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論數(shù)控加工工藝對刀具優(yōu)化設(shè)計的影響

2019-10-21 來源：承德技師學(xué)院作者：李占超，潘小新

摘要：在現(xiàn)代化制造業(yè)飛速發(fā)展的今天，相較傳統(tǒng)車床，數(shù)控車床具有更好的工作效率和更高的產(chǎn)品質(zhì)量保證，隨著數(shù)控加工工藝領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的突破，數(shù)控機(jī)床的加工速度及精度都大幅度提升。在人機(jī)交互的狀態(tài)下利用編程選擇數(shù)控機(jī)床刀具，控制切削用量成為數(shù)控機(jī)床加工速度和加工質(zhì)量優(yōu)化的關(guān)鍵因素。本文討論了刀具優(yōu)化與改進(jìn)的可能性，針對目前數(shù)控機(jī)床刀具的諸多不足加以分析并提出部分優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；刀具；優(yōu)化改進(jìn)

一、數(shù)控車床加工刀具應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，制造企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)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(zhì)，在數(shù)控車床加工中易導(dǎo)致刀尖磨損，降低被加工工件表面精度。其次，現(xiàn)實中還存在因為兩把車刀反復(fù)切換，程序使用時間延長所導(dǎo)致的崩刀狀況，無形中增加了設(shè)備維修及刀具使用成本。

二、刀具總體優(yōu)化目標(biāo)

隨著科技的發(fā)展，制造業(yè)要求現(xiàn)代化革新，機(jī)械加工要追求智能化、綠色化，其數(shù)控車床的加工效率和精度都有待進(jìn)一步提升，刀具的優(yōu)化是提高零件的加工精度和質(zhì)量保證的決定因素之一。刀具的選擇首先應(yīng)該能滿足零件生產(chǎn)的各項指標(biāo)，即高產(chǎn)出、高質(zhì)量、低耗能。高生產(chǎn)率要考慮刀具直徑、切除效率、換刀頻次、工件裝卡等因素；質(zhì)量的保證要努力避免刀具和零件發(fā)生干涉；成本的降低則要求更耐磨損的刀具材質(zhì)、更節(jié)約簡便的維修方式等。刀具總體優(yōu)化目標(biāo)因素應(yīng)圍繞質(zhì)量、效率、成本三點的有機(jī)結(jié)合，并以此作為刀具選擇是否合理的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

三、數(shù)控車床加工刀具的優(yōu)化與改進(jìn)

（一）加工刀具安裝位置恰當(dāng)

在數(shù)控車床的使用中，容易發(fā)生刀具破損，如果檢查結(jié)果顯示工件表面存在振紋，則很有可能是安裝位置不恰當(dāng)導(dǎo)致的。刀具的刀尖與刀工件軸線位置不恰當(dāng)，會引發(fā)切削時的振動，由此造成的刀具受損會大大影響工作進(jìn)程。因此，在道具安裝時一定要保證刀具安裝牢固、位置恰當(dāng)，對齊墊片前端，根據(jù)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(xiàn)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(wěn)固性，例如用螺釘固定，擦拭墊片等。

（二）選擇加工刀具種類

數(shù)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(dá)到總體質(zhì)量、效率和成本的優(yōu)化目標(biāo)，確保刀具與車床待加工種類的適應(yīng)性，要選擇符合表面、孔、槽、倒角、型腔等加工特征種類的材質(zhì)，保證一定的對應(yīng)性。其次，為提高其安裝與調(diào)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(zhǔn)化指標(biāo)。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(jié)構(gòu)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(tǒng)，要全面考慮被加工特征的特性，如形狀、尺寸、精度等標(biāo)準(zhǔn)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(jù)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(yīng)該適當(dāng)調(diào)整，如精鏜刀的刀頭以精密微調(diào)型為首選，刀頭材料以硬質(zhì)合金為主。為充分發(fā)揮刀具材質(zhì)的切削性能，避免發(fā)生因切屑堵塞致使鉆頭折斷的情況，要盡可能采用硬質(zhì)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(fù)雜的工件，或加工難加工材料，則宜采用高效能高速鋼材質(zhì)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(fā)生碰撞，但當(dāng)切削刃長度小于刀具當(dāng)前切削深度時則會導(dǎo)致模具損壞或精度下降。在精加工時，為避免刀尖的穩(wěn)定性差而發(fā)生振動，造成精度問題，應(yīng)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(dāng)。例如，某刀具要加工到直孔底部，刀具的長度應(yīng)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(jié)構(gòu)優(yōu)化

為降低產(chǎn)生裝夾誤差，確保加工表面精度及相互位置，在數(shù)控車床的加工刀具結(jié)構(gòu)優(yōu)化上，要盡量少用復(fù)雜結(jié)構(gòu)的刀。而在刀的結(jié)構(gòu)上，為減少不使用旋轉(zhuǎn)刀架，避免由于刀具的磨損而導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，降低機(jī)器維修難度，可以通過合并，將加工輪軸蓋結(jié)構(gòu)上的兩把刀變?yōu)橐话训丁?/font>

（六）加工刀具的有效補(bǔ)償

加工過程中，為保證機(jī)床功效與加工零件質(zhì)量，要注重數(shù)控車床更換加工對象時的刀具補(bǔ)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(jìn)行刀具補(bǔ)償以彌補(bǔ)差距。在刀具有效補(bǔ)償之后，不用調(diào)整零件的加工程序，但要在進(jìn)行刀具更換時，改變刀具的位置補(bǔ)償值。相對補(bǔ)償與絕對補(bǔ)償是刀具位置補(bǔ)償?shù)膬煞N主要方式，一般都是由程序段內(nèi)的 T 代碼來加以實現(xiàn)。而 T 代碼后 4 位數(shù)中，前兩位表示刀具號，后兩位表示刀具的補(bǔ)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(shè)定過程中，可以結(jié)合實際生產(chǎn)需要及刀具性能、精度等進(jìn)行調(diào)整。

四、小結(jié)：

隨著數(shù)控機(jī)床在實際工件加工生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，刀具優(yōu)化改進(jìn)問題已經(jīng)成為提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、減少設(shè)備維修、節(jié)約生產(chǎn)成本、滿足人們對工件精度高要求的關(guān)鍵。實際中，進(jìn)行選刀決策一般基于加工特征，以形狀、尺寸、精度等作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行決策。本文提出了在批量生產(chǎn)時的選刀策略，包括根據(jù)在人機(jī)交互狀態(tài)下切削用量、工件情況下的刀具安裝、刀具選擇、有效補(bǔ)償?shù)龋瑸閿?shù)控刀具的有效優(yōu)化以及數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展提供參考。

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