机械数控加工过程刀具使用优化策略的研究

王亮

哈尔滨东安实业发展有限公司，黑龙江哈尔滨  150060

摘要：在机械加工中，技术人员应对加工零部件进行全面分析，在明确加工工件的几何形状的基础上，选择具有针对性的加工工艺。同时，技术人员应模拟数控加工图形，实现对机械加工过程的优化与控制，提高机械加工效率与质量。本文基于数控刀具智能技术流程分析，建立Johnson-Cook本构模型，对数控刀具铣削进行仿真分析，并对切削型数控刀具技术应用展开深度分析，以期为提升机械加工实效提供参考和借鉴。

关键词：数控加工；刀具智能技术；机械加工

引言

在数控加工生产中，刀具选择不合理，会导致其磨损加快，缩减刀具的使用寿命，同时还会影响产品精细程度，导致产品加工质量出现问题，造成产品的次品率和坏品率增加。只有科学掌握有效的刀具使用方法，促进相关切削工艺不断优化，确保切削原理符合要求，并做好科学控制，才能延长刀具的使用寿命。

1机械数控刀具特征

掌握机械数控刀具的特征是刀具应用的基础。机械数控操作可能导致刀具的振动与倾斜，间接产生损耗，因此要选择刚性较强的刀具。刀具在机械加工进程中扮演着重要角色，不同类型的刀具各有侧重。与传统刀具相比，数控刀具在性能方面具有诸多优势。如果刀具刚性较强，就能快速完成切削作业。如果刀具精准性能较强，则能为机械数控加工过程的刀具尺寸调整与换刀提供有效支撑。机械数控刀具借助计算机系统，能有效监测机械数控的加工过程，为刀具管理提供有效支撑。机械数控加工适用于各种类型的车削场景。例如：粗车阶段选用刚性较强的刀具，贴合粗车阶段进给量高的特征；精车阶段使用精度高的刀具，可获得更优质的加工效果；数控加工中采用机夹刀片可以提高效率，方便对刀。需要注意，机械数控加工类型较多，刀具的选择要足够灵活。

2机械数控加工过程刀具使用优化策略的研究

2.1数控技术应用于机械加工设备

模具生产制造领域中对数控加工技术的应用离不开机械，这是因为其伴随着机械操作实现数控指令。在传统的生产加工中，机械设备容易受到环境、设计以及磨损等因素的影响，设备的使用寿命有所降低。而在生产加工过程中，一旦机械出现故障，那么就很容易影响加工产品的整体质量，也会延长生产周期，从而使企业遭受巨大的经济损失。而数控技术的应用则可以有效解决这一问题，确保机械在生产过程中的安全与效率，避免由于机械故障而造成的重大损失问题。数控技术在模具生产加工过程中出现故障的可能性较低，这也在某种程度上确保了企业的生产质量与生产效率，提高了企业的经济效益。在数控加工技术的应用过程中，一旦出现机械故障，故障将通过代码形式直接反馈给数控操作系统，实现故障的快速诊断与维护。除此之外，对于出现的一些小故障，系统可以进行自行修复，从而降低了由于机械故障而延误的生产时间。数控加工技术的应用，有效地规避了人为操作所产生的风险，也节省了生产时间，有效地提升了生产效率。除此之外，在生产过程中，程序设计员可以通过将事先准备好的程序导入数据系统中，从而使机械可以依据设定好的程序进行生产，同时，程序也将依据实际生产需要，及时调整相关操作，从而实现企业高效生产，有效提升企业的经济效益。

2.2切削型数控刀具技术应用分析

具体实践中，切削型数控机械加工的应用频率较高，为有效提升切削型数控加工效率与质量，需要技术人员根据实际加工需求，科学应用数控刀具智能系统。例如，小型产品加工过程中，技术人员应通过调整工件切削时间，控制数控机械待机时间，以提高机械加工效率。结合上述分析可知，刀具直径、刀具材料是影响机械加工效率与质量的重要内容，为保证机械加工效率与质量，技术人员应根据实际加工需求和智能化系统数据分析结果，合理选择应用数控刀具。

2.3建立刀具管理回收体系

在机械数控加工现场落实刀具管理任务，可保证刀具合理应用。使用过的刀具或多或少存在磨损现象，通过条理化的刀具管理模式，可有效提高刀具管理效率，最大限度挖掘刀具的潜在价值。对于没有涂层的刀具刀片，通常采用手工修磨方式维护刀具。一般情况下，修磨后的刀具应用效果更好，如2刃和3刃的平底铣刀经过手工研磨后应用效果更好。对于无法通过手工模式修磨的刀具，可采用集中管控方式，将刀具批量交付给供应商集体维护。经过专业化的修磨涂层处理后，可部分恢复刀具的应用价值。对刀具进行集中涂层，相比于直接采购新刀具可节省1/3的成本。此外，需要注意刀具报废的处理形式，要最大限度降低因刀具报废带来的损失。刀具更换需要做好登记，确定刀具报废后，方可登记领用新刀具，并将报废的刀具交付给厂家处理，完善刀具回收机制。

2.4刀具在线监测

要实现对于数控加工的质量控制，还需要进行刀具在线监测和补偿。刀具在线监测是保证金属切割顺利和可靠的关键。在具体加工中，针对刀具运行状态实施在线监测以及补偿，主要是通过多传感器监测系统来共同实现的。比如，在具体的缸体零部件加工中，监测系统可以结合采集的刀具参数，针对刀具进行初始点预调，实现刀形轮廓准确度量，确保自动校正和补偿目标的实现，促进柔性生产线安全可控，提升加工效率和质量。通过刀具在线监测，能够及时对刀具的异常情况和磨损程度进行掌握，以便相关工作人员及时更换刀具，处理问题，以确保刀具加工不受影响。

2.5重视钻削的应用

钻削技术能够确保合理应用刀具。在实际工作中使用钻削加工方式，可充分利用钻头进行加工。例如，在应用合金材料加工钻头的过程中，使用传统方式就意味着切割过程需要伴随着长久的固定转速与进给状态，间接增大刀具的承压负担。切割过程本身会产生弹性力。如果材料压力持续增大，加大切割阶段的弹性力最终会导致刀具变形，也会对材料产生不利影响。如果材料的承压能力较强，则会出现切割完毕零件掉落的现象，并产生大量岩屑。尽管上述操作也可以完成刀具切割，但是在刀具切割过程中会产生大量热量，最终影响加工质量，同时降低设备的工作性能。通过对切割过程中刀具生热现象的分析发现，刀具切割阶段的摩擦现象是重要的生热原因。刀具切割阶段的摩擦生成热量的同时，会间接诱发刀具损耗，降低产品质量。可见，在刀具切割阶段必须重视刀具磨损问题，总结刀具磨损规律，合理控制刀具加工时间。

结语

从目前数控加工工艺来看，其中还存在质量与效率不高的问题，对此，可以对影响刀具加工质量和效益的相关因素进行分析，把握刀具使用中的影响因素，从而制定有效的刀具加工方案，确保数控加工质量的可靠性和高效率。此外，在工件加工中，要通过刀具结构优化以及加工材料的合理选择，确保刀具保持良好状态，提升刀具应用成效。

参考文献

[1]蔡安江,宋仁杰,杜金健,等.五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法[J].长安大学学报(自然科学版),2018,38(1):120-126.

[2]黎先才.五轴数控加工中通用刀具扫掠体生成方法[J].西安工业大学学报,2017,37(8):594-599.

[3]王晓宏.基于复杂曲面的数控加工刀具轨迹设计[J].自动化与仪器仪表,2018(10):131-134,138.

[4]赵娇燕,程望斌,万力,等.数控加工刀具的速度优化控制[J].湖南理工学院学报(自然科学版),2017,30(1):44-51.

[5]朱永翔,郭培基,陈曦.基于数控加工高次离轴非球面反射镜的刀具轨迹规划研究[J].光学技术,2019,45(6):718-723.