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論數控加（jiā）工工（gōng）藝對刀具優化（huà）設計（jì）的（de）影響

2019-10-21 來源：承德（dé）技師學院作（zuò）者：李占超，潘小新

摘要：在現代化製造業飛速發展的今（jīn）天，相較傳統車床，數控車床（chuáng）具有更（gèng）好的工作效率和更高的產品質量保證，隨著數控（kòng）加工工藝領域關鍵技術的（de）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，控製切削用量成為數控機床加工速度和加工質（zhì）量優化的關鍵因素。本文討（tǎo）論了刀具優化（huà）與改進的可（kě）能性，針對目前數控（kòng）機床（chuáng）刀具的諸多不足（zú）加以（yǐ）分析並（bìng）提出部分優化措施。

關鍵詞（cí）：數控加工；刀（dāo）具；優化改進

一、數控車床加工刀具應用現（xiàn）狀

目前，製造企業進行產品生（shēng）產加工時所采用的（de）仍然是焊接式（shì）的合金車刀刀具，刀具零件多為（wéi）硬度較大的鑄鐵材質，在數控車床加（jiā）工中易導致刀尖磨損，降低（dī）被加工工件表麵精度。其次，現實中還存在因為兩把車刀反複切換，程序使用時間（jiān）延長（zhǎng）所導致的崩刀狀（zhuàng）況，無形中增加了設備維修及刀（dāo）具（jù）使用成本。

二、刀具總體優化目標（biāo）

隨著科技的發展，製造業要求現代化革新，機（jī）械加工（gōng）要追（zhuī）求智（zhì）能化、綠色化，其數控車床的加工效率和精度都有待（dài）進一步（bù）提升，刀具的優化是提高零件（jiàn）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（gāi）能滿足零件生（shēng）產（chǎn）的各項指標，即高（gāo）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（gōng）件裝卡等因素；質量的保證要努力避免（miǎn）刀具和零件發生幹涉；成本的降低則要求更（gèng）耐磨損的刀具材質、更節約簡（jiǎn）便的維修方式等。刀具總體優化目標因素應圍繞質量、效（xiào）率、成本三點的有機（jī）結合，並以此作（zuò）為刀具選擇是否合理的判斷標準。

三、數控車（chē）床加工刀具的優化（huà）與改進

（一）加工刀具安裝位置恰當

在（zài）數控車床的使用中，容易發（fā）生刀具破損，如果檢查結果顯示工件表麵存在振紋，則很有可能是（shì）安裝位置不恰當導致的。刀（dāo）具的刀尖與刀工件軸線位（wèi）置不（bú）恰當，會引（yǐn）發切（qiē）削（xuē）時的振動，由此造成（chéng）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（dāo）具安裝（zhuāng）牢固、位置恰當，對齊墊片（piàn）前端，根據精加工或是車削大直徑工（gōng）件的不同情況控（kòng）製（zhì）好刀尖探出長度，避免出現剛度差，使得加工件表麵（miàn）粗糙，或存在紮刀、打刀等問題。同（tóng）時，還要采（cǎi）取一（yī）定措施保證車刀安裝的穩固性，例如用螺釘固定（dìng），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（de）刀具種類較多，有（yǒu）車刀、拉刀、麻花鑽、銑刀、鉸刀等，為了達到總體質量、效率和成本的優化目（mù）標，確保刀具與車床待加（jiā）工種類的適應性，要（yào）選擇符（fú）合表麵、孔、槽、倒角、型腔（qiāng）等加工（gōng）特征種類的材質，保（bǎo）證一定（dìng）的對應性。其次，為提高其（qí）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（biāo）準化指標。小型車刀與螺紋車（chē）刀，以及多功能車刀由於刃磨方便，精度（dù）較高，抗彎與衝擊韌性性能好（hǎo），通常適用於整體式的車刀選擇。而結（jié）構簡單，剛性良好，製造方便的刀具則適（shì）用於焊接式車刀。在實（shí）際決策時（shí），選刀過程相（xiàng）對係統，要全麵考慮（lǜ）被加工（gōng）特征的特性（xìng），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（dù）等因素。

（三）確定（dìng）刀具材料

刀具材料（liào）的選取會為加工成（chéng）本帶來直接的影響。根據工件的材料、鑽削工藝以及切削量的不（bú）同，鑽頭頭部、刀頭（tóu）材料應該適當調整，如精鏜刀的刀頭以精密微（wēi）調型為首（shǒu）選，刀（dāo）頭材料以硬質合（hé）金為主。為充（chōng）分發揮（huī）刀具材質的切削（xuē）性能，避免發生因切屑堵塞致使鑽頭折斷的情況，要盡可能采用硬質合金（jīn），但要把握（wò）好被切（qiē）削工件材料的實際情況，避免（miǎn）浪費。對於要求切削速度高（gāo）、耐磨性好、形狀（zhuàng）複雜的工件，或加工難加工材料，則宜采（cǎi）用高效能高速鋼材質的刀（dāo）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（dāo）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杆部分發生碰撞（zhuàng），但當切（qiē）削刃長度小於刀具當前（qián）切削深度時則會導致模具損壞或精度下降。在精加工（gōng）時（shí），為避免刀尖（jiān）的穩定性差而發生振動，造成精（jīng）度（dù）問題，應選擇能減少振動的長（zhǎng）度較短的刀具。再者，理（lǐ）論上，刀（dāo）架與工件的距離要恰當。例如，某刀具要（yào）加（jiā）工到直孔（kǒng）底部，刀具的（de）長度應該大於刀具加（jiā）工終點位置（zhì）到（dào）孔表麵的高度距（jù）離。

（五）加工刀具的結構優化

為降低產生裝夾誤差，確保加工表麵精度及相互位置，在數控車（chē）床的加工刀具結構優化上，要盡量少用複雜結構的刀。而（ér）在刀的結構上，為減少不使用旋轉刀架，避免由於刀（dāo）具（jù）的磨損而導致生產（chǎn）中斷，降低機器維修難（nán）度，可（kě）以通過合並，將加工輪軸蓋結構上的兩把刀變為一把刀。

（六）加工刀具（jù）的有效補償

加工過程中，為保證（zhèng）機床功（gōng）效與加工零件質（zhì）量，要注重數控車床更換加工對象時的刀具（jù）補償問題。由（yóu）於實際操作中的刀具安裝位置會與理論編程位（wèi）置存在一定的偏差，實際安裝位置（zhì）就需要進行刀具補償以彌補（bǔ）差距（jù）。在刀具有效補償之後，不用調整零件的（de）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（shì）刀具位置補償的兩種主要方式，一（yī）般都（dōu）是由程序段內的 T 代碼來加以實（shí）現。而 T 代碼後 4 位（wèi）數中，前兩位表示刀具號，後兩位表示刀具的補償寄（jì）存器地址號，記錄了包（bāo）括刀具（jù）幾何偏置量、磨損偏置量等（děng）重要信息，在（zài）設定過程中，可以（yǐ）結合實際生產需要及刀具性能、精度等進行調（diào）整（zhěng）。

四、小結：

隨著數控機（jī）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（yǐ）經成為提高生產效率、提升產品質量、減少設備維（wéi）修、節約生產成本、滿足人們對工件精度高要求的關（guān）鍵。實（shí）際中，進行選（xuǎn）刀（dāo）決策一般基於加工特征，以（yǐ）形狀、尺寸、精度等作為標準進行決策。本文（wén）提出了在批量生產時（shí）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（kuàng）下的刀具安裝、刀具（jù）選（xuǎn）擇、有效補償（cháng）等，為數控刀具的有（yǒu）效優化以（yǐ）及數控機床技術的發展提供參考。

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