數控刀具智能技術在機械加工中的應用研究
2024-5-20 來源：貴州航空工業技師學院 作者：劉 飛
摘要：隨著科技的進步，機械加工技術也在不斷發展。在機械加工領域中，數控刀具智能技術是一種更加智能化、高效化與快捷化的加工技術，其能夠更好地滿足機械加工的需求，提升機械加工的效率與質量。文章概述了數控刀具智能技術的內容，構建了數控刀具材料本構模型，同時對銑削過程進行仿真，在此基礎上提出了機械加工中數控刀具智能技術的應用策略，以期有效提升機械加工實際處理效果與質量。
關鍵詞：數控刀具智能技術；機械加工；銑削
近些年來，隨著產業結構的不斷調整，機械加工的質量與效率亟待提升。數控加工技術是一種新型的機械加工方法，且在機械加工領域得到廣泛的應用。在數控刀具管理、監測以及使用等方面應用智能技術，能夠更好地優化機械加工方案，構建信息化、智能化的數控刀具智能管理體系，為機械加工智能化水平的提升提供良好的保障。與此同時，在機械加工過程中，機械加工工作人員要全面分析加工的零部件，在零部件加工形狀明確的基礎上選擇更加智能化、高效化的加工技術，從而提高機械加工的效率與質量 [1]。
1、數控刀具智能技術概述
數控刀具具有易切削、耐久性強、經濟壽命強、可靠性強、位置精度大等特性，因而在機械加工過程中應用越來越廣泛。在整個數控機床中，切削占據著非常大的比例，科學地選擇性能較高的數控刀具，對于提升機械加工生產效率更為有利。數控刀具智能技術的使用流程如圖 1 所示。
圖 1 數控刀具智能技術的流程
在應用數控刀具智能技術時的流程如下：對圖樣展開加工，確定最終的加工方案；選擇刀具，并做好安裝與調試工作；將數控刀具的參數、程序設定好；最后開展試運行，并加工零部件和驗收零部件 [2]。在數控刀具智能技術的應用過程中，為了促進機械加工效率與水平的提升，技術工作人員要不斷優化與完善設計數控刀具的架構，以此來推動數控刀具的智能技術操作性能的提升。在優化與完善的過程中，技術工作人員必須要充分考慮到在機械加工中數控刀具智能技術可能受到的影響。為了規避其他影響因素，防止數控刀具智能技術受到影響，在實際的機械加工環節中，要對數控刀具的操作流程和機械加工的操作系統進行合理、科學的程序設計以及參數設置，保障數控刀具的作用得到更好地詮釋與發揮，為機械加工效率與生產水平的提升提供良好的技術支撐 [3]。
2、數控刀具材料本構模型與銑削仿真
隨著科學技術的進步，數控刀具的應用也愈發智能化與信息化。為了能夠使得數控刀具智能技術發揮到最佳，重視數控刀具材料本構模型的構建和數控刀具銑削的仿真分析是非常有必要的。
2.1 構建數控刀具材料本構模型
在構建數控刀具材料本構模型之前要按照實際加工的零部件，科學地選擇數控刀具。但是數控刀具的類型是多種多樣的，其直徑不同，加工方式也會存在較大差異，因而不同的數控刀具，在其應用過程中會對機械加工的質量產生不同的影響 [4]。
在機械加工時，技術工作人員要注重機械加工效率的提高，從時間和質量等方面進行嚴格把控，保障數控刀具選擇的合理性與科學性，因而在數控道具的選擇上要尤為注意。當對小批量零部件進行數控加工時，工作人員可以通過合理控制數控刀具的待機時間，通過縮短其等待時間來增加零部件加工的時長，進而使其性能得到大幅提升。通過對刀具材料、刀具直徑等因素的綜合分析，在數控刀具的科學選擇上應該運用有限元仿真軟件與熱力耦合原理來智能化地分析數控刀具的切削熱、切削力等，這樣既能夠推動數控刀具智能技術應用效果的提升，又能夠提升數控刀具的精準仿真性，使其在機械加工中的科學性與精準性更高、更強 [5]。
在構建數控刀具材料本構模型時，要先對其數據運算展開分析，其分析的步驟主要是：首先進行幾何模型的建立，并對數控刀具的材料進行科學選擇；其次設定好零部件切削的參數，做好零部件材料的選擇；再次運用仿真分析系統來計算刀具的智能數據；最后輸出數控刀具的運算結果。技術工作人員要利用輸出的數據，從數據中心選取所需的參數，再運用刀具模擬的軟件系統來構建幾何模型，通過軟件之間的格式轉換，就能夠將數控刀具的本構模型構建出來 [6]。
在模型構建出來后，工作人員要做好網格劃分形式的選擇，結合零部件實際加工標準、要求以及生產需求，選擇恰當、科學的網格劃分形式。由于網格劃分形式有絕對與相對之分，如果運用相對劃分，就要結合系統軟件的具體參數來進行對應網格的設置，但是需要用戶制定好網格的數量、參數和相關數據。在劃分網格的實際過程中，網格的尺寸會受到多種因素的影響，如零部件的形狀變化會對網格尺寸產生影響。因此，技術工作人員必須要結合零部件的實際加工情況，動態設置與管理相關數據，使得加工的精準性得到有效提升 [7]。
如果運用絕對劃分，那么數控刀具智能技術會充分考慮到零部件的實際形狀，進而自動產生相關數據參數，且網格的尺寸也會隨著零部件的外形變化進行參數設置與改變，一般情況下，尺寸設置好后是固定的，不會輕易改變。使用絕對劃分時，如果零部件加工形狀更為復雜時，其就會有更多的網格數量，其模擬的
精準性也會逐漸提升 [8]。
可見，無論選擇哪種網格劃分形式，都要結合零部件加工的標準和要求，以此來保障零部件加工的精準性與科學性，最大化地提升機械加工的實際效率與質量。
2.2 刀具的銑削仿真分析
切削與銑削都是刀具應用的重要性能之一。在銑削的過程中，刀具與零部件之間會有摩擦熱能產生。為了能夠更好地反映刀具和零部件的切削力、切削溫度，選擇表面摩擦系數較為近似的刀具和零部件參數進行仿真分析，從而得出相應的仿真數據，仿真模擬數據分析如表 1 所示。
表 1 仿真模擬數據分析
由表1可知，刀具和零部件的摩擦系數越低，其切削的溫度也會越低，反之則反。由此可見，數控刀具的切削力與摩擦系數、零部件和刀具的溫度有著很大的聯系。在仿真分析的過程中，為了能夠最大化地縮小數控刀具在仿真分析與實際操作過程中的差異，提升仿真精準性，工作人員可以通過使用潤滑油等方法來對數控刀具的切削力進行有效控制，防止其對零部件的加工質量產生影響 [9]。
3、機械加工中數控刀具智能技術應用策略
在機械加工過程中，為了能夠有效提升機械加工效率，提高生產質量，加強數控刀具智能技術的應用，通過合理設置相關數據和參數，科學地選擇切削刀具等，能夠更好地節約生產成本，增強生產效益。
3.1 科學選擇數控刀具
目前，隨著時代的進步，科技的發展，數控機床的應用越來越普遍。而在應用數控機械時，切削型數控機械應用的范圍非常廣泛 [10]。數控刀具的壽命和切削用量關系密切，在確定切削用量時，需結合機械加工的目標來優化刀具的壽命。為了能夠促進數控機械加工效率的提升，工作人員要對數控刀具進行科學選擇與優化，充分地將數控刀具的作用與價值發揮出來。
在選擇數控刀具時，要考慮的因素主要有刀具的復雜程度、刀具的制造和磨刀的成本等，刀具的精度與復雜度越高，其壽命就越高。對于機夾可轉位的刀具，由于其換刀的時間相對較短，要想讓其充分發揮切削的作用與價值，選擇壽命較短的刀具，以此來提升生產效率。對于裝刀、調刀和換刀流程較煩瑣的多刀機床和組合機床等，選擇壽命較高的刀具，以此來保障其切削效率與刀具應用的可靠性。在精加工大件時，為了保證一次走刀工作的順利完成，防止切削過程中換刀，數控刀具的選擇要結合零部件表面的粗糙程度和精度來進行確定 [11]。
3.2 加大智能控制軟件的開發力度
在信息科技不斷發展的大環境下，機械加工的技術水平也得到了一定程度的提升。數控機械加工對技術要求相對較高，為了能夠更好地實現與提升數控機械加工的功能，使其更加智能化與信息化，重視數控機械軟件的開發是非常有必要的 [12]。
加大開發智能控制軟件的力度，從數控技術角度來優化與提升工作人員的維修能力與操作水平，使得機械加工的效率得到進一步提升。在開發智能控制軟件時，企業需從資金、人力等方面予以充分、必要的支持，聘用更加專業的編程設計人員；智能控制軟件的編程人員要嚴格把控好作業程序，按照機械加工的實際需求，細致、深入且全面地做好智能控制軟件的設計與開發，使數控刀具能夠得到更智能化的操控，減少人力、物力的投入，降低企業生產成本。與此同時，在加大智能控制軟件開發力度的過程中，要以智能數控刀具切削的精準性為著手點，結合機械加工的實際標準與要求，開發出更具針對性、精準性與可靠性的智能控制軟件，并對數控刀具進行科學化的控制，提升機械加工中數控刀具應用的效率與精準性 [13]。
3.3 科學設置數控刀具參數
在實際數控機械加工環節中，切削刀具的應用頻率非常高。要想提升數控加工環節的效率，工作人員結合實際加工要求與標準，科學地選擇數控刀具智能系統。通過對數控刀具材料等參數的科學設置，嚴格控制數控刀具背吃刀量等參數。
背吃刀量的計算公式為：背吃刀量 =（零部件待加工的表面直徑 - 零部件已加工表面直徑）/2。進給速度的計算公式為：進給速度 = 進給量 × 主軸轉速。主軸轉速的計算公式為：主軸轉速 = 切削速度 ×1 000/π× 零部件直徑。由于切削速度、進給量等參數都會對數控刀具切削質量與效率產生直接影響，因此，重視切削速度、進給量等參數的控制，能夠促進數控刀具切削效率的提高 [14]。
4 、結束語
綜上所述，目前，隨著科技的進步、經濟的發展，數控機床的加工技術應用越來越廣泛。在機械加工過程中，技術工作人員必須重視數控刀具智能技術的科學應用，優化與設置數控刀具相關參數，通過軟件設計、科學選擇數控刀具以及科學設置數控刀具，能夠有效提升機械切削加工的自動化、智能化水平，為精準化機械加工提供良好的保障。
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