机械数控加工过程中刀具的合理使用控制与研究分析

2017-06-16陈博

科学与财富 2017年17期

关键词：设计制造自动化机械

陈博

（云科智能制造（沈阳）有限公司）

摘要：数控车床的应用越来越广泛，其高效的生产能力和高精度的加工件能够有效满足市场需求。数控车床在加工过程中对刀具有很多要求，因此在加工的过程中，要根据实际情况选用不同的刀具。本文对数控车床的刀具做简要分析。

关键词：机械；设计制造；自动化；发展

数控车床与普通车床相比，其加工精度、生产效率以及产品稳定性都要高出很多。因此，数控车床替代普通车床进行大范围批量生产已经成为必然趋势。在数控车床的刀具使用上，要针对实际情况进行合理的选择和有效的使用。

一、刀具的选择

（一）刀具材料

常见的刀具材料有以下几种：1、高速钢。2、硬质合金。3、金刚石。4、陶瓷。5、CBN材料。在这五种材料中性能最好的当属金刚石材质的刀具，尤其是在超精加工中其性能的优越性非常明显。但是由于自身价格因素的影响，金刚石刀具的价格在同类刀具中要略贵一些。

刀具的选择要考虑实际加工的要求，但耐磨损和抗冲击的性能是所有刀具都必须考虑的硬性指标。譬如涂层刀具的摩擦系数相对较低，在切削加工中产生的切削温度相对较低，刀具的耐用度要高于普通高速钢刀具。但是其韧性和锋利性相对高速钢材质的刀具相差很多，因此并不使用于高硬度材料的加工和切削力较大的粗加工。陶瓷刀具虽然具有较高的硬度，但是无论在抗弯强度上还是在抗冲击性上都相对较差，不适用于余量不均的重载切削。

数控车床所使用的刀具不同于普通车床，其在刀具的选择上有一些特殊要求：第一，刀具具有较好的刚性和精度，抗振性能好同时在加工工作时要有较小的热变形量。尤其是应用于粗加工过程的刀具，其对刀具刚性的要求要略高一些。第二，刀具要有较好的互换性，方便数控车床的快速换刀。第三，刀具的寿命长，也就是刀具的质量要过硬，并且具有稳定和可靠的切削能力。第四，刀具的尺寸要与机床相匹配。第五，刀具要标准化，方便编程和管理。提出以上要求是由于数控车床本身加工区域空间有限，而且为了保障高精度，在加工过程中要避免程序中止再启动，整个加工过程要尽量一完成，期间的换刀过程全部通过固定程序自动完成。在加工过程中一旦出现刀具不匹配等现象很容易造成刀具无法回库的现象。

（二）刀具角度

在进行粗加工和半精加工时应该选择稳固的夹紧方式，刀尖角要大一些。随着主偏角的减小径向力会随之增大，因此当工艺系统的刚度能够满足要求时可以适当减小主偏角。譬如在常见的加工过程中，用硬质合金刀具去加工低碳钢和合金钢时，通过减小主偏角便可以减小切削厚度，能够有效降低对切削刃的负荷。

（三）刀具结构

粗加工过程当中所使用的刀具应该具有很好的刚性和强度。虽然重型刀具能够满足要求但是由于重型刀具比较笨重，在应用过程中存在装卸困难的问题，所以应该尽量选用机夹刀具。常用的机夹刀具采用上压式、杠杆式、偏心销和楔块式的加紧方式。机夹刀具也有较高的制造精度，避免由于刀具精度问题导致的卡具承受过大的加工应力，造成刀具破坏。

二、刀具的损坏和预防措施

（一）破坏形式

刀具的损坏形式主要有两种，分别是刀具磨损和刀具破损。刀具磨损分为三种情况：1、后刀面磨损。2、前刀面磨损。3、前后刀面同时磨损。

后刀面磨损的情况一般出现在切削脆性材料或者厚度小的塑性材料以及主轴转速较低时。一般切屑从前刀面流出的情况容易造成前刀面的磨损。摩擦和高温压的破坏作用会使前刀面出现月牙洼，尤其在主轴转速高、进给量大的情况下切削塑性材料时极易出现。前后刀面同时磨损的情况一般出现在中等切削速度和进给量条件下的塑性材料加工时。

刀具破损有两种情况，分别为早期破损和后期破损，具体形式又分为崩刃、碎断、刀具裂纹和剥落几种形式。由于车刀在进行高速断续切削时会产生大量的热量，在进行高硬度材料切削加工时会受到很大的切削应力，因此在切削热与切削力的共同作用下很容易造成崩刃和剥落等破损情况。

（二）刀具损坏的原因分析

磨损现象在加工过程中是不可避免的。加工过程中刀具与工件在切削点上的摩擦非常强烈，车刀表面材料会逐渐的被消耗从而形成磨损。磨损的主要形式分为机械磨损以及热磨损和化学磨损。机械磨损是刀具在与材料硬质点进行摩擦刻划过程中造成的。热磨损和化学磨损是在加工过程中刀具由于热变形以及化学腐蚀的作用，与工件产生了粘结和扩散的现象。造成刀具破损的主要原因有三种：1、刀具本身的设计和制造质量不过关。2、刀具的使用方法不当。3、刀具在使用的过程中都到了较大的外部冲击力。

（三）预防措施

1.刀具的购买

在购买刀具时要选择正规厂家的产品。在刀片与刀柄的选择上要参考机床的加工性能、加工材料的特点以及工序安排和切削量等。先选刀片，再根据刀片和实际应用要求选择刀柄。

2.刀具的安装

安装刀片时不要使用套管。车刀在安装时不要采用过大的预紧力，尽量采用较小的刀头伸出量，防止加工时产生刀具振动。安装时尽量采用整体刀垫，不要采用多片累积的形式。

3.刀具的使用

刀具在使用过程中要根据加工对象的特点选用合适的刀具，要根据加工要求调整刀具角度。在对成型表面和内孔进行加工时要避免刀具的角度和工件的加工部产生干涉现象，防止加工过程中的撞刀事故。

三、加工过程中的控制

（一）背吃刀量

背吃刀量在选择时要充分考虑实际情况，包括机床的参数、刀具的特点以及夹具和工件等等。在工艺系统刚度能够承受的情况下要尽可能减少进给次数。在为了保证加工件的高精度，需要预留精加工余量。

（二）主轴转速和进给量

主轴转速的确定需要参考刀具性能、机床的新能以及加工材料的特点，以及加工过程中切削量的要求。在合理确定切削速度之后根据工件尺寸确定主轴转速。确定进给量时应当着重考虑材料的材质和加工精度，参考材料的粗糙度等。在保证材料加工进度的條件下要尽可能的加大加工进给量，从而减少工步，提高整体加工速度。