韋江波 劉漢華

[摘 要] 文章針對當(dāng)前數(shù)控實(shí)訓(xùn)教學(xué)中刀具使用情況進(jìn)行分析，將硬質(zhì)合金刀具引入課程教學(xué)，使學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中對刀具的使用更靈活與多樣化，打破傳統(tǒng)教學(xué)中刀具使用的單一性。

[關(guān)鍵詞] 數(shù)控銑削；實(shí)訓(xùn)教學(xué)；硬質(zhì)合金刀具；教學(xué)方法

[作者簡介] 韋江波，柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：CAD/CAM及機(jī)械、數(shù)控加工技術(shù)領(lǐng)域，廣西 柳州，545006；劉漢華，柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院助理工程師，研究方向：數(shù)控加工技術(shù)領(lǐng)域，廣西 柳州，545006

[中圖分類號] G42 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1007-7723（2012）09-0111-0003

隨著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，刀具的使用對零件加工質(zhì)量要求越來越高，因而對刀具選擇與使用也有較高要求。傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床操作實(shí)訓(xùn)教學(xué)，多采用高速鋼刀具加工零件，加工參數(shù)的選擇具有局限性，零件加工方式過于單一，無法適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)需要。而數(shù)控刀具材料種類很多，如CBN金剛砂合物刀具、陶瓷刀具、合金刀具、表面涂層刀具、硬質(zhì)合金刀具等。刀具材料不同，使用性能和對機(jī)床要求不同，在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中不可能使用所有種類的刀具。

硬質(zhì)合金刀具良好的切削性能被廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工各個領(lǐng)域，其材料特征可制作成各種加工要求的刀具形狀，對機(jī)床性能要求不高，在數(shù)控機(jī)床上均可使用。因此將硬質(zhì)合金刀具引入實(shí)訓(xùn)教學(xué)課程，不僅豐富教學(xué)資源，而且為實(shí)訓(xùn)操作中刀具選擇及使用提供更多的參考。

一、相關(guān)課程支撐

在原有的實(shí)訓(xùn)課程中增加硬質(zhì)合金刀具使用，在一定程度上增加了教學(xué)的難度與工作量。而傳統(tǒng)教學(xué)中多采用高速鋼刀具，與硬質(zhì)合金刀具在材質(zhì)和使用上有一定的區(qū)別。因此在實(shí)訓(xùn)課程安排前學(xué)生必須掌握相關(guān)的理論課程，如刀具材料、機(jī)械制圖、數(shù)控機(jī)床等，這樣在實(shí)訓(xùn)中可把一些刀具基礎(chǔ)知識省略掉，重點(diǎn)放在零件加工與尺寸精度控制。相關(guān)理論課程介紹如下：

（1）《刀具材料》、《金屬切削原理》課程，由于刀具材料不同，其性能及用途各不相同，如硬質(zhì)合金刀具中的YC類型號適用于鋼、鑄鐵的加工，YT類型號適用于碳素鋼、合金鋼的加工等。要求學(xué)生了解常用的刀具類型、適用場合，掌握常用刀具材料使用性能，對選用的刀具材料相關(guān)參數(shù)有所了解，如韌性、硬度和切削溫度等。這些知識對實(shí)訓(xùn)教學(xué)中硬質(zhì)合金與高速鋼刀具選擇、參數(shù)設(shè)置有很大的幫助，同時也加深學(xué)生對刀具使用的認(rèn)識。

（2）《機(jī)械制圖》課程，在數(shù)控實(shí)訓(xùn)過程中，會遇到一些復(fù)雜零件圖形，學(xué)生不僅要讀懂這些圖形輪廓形狀，而且要會分析圖形形位公差與尺寸公差。對后續(xù)的數(shù)控實(shí)訓(xùn)加工過程中合理的選擇刀具，編制加工工藝，合理安排切削路徑起到重要作用。

（3）《數(shù)控機(jī)床》課程，數(shù)控機(jī)床種類較多，不同機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)原理、運(yùn)動特性、機(jī)床基本參數(shù)存在差異。在數(shù)控實(shí)訓(xùn)前期教學(xué)中，要讓學(xué)生對要操作的機(jī)床有所了解，掌握機(jī)床運(yùn)行的基本參數(shù)，以便在后續(xù)的教學(xué)中選擇刀具大小及設(shè)置刀具加工參數(shù)有很大幫助，防止由于加工參數(shù)的選擇不合理使機(jī)床在運(yùn)行過程中超過機(jī)床規(guī)定參數(shù)，導(dǎo)致機(jī)床產(chǎn)生劇烈振動，嚴(yán)重時會導(dǎo)致機(jī)床故障及損壞。

三、刀具在課程教學(xué)過程中的應(yīng)用

（一）按照循序漸進(jìn)的教學(xué)規(guī)律合理使用硬質(zhì)合金刀具

數(shù)控銑削實(shí)訓(xùn)教學(xué)中在原有的教學(xué)內(nèi)容里加入硬質(zhì)合金刀具的使用會增加教學(xué)難度及教學(xué)時間，因此在教學(xué)中先完成簡單零件加工實(shí)訓(xùn)操作，觀察學(xué)生加工一個零件所需要的時間，更換硬質(zhì)合金后所需要的加工時間，這些加工時間是建立在合理利用刀具使用性能基礎(chǔ)完成的，將完成的零件進(jìn)行對比，其中包括表面粗糙度、尺寸精度等等。前期完成的零件簡單，所需要的加工時間較少，不會增加太多的實(shí)訓(xùn)時間，學(xué)生也就更能理解使用硬質(zhì)合金刀具是否能提高生產(chǎn)效率，刀具的選擇是否合理。在后續(xù)加工零件形狀將從簡單到復(fù)雜，刀具的選擇從一刀具到多把刀具，循序漸進(jìn)，舉一反三，學(xué)生漸漸的就在加工中掌握刀具的使用。

（二）按照零件加工特性選用刀具

實(shí)訓(xùn)教學(xué)中通常加工的零件比較單一，采用合金鋁和碳素鋼較多，對刀具的規(guī)格要求不高，因此通常選擇性價(jià)比較高的高速鋼刀具即可應(yīng)付。如果適當(dāng)選擇一些不銹鋼、模具鋼等特殊型材，在刀具的選擇上硬質(zhì)合金刀具更能發(fā)揮自身的優(yōu)勢，但是無形中也會增加教學(xué)成本。采取的辦法有：1）在刀具加工范圍的情況下將適當(dāng)縮小圖形尺寸及減小切削深度。2）購買一些產(chǎn)品加工后的邊角料等，根據(jù)這些材料設(shè)計(jì)加工圖形。3）增加一些相關(guān)圖片、視頻、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源等文件進(jìn)行多媒體教學(xué)。

（三）刀具使用在課程中的應(yīng)用

零件的加工過程是以“零件圖樣→相關(guān)知識→分析工藝→加工→評估結(jié)果”技能操作學(xué)習(xí)過程為主線，以一個零件作為工作任務(wù)，學(xué)生按要求完成整個操作過程，在此過程中要學(xué)會分析零件，合理的選擇刀具，并對高速鋼刀具和硬質(zhì)合金刀具加工情況進(jìn)行對比，計(jì)算工作時間，找出最佳設(shè)計(jì)方案。

表1所示為數(shù)控銑床實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的臺階面銑削單元設(shè)計(jì)，具體方案如下：

1.刀具使用規(guī)劃。列舉幾把常見刀具進(jìn)行分析，分析內(nèi)容包括刀具材料、刀具形狀、刀具性價(jià)比、刀具使用性能及切削參數(shù)，讓學(xué)生分組討論，以小組的形式將每個小組得出的結(jié)論進(jìn)行反饋，老師對每個組的反饋情況進(jìn)行分類，對討論結(jié)果進(jìn)行分析，得出最佳方案。

2.分析零件圖。明確加工內(nèi)容，零件圖形通常由一個或者多個輪廓組成，每個輪廓除了尺寸精度要求外，相應(yīng)的輪廓之間由形位公差進(jìn)行約束。在分析圖形時，要確定哪些輪廓尺寸為基準(zhǔn)尺寸，以便在后續(xù)的工藝制定中合理編排加工順序及刀具的選用。

3.制定加工過程文件。首先填寫加工工藝卡，將刀具材料、類型等參數(shù)預(yù)先填寫好，是加工前期的準(zhǔn)備階段。其次是記錄加工數(shù)據(jù)，將每次加工時所設(shè)置的切削參數(shù)、補(bǔ)償值等寫入文件中，為后續(xù)的刀具信息、數(shù)據(jù)分析做準(zhǔn)備。最后是驗(yàn)收記錄，將兩種刀具加工好的零件進(jìn)行驗(yàn)收，分析刀具加工情況、加工時間、產(chǎn)品質(zhì)量等。

4.反饋匯總。零件采用傳統(tǒng)高速鋼刀具與硬質(zhì)合金刀具加工完成后信息進(jìn)行匯總，將驗(yàn)收記錄填入?yún)R總表內(nèi)，進(jìn)行信息的數(shù)據(jù)比對。分析刀具的使用情況其中包括刀具大小、進(jìn)給速度、單個輪廓加工時間，總的加工時間，刀具磨損情況等；零件的加工質(zhì)量包括表面粗糙度、尺寸精度、形位公差等。

三、結(jié) 語

通常硬質(zhì)合金刀具在加工效率及零件表面質(zhì)量上都會優(yōu)于高速鋼刀具，但是在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中零件形狀大小受到一定限制，刀具的選擇范圍小，導(dǎo)致這兩種刀具在加工效率上差別不大，甚至在加工某些輪廓形狀時，高速鋼刀具要優(yōu)于硬質(zhì)合金刀具。出現(xiàn)這些情況對學(xué)生在今后的生產(chǎn)加工中合理的選擇與使用刀具提供很大的幫助。

[參考文獻(xiàn)]

[1]陳華.零件數(shù)控銑削加工[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2010.

[2]梅沢三造.硬質(zhì)合金刀具常識及使用方法[M].北京：機(jī)械工程出版社，2009.

[3]馬立克.數(shù)控編程與加工技術(shù)[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2003.

[4]戴士弘.職業(yè)教育課程教學(xué)改革[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.