蘇宏志

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

0 引言

隨著數(shù)控刀具種類和形式的不斷增加，工具系統(tǒng)的廣泛使用，數(shù)控刀具采購和選用成為企業(yè)必須解決重要技術(shù)問題。目前數(shù)控刀具相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)雖然對數(shù)控刀具的標(biāo)準(zhǔn)型號代碼進(jìn)行的規(guī)定，但由于生產(chǎn)廠商較多，且采用的標(biāo)準(zhǔn)并不一致，各個(gè)生產(chǎn)廠商所生產(chǎn)的數(shù)控刀具型號代碼也存在一定的差異，這對數(shù)控刀具采購和選用造成極大局限性。為了提高企業(yè)數(shù)控加工時(shí)刀具選用和采購效率，本文提出了一種基于數(shù)控刀具工藝特征信息的數(shù)控刀具采購選用方法，為企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中數(shù)控刀具采購選用提供一定的借鑒。

1 刀具工藝特征的分析

1.1 工藝特性

隨著數(shù)控加工在機(jī)械制造業(yè)種普遍使用，數(shù)控刀具種類和數(shù)量大量增加，數(shù)控車削刀具、數(shù)控銑削刀具、數(shù)控鉆削刀具、數(shù)控鏜削刀具，以及具有數(shù)控加工特色的多功能復(fù)合刀具，是目前各數(shù)控刀具生產(chǎn)廠商和企業(yè)刀具使用和管理部門進(jìn)行分類和命名的主要方法。數(shù)控車削、數(shù)控銑削、數(shù)控鉆削、數(shù)控鏜削，以及具有數(shù)控加工特色的多功能加工這些不同的工藝特征決定著數(shù)控刀具所具備的不同名稱和工藝范圍。

1.2 工序特性

每把數(shù)控刀具的加工工藝特征又都具有典型工序特性。數(shù)控車削刀具加工工序特性包括： 外圓車削、內(nèi)圓車削、切斷及切槽加工、螺紋車削等；數(shù)控銑削刀具加工工序特性包括： 平面銑削、輪廓銑削、仿形銑削、螺紋銑削等；數(shù)控鉆削刀具加工工序特性包括： 中心孔鉆削、普通鉆削、擴(kuò)孔與锪孔鉆削、鉸削等；數(shù)控鏜削刀具加工工序特性包括： 精鏜加工和粗鏜加工等。這些典型的工序特性通常是實(shí)際生產(chǎn)中是劃分工序的主要依據(jù)，也是數(shù)控加工中刀具選用的基礎(chǔ)，即不同數(shù)控加工工序?qū)?yīng)著不同的數(shù)控加工刀具。

1.3 工序加工方式特性

同一個(gè)工序特性的數(shù)控刀具在進(jìn)行加工時(shí)又有著不同的加工方式，如數(shù)控外圓車削刀具，工序特性為外圓車削，但由于其形狀結(jié)構(gòu)、幾何角度、切削參數(shù)的不同使其加工方式不同，所以這又可分為外圓縱向車削刀具、外圓端面車削刀具、外圓仿形車削刀具等。所以刀具的工序加工方式特性也是選擇數(shù)控刀具正確性與合理性的重要特征依據(jù)。經(jīng)過分析和歸納，數(shù)控刀具典型的工序加工方式特性見表1 所示。

1.4 刀具的結(jié)構(gòu)特征

數(shù)控刀具從結(jié)構(gòu)上分析，主要包括切削部分和刀柄部分。切削部分主要指刀片或整體式刀具的刃磨部分；刀柄主要為刀具與機(jī)床的連接部分。由于數(shù)控加工工藝特性、工序特性以及加工方式特性的不同，各類數(shù)控刀具的形狀和結(jié)構(gòu)不同，通常刀具切削部分與刀柄部分的連接形式是數(shù)控刀具最為明顯的結(jié)構(gòu)特征，也是數(shù)控刀具選用考慮重要原因。數(shù)控刀具常見的結(jié)構(gòu)形式主要有：機(jī)夾可轉(zhuǎn)位式、鑲嵌式、整體式、可調(diào)式、復(fù)合式等。

表1 刀具的加工方式特性

1.5 工件材料與刀具材料特征分析

工件材料受其所含合金元素、熱處理、硬度等因素的影響都有自己獨(dú)特性能，在ISO 標(biāo)準(zhǔn)中根據(jù)其獨(dú)有的特性工件材料被分為鋼、不銹鋼、鑄鐵、有色金屬、耐熱合金和淬硬鋼六大類，每一大類下由于熱處理方式和組成成分不同又有不同性能材料，如不銹鋼下有奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼等。同時(shí)工件這些性能也是數(shù)控刀具的材料、結(jié)構(gòu)和切削參數(shù)選擇重要考慮內(nèi)容之一。而現(xiàn)代數(shù)控加工常用的刀具材料主要有高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼和聚晶金剛石五大類別，不同材料刀具具有不同切削性能。因此，工件材料性能、刀具本身性能都是數(shù)控加工中刀具選擇要考慮因素之一?，F(xiàn)代數(shù)控刀具制造中，在每一大類刀具材料中通過添加特殊成分或不同制造工藝，進(jìn)一步形成切削性能更加良好刀具種類，如硬質(zhì)合金刀具進(jìn)一步分為非涂層硬質(zhì)合金刀具、涂層硬質(zhì)合金刀具、金屬陶瓷刀具等種類。

1.6 刀具形狀特性

刀具的直徑大小、角度大小、齒數(shù)的多少等形狀特性與被加工工件的形狀、材料以及機(jī)床功率狀態(tài)都有一定的關(guān)系。例如可轉(zhuǎn)位銑刀直徑的選用主要取決于設(shè)備的規(guī)格和工件的加工尺寸；選擇平面銑刀直徑時(shí)主要需考慮刀具所需功率應(yīng)在機(jī)床功率范圍之內(nèi)，也可將機(jī)床主軸直徑作為選取的依據(jù)。立銑刀、槽銑刀直徑的選擇主要應(yīng)考慮工件加工尺寸的要求，并保證刀具所需功率在機(jī)床額定功率范圍以內(nèi)。數(shù)控刀具在選用時(shí)，在確定工藝工序、加工方式、結(jié)構(gòu)形式、材料后，根據(jù)工件、機(jī)床設(shè)備選擇合理齒數(shù)、切削角度、切削刃大小等刀具形狀參數(shù)是最為重要一點(diǎn)。

2 刀具選擇的內(nèi)容

2.1 刀具選用的內(nèi)容和步驟

數(shù)控刀具的選擇是切削加工的重要技術(shù)過程，它需要技術(shù)人員既要了解加工工藝知識，又要熟練掌握各種刀具產(chǎn)品知識和切削加工知識。在選擇刀具時(shí)從大的原則上要考慮選擇的刀具適用性、經(jīng)濟(jì)性、通用性、穩(wěn)定性和切削性能良好，而具體刀具選擇因數(shù)包括刀具與機(jī)床的連接和夾持形式、加工的材料類型和硬度、加工類型、工序類型、切削條件工件和表面粗糙度要求等各方面。在選擇刀具時(shí)關(guān)鍵內(nèi)容和步驟如表2 所示。

2.2 刀具選擇關(guān)鍵點(diǎn)

（1）刀片形狀的確定是切削加工的重要選擇因數(shù)，常用的刀片形狀有三角形，正四邊形，菱形和圓形等。不同的刀片形狀具有不同的刀尖角和切削刃長度，其中，刀尖角對刀片的強(qiáng)度有相當(dāng)大的影響，刀尖角越大則刀片的強(qiáng)度也越大；在仿形切削中車削輪廓和錐度時(shí)，刀尖角不應(yīng)超過最大的內(nèi)仿形角，在刀片側(cè)面和工件表面之間至少必須有2°間隙。同時(shí)應(yīng)注意在選擇刀片形狀時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)加工的類型和工序類型確定刀具所需的主偏角。

表2 刀具選用的內(nèi)容和步驟

（2）刀片型號的選擇包括刀片的類型，大小和厚度。選擇時(shí)需要考慮以下最大的切削深度、刀柄的主偏角、切削深度以及有效切削刃長度。由于刀尖角的不同，每種形狀的刀片所能提供的最大的有效切削刃長度也不一樣。當(dāng)條件惡劣的工序，為了獲得較高的切削穩(wěn)定性，應(yīng)考慮使用厚刀片。

（3）刀片槽形的選擇應(yīng)根據(jù)切削應(yīng)用類型，所需加工的材料的種類等因數(shù)來確定。由于工件材料，刀具的幾何角度，切削用量等不同，將會形成不同形態(tài)的切屑。刀片槽形決定了切削力的大小，切屑的形狀，大小和流出方向，同一形狀的刀片不同的切削槽形切削時(shí)形成切屑的大小、形狀和流出方向不同。

（4）刀具供應(yīng)商提供的涂層牌號包括PVD 涂層、CVD涂層以及復(fù)合涂層等。經(jīng)過表面涂層的刀片可以提高表面硬度，耐磨性，耐高溫，和良好的表面潤滑性，抗粘結(jié)性。不同的牌號運(yùn)用于不同的工件材料，切削加工類型和切削條件。因此在選擇刀片時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際的加工情況并結(jié)合各種涂層的技術(shù)特性選取合適的涂層牌號。

圖1 刀具選擇的流程框圖

3 刀具選擇和采購的軟件系統(tǒng)

3.1 刀具選擇框圖

刀具的選擇和采購系統(tǒng)框圖如圖1 所示，以制造商提供的刀具特征信息建立刀具采購信息數(shù)據(jù)庫，并以刀具的工藝特性、工序特性、加工方式特性、結(jié)構(gòu)特性、材料特性、尺寸特性以及切削參數(shù)為刀具選擇信息，結(jié)合刀具選用內(nèi)容與步驟，在系統(tǒng)中確定選用具體刀具的名稱、型號以及對應(yīng)制造商名稱，生成刀具采購信息單，完成刀具選用和采購信息生成。

3.2 刀具知識數(shù)據(jù)庫建立

系統(tǒng)將采用ACCESS2007 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行系統(tǒng)后臺制造商刀具數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與開發(fā)，采用Visual Basic 6.0 開發(fā)數(shù)控刀具選擇的前臺應(yīng)用程序中并對創(chuàng)建的后臺系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各功能，表3 為系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表明細(xì)。

表3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表明細(xì)

在整個(gè)系統(tǒng)中，沒有實(shí)際的刀具產(chǎn)生，只有刀具工藝特征信息傳遞，該信息主要來源于制造商提供的刀具特征信息。創(chuàng)建制造商刀具特征信息數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)刀具合理選擇、正確使用和及時(shí)采購的重要基礎(chǔ)信息，制造商刀具特征信息數(shù)據(jù)庫主要包括刀具的銷售代碼、工藝特性、工序特性、加工方式特性、結(jié)構(gòu)特性、材料特性以及切削參數(shù)、形狀尺寸、加工要求等。刀具特征信息主要來源于刀具制造商刀具手冊，由于數(shù)控新刀具發(fā)展較快，所以制造商刀具信息需要及時(shí)更新或補(bǔ)充，以滿足系統(tǒng)刀具信息的完整性和準(zhǔn)確性要求。

4 結(jié)論

為了提高數(shù)控加工刀具選用和采購的效率，避免加工中刀具選用和采購的盲目性，本文以數(shù)控刀具的工藝特性為基礎(chǔ)，研究了數(shù)控刀具選用時(shí)應(yīng)考慮的內(nèi)容和步驟，以及數(shù)控刀具選用和采購系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫開發(fā)，為企業(yè)數(shù)控加工中刀具的選用和采購提供一定的借鑒。

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