論數控加工工藝對刀具優化設計的影響
2019-10-21 來源： 承德技師學院 作者：李占超，潘小新
摘要：在現代化制造業飛速發展的今天，相較傳統車床，數控車床具有更好的工作效率和更高的產品質量保證，隨著數控加工工藝領域關鍵技術的突破，數控機床的加工速度及精度都大幅度提升。在人機交互的狀態下利用編程選擇數控機床刀具，控制切削用量成為數控機床加工速度和加工質量優化的關鍵因素。本文討論了刀具優化與改進的可能性，針對目前數控機床刀具的諸多不足加以分析并提出部分優化措施。
關鍵詞：數控加工；刀具；優化改進
一、數控車床加工刀具應用現狀
目前，制造企業進行產品生產加工時所采用的仍然是焊接式的合金車刀刀具，刀具零件多為硬度較大的鑄鐵材質，在數控車床加工中易導致刀尖磨損，降低被加工工件表面精度。其次，現實中還存在因為兩把車刀反復切換，程序使用時間延長所導致的崩刀狀況，無形中增加了設備維修及刀具使用成本。
二、刀具總體優化目標
隨著科技的發展，制造業要求現代化革新，機械加工要追求智能化、綠色化，其數控車床的加工效率和精度都有待進一步提升，刀具的優化是提高零件的加工精度和質量保證的決定因素之一。刀具的選擇首先應該能滿足零件生產的各項指標，即高產出、高質量、低耗能。高生產率要考慮刀具直徑、切除效率、換刀頻次、工件裝卡等因素；質量的保證要努力避免刀具和零件發生干涉；成本的降低則要求更耐磨損的刀具材質、更節約簡便的維修方式等。刀具總體優化目標因素應圍繞質量、效率、成本三點的有機結合，并以此作為刀具選擇是否合理的判斷標準。
三、數控車床加工刀具的優化與改進
（一）加工刀具安裝位置恰當
在數控車床的使用中，容易發生刀具破損，如果檢查結果顯示工件表面存在振紋，則很有可能是安裝位置不恰當導致的。刀具的刀尖與刀工件軸線位置不恰當，會引發切削時的振動，由此造成的刀具受損會大大影響工作進程。因此，在道具安裝時一定要保證刀具安裝牢固、位置恰當，對齊墊片前端，根據精加工或是車削大直徑工件的不同情況控制好刀尖探出長度，避免出現剛度差，使得加工件表面粗糙，或存在扎刀、打刀等問題。同時，還要采取一定措施保證車刀安裝的穩固性，例如用螺釘固定，擦拭墊片等。
（二）選擇加工刀具種類
數控車床在加工中適合孔加工的刀具種類較多，有車刀、拉刀、麻花鉆、銑刀、鉸刀等，為了達到總體質量、效率和成本的優化目標，確保刀具與車床待加工種類的適應性，要選擇符合表面、孔、槽、倒角、型腔等加工特征種類的材質，保證一定的對應性。其次，為提高其安裝與調整的便捷性以及管理的高效化，還要注意刀具的通用化、標準化指標。小型車刀與螺紋車刀，以及多功能車刀由于刃磨方便，精度較高，抗彎與沖擊韌性性能好，通常適用于整體式的車刀選擇。而結構簡單，剛性良好，制造方便的刀具則適用于焊接式車刀。在實際決策時，選刀過程相對系統，要全面考慮被加工特征的特性，如形狀、尺寸、精度等標準以及加工工件的形狀裝夾方式、加工效率和加工精度等因素。
（三）確定刀具材料
刀具材料的選取會為加工成本帶來直接的影響。根據工件的材料、鉆削工藝以及切削量的不同，鉆頭頭部、刀頭材料應該適當調整，如精鏜刀的刀頭以精密微調型為首選，刀頭材料以硬質合金為主。為充分發揮刀具材質的切削性能，避免發生因切屑堵塞致使鉆頭折斷的情況，要盡可能采用硬質合金，但要把握好被切削工件材料的實際情況，避免浪費。對于要求切削速度高、耐磨性好、形狀復雜的工件，或加工難加工材料，則宜采用高效能高速鋼材質的刀具。合金工具鋼適合搓絲板、板牙、手鉸刀、手絲錐等刀具。手動低速刀具或僅用幾次就不再用的刀具，可選用碳素工具鋼。
（四）確定刀具直徑、長度及切刃長度
在一般情況下，已加工部分不會與刀具光桿部分發生碰撞，但當切削刃長度小于刀具當前切削深度時則會導致模具損壞或精度下降。在精加工時，為避免刀尖的穩定性差而發生振動，造成精度問題，應選擇能減少振動的長度較短的刀具。再者，理論上，刀架與工件的距離要恰當。例如，某刀具要加工到直孔底部，刀具的長度應該大于刀具加工終點位置到孔表面的高度距離。
（五） 加工刀具的結構優化
為降低產生裝夾誤差，確保加工表面精度及相互位置，在數控車床的加工刀具結構優化上，要盡量少用復雜結構的刀。而在刀的結構上，為減少不使用旋轉刀架，避免由于刀具的磨損而導致生產中斷，降低機器維修難度，可以通過合并，將加工輪軸蓋結構上的兩把刀變為一把刀。
（六）加工刀具的有效補償
加工過程中，為保證機床功效與加工零件質量，要注重數控車床更換加工對象時的刀具補償問題。由于實際操作中的刀具安裝位置會與理論編程位置存在一定的偏差，實際安裝位置就需要進行刀具補償以彌補差距。在刀具有效補償之后，不用調整零件的加工程序，但要在進行刀具更換時，改變刀具的位置補償值。相對補償與絕對補償是刀具位置補償的兩種主要方式，一般都是由程序段內的 T 代碼來加以實現。而 T 代碼后 4 位數中，前兩位表示刀具號，后兩位表示刀具的補償寄存器地址號，記錄了包括刀具幾何偏置量、磨損偏置量等重要信息，在設定過程中，可以結合實際生產需要及刀具性能、精度等進行調整。
四、小結：
隨著數控機床在實際工件加工生產中的廣泛應用，刀具優化改進問題已經成為提高生產效率、提升產品質量、減少設備維修、節約生產成本、滿足人們對工件精度高要求的關鍵。實際中，進行選刀決策一般基于加工特征，以形狀、尺寸、精度等作為標準進行決策。本文提出了在批量生產時的選刀策略，包括根據在人機交互狀態下切削用量、工件情況下的刀具安裝、刀具選擇、有效補償等，為數控刀具的有效優化以及數控機床技術的發展提供參考。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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