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數控刀具智能技術在機械加工（gōng）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（kē）技的進步，機械加（jiā）工技術也在不（bú）斷發展。在機械加工（gōng）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（mǎn）足機（jī）械加工的需求，提（tí）升機械加（jiā）工的效率與質量（liàng）。文章概述了數控刀具智（zhì）能技術的內容，構建了數控刀具材料本（běn）構模型，同時對銑削過程進（jìn）行仿真，在此基礎上提出了機械加工中數控刀（dāo）具智能（néng）技術的應用策（cè）略，以期有效提升機械加工實際處理效（xiào）果與質量。

關鍵詞：數控刀具智（zhì）能技術；機械加工；銑削

近些年來，隨著產業結構的不斷調整（zhěng），機械加工的質量與效率亟待提（tí）升。數（shù）控加工技術是一種新型（xíng）的機械加工（gōng）方法，且在機械加工領域得到廣泛的（de）應用。在（zài）數（shù）控刀具管理、監測以及使用等方麵應用智能技術，能夠更好地優（yōu）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係，為機械（xiè）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（chéng）中，機械加工工作人員要全麵分析加工的零部件，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（shù）控刀具具有易切削、耐久性強、經濟壽命強、可靠性（xìng）強（qiáng）、位置精度大等特性，因而在（zài）機械加（jiā）工過程（chéng）中應用越來越廣泛。在整個數控機床中，切削占據著非（fēi）常大的比例，科學地選擇性能較高的數（shù）控刀具，對於提升機械加工（gōng）生產效率更為有利。數控刀具智能技術的使用（yòng）流（liú）程如圖 1 所示。

圖 1 數控刀具智能技術（shù）的流程

在應用數控刀具智能技術時的流程如下：對圖（tú）樣展開（kāi）加工，確定最終的加工方案；選擇刀具，並做（zuò）好安裝與調試工作；將數控刀具的參數、程序設定（dìng）好；最後開展試運行，並加工零部件和驗收零部件 [2]。在數控刀具智能技術的應（yīng）用過程中，為了促進機械加工效率與（yǔ）水平的提升，技術工作人員要不斷優化與完善設計數控刀（dāo）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（yào）充分考慮到在機械加工中數控刀具智（zhì）能技術可能受到的影響。為了規避其他影響因（yīn）素，防止數控刀具智能技術受（shòu）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係統進行合理、科學的程序設計以及參數設置，保障（zhàng）數控刀具的作用得到（dào）更好（hǎo）地詮釋與發（fā）揮，為機械加工效率與生產水平的提升提供（gòng）良好的技術支撐 [3]。

2、數控刀具（jù）材料本構模型與銑削仿真

隨著（zhe）科（kē）學技術的進步，數控刀具的應用也愈（yù）發智（zhì）能化（huà）與信息化。為了能夠使得數（shù）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（dāo）具銑削的仿（fǎng）真分析是（shì）非常有必要（yào）的。

2.1 構（gòu）建數（shù）控刀具材料本構模型

在構建數控刀具材料本構模型之前（qián）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（de），其直徑不同，加工方式也會存在較大差異，因而（ér）不同的數控刀具，在其應用過（guò）程中會對機械加工的質量產生不同（tóng）的影響 [4]。

在機械加工時，技術工作人員（yuán）要注重機械加（jiā）工效率的提高，從時間（jiān）和質量等方麵進行嚴格把控，保障數控（kòng）刀具選擇的合理（lǐ）性與科學（xué）性，因而在數控道具的選擇上要尤為注（zhù）意。當對小（xiǎo）批量零部件進行數控（kòng）加工時，工作人員可以通過合理（lǐ）控（kòng）製數控刀具的待機時間，通（tōng）過縮短其（qí）等待時間來增加（jiā）零（líng）部（bù）件（jiàn）加工的時長，進（jìn）而使其性能得到大幅提升。通過對刀具（jù）材料、刀具直（zhí）徑等因素的綜合分析，在數（shù）控刀具的科學選擇上應該運用有（yǒu）限元仿真軟件與熱力耦合原理來智能化地分析（xī）數控（kòng）刀具的切削熱、切削力等，這樣既能夠推動（dòng）數控刀具智能技術應用效果的提（tí）升，又能夠提升（shēng）數（shù）控刀具的（de）精準仿真性（xìng），使其在機械加工中（zhōng）的科學（xué）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（qí）數據運算展開分析，其分析的（de）步（bù）驟主（zhǔ）要是：首先（xiān）進行幾何模型的（de）建立，並對數控刀具的材料進行科學選（xuǎn）擇；其次設定好零部件切削的參數，做好零部（bù）件（jiàn）材（cái）料的選擇；再次運（yùn）用仿真分析（xī）係統來計算刀具的智能（néng）數（shù）據；最後輸出數控刀具的運算結果。技術工作人（rén）員（yuán）要利用（yòng）輸出的數據，從數據中心選（xuǎn）取所需的參數，再運用刀（dāo）具模擬的軟件（jiàn）係統來構建幾何模型，通過軟件之間的格式轉換，就（jiù）能夠（gòu）將數控刀具的本構模型構建出來 [6]。

在模型構建出來後，工（gōng）作人員要（yào）做（zuò）好網格劃分形式的選擇，結（jié）合零（líng）部件實際加工標準（zhǔn）、要（yào）求以及生產需求，選擇恰當（dāng）、科學的網（wǎng）格劃分（fèn）形式。由於網格劃分形式有絕（jué）對與相對之分，如果運用相對劃分，就（jiù）要結合係統軟件的具體參數來進行對應（yīng）網（wǎng）格的（de）設（shè）置，但是需要用戶製定好網格的數量、參數和（hé）相關數據。在劃分網格的（de）實（shí）際過程中，網格的尺寸會受到多種因（yīn）素的影響，如零部件的（de）形狀（zhuàng）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（de）實際加工（gōng）情況，動態設（shè）置與管理相關數據，使得（dé）加工的精準性得到有效提升 [7]。

如果運用絕對劃分，那麽數控刀具智能技術會充分考慮（lǜ）到零部（bù）件的實際形狀（zhuàng），進而自動產生相關數據參數，且網格的尺寸也會（huì）隨著零部件的外形變化進行參（cān）數設置與改變，一般情況下，尺寸設置好後是固定的，不會輕易改（gǎi）變。使用絕對劃分時，如果零部件加工形狀更（gèng）為複雜時，其就會（huì）有更多的網格數量，其（qí）模擬的

精準性也會逐漸提升 [8]。

可見，無論選擇哪種網格劃（huá）分（fèn）形式，都要結合零部件加工（gōng）的（de）標準和要求，以此來保障零（líng）部件加工的精（jīng）準性與科學性，最大化地提升機械（xiè）加工的（de）實際效率與質量。

2.2 刀具的銑削仿真（zhēn）分析

切削與（yǔ）銑（xǐ）削都是刀具應用的（de）重要性能之（zhī）一。在（zài）銑削的過程中，刀具與零部件之間會（huì）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（dù），選擇（zé）表麵摩擦係（xì）數較為近似的刀具（jù）和零部件參數進行仿真分析（xī），從而得（dé）出相應的仿真數據，仿真模擬（nǐ）數據分析（xī）如表 1 所（suǒ）示。

表 1 仿真模擬（nǐ）數（shù）據分析

由表1可知，刀具和零部件的摩擦（cā）係數越低，其切（qiē）削的溫（wēn）度也會越低，反之則反。由此可見，數控刀具的切削力與摩擦係（xì）數、零部件和刀具的溫（wēn）度有（yǒu）著很（hěn）大的聯係。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（xī）與實際操作過程中的差異（yì），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製（zhì），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（kòng）刀具智（zhì）能技術應用策略

在機械加工過程（chéng）中，為（wéi）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（zhì）能技術的應用，通（tōng）過合理設置相關數據和參數，科學地選擇切削刀具等（děng），能夠（gòu）更好地節約生產成本，增強生產效益。

3.1 科學選擇數控刀（dāo）具

目前，隨著時代的進步，科技的發展，數控機床的應用越（yuè）來越普遍。而在應用數控（kòng）機械時，切削型數控機械應用的範圍非常廣泛 [10]。數控刀具的壽命和切削用量關係密切，在確定切削用量時，需結合機械加工（gōng）的目標來優化刀具的壽命。為了能夠促進數控（kòng）機（jī）械加工效率的提升，工（gōng）作人員（yuán）要對數控（kòng）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（yīn）素（sù）主要有刀具的複雜程度、刀具的製（zhì）造和磨刀的（de）成本等，刀具的精度與複雜度越高，其壽命就越高。對於機夾可轉位的刀具，由於其（qí）換刀的時間相對（duì）較短，要（yào）想讓其充分發揮切削的作用與價值，選擇壽命較短（duǎn）的刀具，以（yǐ）此來提升生產效率。對於裝刀、調刀和換刀流程較煩瑣的多刀機床和組合機（jī）床等，選擇壽命較高的刀具（jù），以此來保障其切削效率與刀具應用的可靠性（xìng）。在精（jīng）加工大件時（shí），為了保證一次走刀（dāo）工作的順利（lì）完成，防止（zhǐ）切削過程中換刀，數控刀具的選擇（zé）要結合零部件表麵的粗糙程度（dù）和精度（dù）來進行確定 [11]。

3.2 加大智（zhì）能控製軟件的開（kāi）發力度

在（zài）信息（xī）科技不斷發展的大環境下，機械加工的技術水平也（yě）得到了一定程度的提（tí）升（shēng）。數控（kòng）機械加工（gōng）對技術要求相對較高，為（wéi）了能夠更好地實現與提升（shēng）數控（kòng）機械加工的功能（néng），使其更加智能化與信息化，重視數控機（jī）械軟件的開發是非（fēi）常有必要（yào）的 [12]。

加（jiā）大（dà）開發（fā）智能控製軟件的力度（dù），從數控技術角度來優化（huà）與提升（shēng）工（gōng）作人員的（de）維修能力與（yǔ）操作水（shuǐ）平，使得機械加工的（de）效率得到進一（yī）步提升。在（zài）開發智能控製軟件時，企業需從資金、人力等方麵（miàn）予以充分、必要的支持，聘用（yòng）更加專業的編程設計人員；智能控（kòng）製軟件的編程人員要嚴格把控好作業程（chéng）序，按照機械加工的實際需求，細致（zhì）、深入且全（quán）麵地做（zuò）好智能（néng）控製軟（ruǎn）件的設計與開發，使（shǐ）數控刀（dāo）具能夠得到更智能化的操控，減少（shǎo）人力、物力的投入，降低企業生產成本。與此同時，在加大智能控製軟件開發力度的過程中，要以（yǐ）智能數（shù）控刀具切削的精準性為著手點，結（jié）合機械加工的實際標準與要求，開發出更（gèng）具針對性、精準性與可靠（kào）性（xìng）的智能控製軟件，並對數控刀具進行科學化的控製，提（tí）升機械加工（gōng）中數控刀（dāo）具應用的效（xiào）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（fēi）常高。要想提（tí）升數控加工環節的效率，工作人員結合（hé）實際加工要求與標準，科學地選擇數控刀具智能係統（tǒng）。通過（guò）對數控刀具材料等參數的（de）科學設置，嚴格控製數控刀具背吃刀量等參數。

背吃刀量的（de）計算公（gōng）式為（wéi）：背吃刀量 =（零部件待加工的表麵直徑 - 零部件已加工表麵直（zhí）徑）/2。進給速度的（de）計算公式為：進（jìn）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。由於切削速度、進（jìn）給量等（děng）參數都會對數控刀具切削質量與效率產生（shēng）直接影響，因此，重視切削速度（dù）、進給量等參數的控製，能夠促進數控刀具切削效率的提高 [14]。

4 、結（jié）束語

綜上所述，目（mù）前，隨著科技（jì）的進步、經濟的發展，數控機床的加工（gōng）技術應用越來越廣泛。在機械（xiè）加工過程中，技術工作人員必須重視數控（kòng）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（guò）軟件設計、科學選擇數控刀具（jù）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（zhǔn）化機械加工提供良好的保（bǎo）障。

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