趙鵬程

摘 要 數控加工時刀具會持續(xù)發(fā)揮作用，因此磨損程度也會越來越快。在數控加工中，刀具始終處在工作狀態(tài)，極易受到不同程度的磨損，導致精確度降低，給正在加工的零件質量帶來一定影響，甚至自身還會產生斷刀問題，從而拖慢正常加工進度，增加成本投入。一旦對其控制不當，就會直接降低加工精度，影響工件質量，增加成本投入。因此，本文從刀具應用特點著手，基于最常出現(xiàn)的問題，探究高效化使用措施，以期為該行業(yè)發(fā)展帶來裨益。

關鍵詞 數控加工 刀具磨損 鉆孔加工 刀具研磨

中圖分類號：TH164 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）03-0118-03

為改變刀具磨損這一現(xiàn)狀，必須在實際加工過程中提升刀具應用效率，使其在有限的使用期限內創(chuàng)造出最大的價值，因此探究如何使刀具實現(xiàn)高效化應用極為必要。

1 刀具應用特點

根據材料、組成結構、切割工藝等可以將刀具分為多種類型，比如基于結構可以分為整體型、特殊型和鑲嵌型;基于材料可以分為金剛石類、高速鋼類和合金類;基于切割工藝可以分為鉆削、車削、銑削等[1]。但不管哪種類型，在實際加工過程中都必須滿足以下特征。

1.1 剛性

刀具一旦缺乏剛性，在實際加工當中，就會因為高速轉動時和材料相接觸產生的劇烈震動，給正在加工的零部件精密度帶來影響，拖慢加工進度，同時這種劇烈震動還會導致刀具的磨損程度增加，從而縮短應用期限。實際選用刀具時必須滿足具體的加工要求，保證基本剛性。

1.2 可換性

實際在數控加工時，往往會有不同的生產工序要求，這時則要應用不同類型的刀具。一般要根據實際加工狀況選擇，這就會涉及刀具的可更換性。具體應該在確?；Q速度的基礎上，把刀具完全精準地安裝到刀庫及機床上，刀柄通常也要根據用途選擇，目前最常見的主要有錐柄與直柄。

1.3 系列性

數控加工是基于編程和管理達到生產自動化，而刀具轉動自動化必須對各項影響因素進行考慮。實際生產時，只需要把刀具安裝到規(guī)定位置即可，如機床主軸或者刀庫上。從這來看，讓整個生產線保持穩(wěn)定的基本前提是刀具選擇的合理化，缺乏剛性等缺陷性刀具都會在很大程度上給產品質量帶來巨大影響，所以必須基于機床的實際性能、工具以及材料等實際狀況合理選用。

2 刀具在數控加工中容易出現(xiàn)的問題

第一，極易形成切屑。工件材料不同，切削條件也會有所差異，從而導致切屑形狀呈多樣化特征。目前最常見的為粒狀和條狀，長期積累下去就會給整個生產過程帶來影響。

第二，出現(xiàn)刀具磨損。刀具出現(xiàn)磨損的原因比較多，比如在切割線中，刀具會產生一定熱量，從而使工具溫度上升，由此影響刀具性能，從而降低加工工件質量。

3 鉆孔加工過程的控制策略

鉆孔加工期間需要注意多方面控制程度，比如孔邊毛刺及孔位精度等多個方面，必須將各項參數合理控制在相應指標范圍內，才可確保刀具在正常使用情況下實現(xiàn)管控目的。刀刃的光滑程度可對實際研磨次數產生一定影響，在鉆孔期間應針對刀面光滑程度進行檢查，此項工作必須由專業(yè)人員進行負責。通常出現(xiàn)專修力不平衡情況時，可能會使刀具主副切削部位產生破損，需要通過嚴格控制參數的方式起到預防控制效果，使刀具研磨次數合理可控，并使刀具處于最佳使用狀態(tài)。在刀具管控體系的構建過程中，應將刀具每次研磨要求定制問題作為研究重點，并在嚴格執(zhí)行過程中確認實際返修率，從而提升管控工作力度，延長刀具壽命，通?？稍诙鄠€方面進行分析研究。

3.1 觀察刀具表面光滑程度

刀具研磨次數在增加期間應以刀面光滑程度作為調整標準，PCB鉆孔模式在應用過程中，在封閉形式開展期間容易增加切削熱堆積，為盡量提升刀具切削表面清潔度，應盡量減少機械振動所產生的摩擦力和切削熱影響。在鉆孔作業(yè)結束后需開展系統(tǒng)檢查工作，由專業(yè)人員使用放大鏡進行檢查時，應確認刀具表面光滑程度是否達到使用標準，如果發(fā)現(xiàn)雜質或裂痕需及時作更換處理。

3.2 確認刀刃鋒利程度

刀刃的鋒利程度作為確認切削工作平穩(wěn)程度的重要基礎，需要重視其完整性和對稱性是否達到標準。如果在刀具使用之前發(fā)現(xiàn)存在破損，應立刻進行更換，防止后續(xù)出現(xiàn)鉆削受力不平衡或位置偏差、毛刺等問題，導致最終質量下降。在使用鉆頭之前，專業(yè)人員應使用放大鏡對所有部位進行詳細檢查，并在研磨前后注意提升管控力度，時刻檢查刀刃是否處于正常狀態(tài)，可在后續(xù)施工期間作為質量保障。

3.3 重視參數調整問題

刀具在增加研磨次數的同時可延長使用壽命，可在工作人員對刀具切削狀態(tài)開展管控工作時，針對切削刃鋒利程度進行詳細檢查，如果可達到新刃程度可在施工后提高孔壁精細程度及燈芯質量等，刀具研磨期間應注意控制系統(tǒng)應用情況，在對其進行甄別后，配合使用X80倍放大鏡開展檢查工作。在控制鉆孔參數和刀具、材料使用匹配度時，需要針對刀具類型及材料情況進行合理調整。因理論上刀具出現(xiàn)磨損問題后將會降低切削力，對膜材料的使用消耗也會逐漸增加。通過提升轉速的方式可有效加快切削力，并在加工過程中可有效提升熱能消散速度，可在正常磨損階段保證正常使用效果。

3.4 重視鉆頭研磨和鉆孔控制體系的妥善構建

刀具研磨對實際利用率可起到一定提升作用，因其在提升使用效率的基礎上，可有效減少返修次數，應針對此問題進行研究分析，可以在降低使用成本的情況下延長刀具使用時長。在檢查過程中可以將首件加工成品的孔位精準程度作為參考，在檢查孔壁等位置狀況時，如果發(fā)現(xiàn)異常情況應及時通知相關技術人員予以檢查處理，防止后續(xù)工作期間產生不利影響，降低實際加工質量。

3.5 適當控制刀具長度

在生產加工期間應注意控制穩(wěn)定性及精度，防止因振動影響使刀具變長。在適當選擇使用工具期間，應注意工具長度是否便于擰緊，同時應注意刀具長度與孔深度是否合理，綜合多種因素進行適當選控，可有效提升實際加工精度并保證分解拆卸工作不受影響。

4 刀具高效使用優(yōu)化措施

在數控加工中，刀具會在高速轉動下對材料產生一定切削壓力，但本身也會產生彈性變化。刀具還會因為受熱而發(fā)生磨損，對各機床加工精度帶來影響。為此，只有采用科學合理的手段選擇和管理刀具，才能提升生產效率，減少成本投入。

4.1 選用適合的加工工藝

工藝對于數控加工過程帶來的影響是十分顯著的，不單會給零件裝夾帶來影響，還會給刀具損耗帶來影響。當前最常見的工藝類型主要有三種：一是直接實施熱處理，使其達到相應的硬度要求，再進行合理加工;二是直接實施粗加工，再進行熱處理，完成之后再精加工;三是在原材料正火之后先進行粗加工，當熱處理到一定硬度要求之后再實施精加工[2]。

4.2 合理選擇刀具

4.2.1 合理選擇刀具類型

實際選擇刀具時，應確保其類型與加工零件的實際生產要求相符合。比如銑刀主要被應用在零件周邊輪廓加工當中;硬質性合金則主要被應用在銑削平面上;高速鋼制作的立銑刀主要被應用在凸臺和凹槽加工中;環(huán)形和球形的銑刀主要被應用在立體型面等輪廓作業(yè)中;球頭刀具主要被應用在自由曲面加工中。另外，不管是精加工、粗加工還是曲面，平頭刀具其表面的加工質量和效率都要顯著優(yōu)于球頭，實際選擇時應優(yōu)先平頭。

4.2.2 注重自動化換刀

目前在有些數控機床加工中，更換刀具時都需要人工進行輔助，整體耗時較長，這就需要編程人員提前掌握刀具及刀柄的實際尺寸、合理的調整方法等，從而控制好刀具數量，合理設置刀具順序，使粗加工和精加工類的刀具都能分開應用，實現(xiàn)高效率的自動換刀。

4.2.3 確保刀具刀刃的鋒利性

實際生產加工中，刀鋒鋒利程度和加工精密度息息相關，因此在持續(xù)加工狀態(tài)下，必須時刻關注刀鋒的具體變化，防止刀具出現(xiàn)損壞現(xiàn)象。具體可以在應用之前由專業(yè)人員應用放大鏡對刀具各刃的實際狀態(tài)進行檢查。為確保實現(xiàn)高精度的連續(xù)加工，還需提前預備多套刀具，每隔一段時間之后根據刀具的磨損程度進行及時更換。

4.3 控制刀具長度

實際加工時必須控制好刀具長度，防止因為長度缺陷和工件加工之間出現(xiàn)沖突，給工件精度帶來不良影響，從而降低刀具應用期限。通常為了確保工件加工過程中不和刀架之間出現(xiàn)碰撞，長度必須方便裝卡，例如當刀具必須加工到直孔底部時，其長度則應超過該孔的深度，或者為了減少振動，往往要選用較短的刀具。

此外，長度選擇還需將相關因素綜合進去，并反饋給決策者。

4.4 合理選用切削液

在很多數控加工當中，都必須使用專門的切削液，一是它能將加工過程中產生的大量熱量帶走;二是能將加工過程中產生的各類雜屑沖走;三是能在刀具和工件之間形成具有潤滑性質的油膜，從而減少刀具的損耗程度。為此，實際在對高硬度材料或者高溫合金材料進行加工時，則應根據實際情況和成本投入選用適合的切削液。

4.5 確保刀刃光潔和完整

很多數控加工都是半封閉干切削模式，整個過程不易散發(fā)熱量。因此必須確保刀具切削面的光潔性，從而減少摩擦阻力，降低機械振動和切削熱量。具體可以在鉆孔之前，由專門的人員對刀具進行詳細檢查，查看是否存在粉塵、雜質等。切削的完整性也是確保加工質量的重要條件，如果正式投入使用前的刀具主刃和副刃存在破損，就會影響鉆削的不平衡性，從而產生偏位、斷刀和鉆孔粗大等問題。為此實際投入使用前必須由專業(yè)人員對刀刃的實際完整性進行全面檢查，特別是在研磨之后，一旦研磨次數過多，刀刃的完整性就會受到影響，所以當研磨次數達到標準值時則要檢查刀具的磨損狀態(tài)是否存在異常。

4.6 落實刀具研磨管理

在數控加工當中，刀具始終處在運行狀態(tài)，這就極易出現(xiàn)磨損、鈍化等問題，必須及時進行研磨，確保工作效率。對刀具實施研磨最主要的目的就是使其能夠實現(xiàn)多次應用，延長刀具應用壽命，從而降低成本，發(fā)揮出最大價值。為實現(xiàn)這一點，可以專門建立一支刀具監(jiān)察小隊，在機床加工過程中展開巡視，對所有刀具狀態(tài)進行詳細檢查，按照標準嚴格判讀刻劃、磨鈍等問題，詳細記錄切削顏色及形狀，給后續(xù)的研磨和維修工作展開提供依據。同時研磨時還需控制好研磨數量和返修率。此外，在研磨之后還要建立專門的控制體系，特別是副切削刃產生鈍圓問題之后，必須仔細使用，及時對鉆孔參數進行調整。

4.7 落實加工參數控制

當刀具的應用期限和研磨次數達到一定程度時，無論采用哪種管控措施都難以確保其刀刃達到新刃的鋒利程度，從而給加工工件質量帶來影響，所以必須落實加工參數控制。在參數控制時主要從線速度、吃刀量和進給量著手，材料不同，刀具匹配的加工參數都是有所差異的，比如鈦合金的最佳線速度為70m/min，鋁合金則能達到300m/min，從切削深度和吃刀量來看，粗加工時車削量最大能超過單邊6mm，對數控銑來說，切深能夠超過2cm，如果使用比較小的吃刀量，則可能會影響加工效率，刀具使用期限也不會有顯著提升。

4.8 加強現(xiàn)場刀具管理

在加工現(xiàn)場對刀具實施有序化管理，能顯著提升加工效率，減少刀具損耗，反之則會增加損耗，影響生產效率。為此，實際管理時應該將不同規(guī)格的刀具進行分類存放，同時把新舊刀具、已研磨刀具和待研磨刀具分隔開等，從而使數控加工準備耗時降到最低，提升刀具應用效率，實現(xiàn)降本增效。

4.9 落實加工后回收

一是對可以在現(xiàn)場進行刃磨的刀具進行回收。很多數控車削刀片，尤其是無涂層的刀片，在磨損的時候都是可以通過手工修磨的，甚至在處理之后和新刀片相比整體效果更好。比如銑加工的刀具，其二刃和三刃平底銑刀在手工修磨之后都是可以正常應用的。

二是對可以重新刃磨涂層的刀具進行回收。一般涂層整體球頭銑刀等難以通過手工形式在現(xiàn)場進行修磨，磨損之后還應該進行統(tǒng)一集中化管控，并由刀具供應商進行修磨和重新涂層，這一形式能夠有效減少刀具成本投入。

三是對報廢刀具進行回收管理。在數控加工中，刀具難免會出現(xiàn)報廢問題，因此盡可能加大報廢損失控制極為關鍵。比如當工人在領用新刀具的時候落實登記措施，或者在提供報廢刀具之后再重新給其領用新的，再將報廢的刀具進行統(tǒng)一集中化回收，交給廠商進行處理，從而減少報廢損失。

5 結語

在數控加工中，刀具消耗占據很大成本，一旦刀具使用不當，就會影響正常生產，從而延誤正常進度。為解決這一問題，則要在實際加工過程中確保刀具都能得到高效化應用，比如在使用時要始終保持良好的光潔性和鋒利性，落實參數優(yōu)化，根據工件選擇適合的刀具，并在加工過程中落實刀具管理，完工之后加強回收，由此達到提升刀具應用性能、延長使用期限、降低成本投入的目的。

參考文獻：

[1] 陳行政，李聰波，吳磊，等.面向能耗的多刀具孔加工刀具直徑及工藝參數集成優(yōu)化模型[J].機械工程學報，2018，54（15）：221-231.

[2] 盧志遠，馬鵬飛，肖江林，等.基于機床信息的加工過程刀具磨損狀態(tài)在線監(jiān)測[J].中國機械工程，2019， 30（02）：220-225.

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