工要求，根据刀具的磨损情况作出内容调整，始终让刀具可以在稳定的使用要求下达到最大化利用，不浪费性能也不过度应用。需要注意的是虽然UC部分的缩短可以减少孔壁和刀体的接触面积，但随着研磨次数的增加，UC部分缩短本身会让切削刃区域出现其它类型的磨损状态。如果UC部分缩短至相关程度时，也会因此对产品质量产生不同程度的影响。

2.刀具研磨

刀具使用周期的增加会加速刀具的磨损程度和摩擦机械振动，且切削热增加同样会影响到孔位精度产生断刀等。因而，我们要对刀具进行合理研磨，在研磨环节也应注重研磨参数的合理控制。如果刀具需要返修，则应该将其和正常刀具进行区别管理，对研磨量、研磨程度等进行控制，才能合理地将主切削刃和副切削刃的磨损层去除，真正满足刀具的锋利度要求。

3.过程控制措施

钻孔加工过程中本身要考虑到孔位进度、粗糙度、钉头状态等关键参数控制要求，尤其是刃面的光滑程度与刀具研磨之间存在着密切的联系。如果需要进行钻孔，应该安排专业人员对刀面的光滑程度进行判定，且刀具的锋利程度和刀具破损之间关系密切。为了让各项参数都能调整至最佳水平，我们要考虑到刀具使用寿命延长和研磨次数之间的联系，应用相应的管控体系来严格控制好返修率和其它技术层面的要求。尽管随着刀具使用寿命的增加和研磨次数的增加，无论采取哪种管控方案都无法保障切削刃达到新刀具的锋利程度，甚至会因此而影响到孔壁质量。理论上来看刀具在出现磨损之后切削力会有下降趋势，对此我们应提升转速控制摩擦力，让刀具可以在“正常磨损”的状态下得到应用。钻孔工作站对于出库的刀具质量要做好严格把控，尤其是钻孔环节当中的产品质量确定工作和孔壁状态项目要进行合理分析，一旦发现异常应及时联系相关的技术人员减少刀具的盲目使用，从而提升产品质量。

4.刀具路径规划

刀具路径规划本身是复杂曲面数控加工环节的关键，同时也是当前数控加工技术的研究重点。我们应根据工程机械零件的结构特征和数控加工的工艺要求选择合理的刀具轨迹规划方案，满足切削行间距分布、加工误差分布以及走刀步长的分布要求，确定并生成刀触点。刀触点的生成过程本身由比较复杂的加工路径所决定，常见的路径生成算法包括等截面法、等残余高度法等。等截面法就是将曲面与垂直的平面求交获得刀具轨迹线，适用于一些曲率变化较小的曲面，刀具轨迹的计算量也能得到有效控制。而等参与高度法则通过迭代算法等方式获取另一条轨迹线的内容，适用于某些复杂曲面的加工过程，但计算量相对较大。

5.结语

为了进一步提升生产效率降低机械数控加工环节的生产成本，我们需要在日常工作当中对刀具的不同环节和加工参数进行控制，才能更好地利用能源和设备，对成本进行节约。工程机械复杂零件的数控加工本身是行业内的关键工作，其效率和精度也是研究者们普遍关注的问题。本次研究也分析了数控加工的刀具控制方案，以便于在今后的實践当中起到一定的参考和借鉴作用。

参考文献

[1]林志坚.探讨机械数控加工过程刀具高效使用优化[J].内燃机与配件，2019（17）：87-88.

[2]李宁.机械数控加工过程刀具高效使用优化探讨[J].装备维修技术，2020（02）：19.

[3]丘宏岳.机械数控加工过程刀具高效使用优化探讨[J].南方农机，2019，50（20）：175.

[4]田莉莉.机械数控加工过程刀具使用优化浅析[J].设备管理与维修，2019（08）：163-164.

作者简介：

邵全兵（1986.09）男，汉族，湖北武汉人，武汉技师学院数控铣高级技师，本科，主要从事数控加工与智能制造方向的研究.