数控刀具智能技术在机械加工中的应用研究
2024-5-20 来源：贵州航空工业技师学院 作者：刘 飞
摘要：随着科技的进步，机械加工技术也在不断发展。在机械加工领域中，数控刀具智能技术是一种更加智能化、高效化与快捷化的加工技术，其能够更好地满足机械加工的需求，提升机械加工的效率与质量。文章概述了数控刀具智能技术的内容，构建了数控刀具材料本构模型，同时对铣削过程进行仿真，在此基础上提出了机械加工中数控刀具智能技术的应用策略，以期有效提升机械加工实际处理效果与质量。
关键词：数控刀具智能技术；机械加工；铣削
近些年来，随着产业结构的不断调整，机械加工的质量与效率亟待提升。数控加工技术是一种新型的机械加工方法，且在机械加工领域得到广泛的应用。在数控刀具管理、监测以及使用等方面应用智能技术，能够更好地优化机械加工方案，构建信息化、智能化的数控刀具智能管理体系，为机械加工智能化水平的提升提供良好的保障。与此同时，在机械加工过程中，机械加工工作人员要全面分析加工的零部件，在零部件加工形状明确的基础上选择更加智能化、高效化的加工技术，从而提高机械加工的效率与质量 [1]。
1、数控刀具智能技术概述
数控刀具具有易切削、耐久性强、经济寿命强、可靠性强、位置精度大等特性，因而在机械加工过程中应用越来越广泛。在整个数控机床中，切削占据着非常大的比例，科学地选择性能较高的数控刀具，对于提升机械加工生产效率更为有利。数控刀具智能技术的使用流程如图 1 所示。
图 1 数控刀具智能技术的流程
在应用数控刀具智能技术时的流程如下：对图样展开加工，确定最终的加工方案；选择刀具，并做好安装与调试工作；将数控刀具的参数、程序设定好；最后开展试运行，并加工零部件和验收零部件 [2]。在数控刀具智能技术的应用过程中，为了促进机械加工效率与水平的提升，技术工作人员要不断优化与完善设计数控刀具的架构，以此来推动数控刀具的智能技术操作性能的提升。在优化与完善的过程中，技术工作人员必须要充分考虑到在机械加工中数控刀具智能技术可能受到的影响。为了规避其他影响因素，防止数控刀具智能技术受到影响，在实际的机械加工环节中，要对数控刀具的操作流程和机械加工的操作系统进行合理、科学的程序设计以及参数设置，保障数控刀具的作用得到更好地诠释与发挥，为机械加工效率与生产水平的提升提供良好的技术支撑 [3]。
2、数控刀具材料本构模型与铣削仿真
随着科学技术的进步，数控刀具的应用也愈发智能化与信息化。为了能够使得数控刀具智能技术发挥到最佳，重视数控刀具材料本构模型的构建和数控刀具铣削的仿真分析是非常有必要的。
2.1 构建数控刀具材料本构模型
在构建数控刀具材料本构模型之前要按照实际加工的零部件，科学地选择数控刀具。但是数控刀具的类型是多种多样的，其直径不同，加工方式也会存在较大差异，因而不同的数控刀具，在其应用过程中会对机械加工的质量产生不同的影响 [4]。
在机械加工时，技术工作人员要注重机械加工效率的提高，从时间和质量等方面进行严格把控，保障数控刀具选择的合理性与科学性，因而在数控道具的选择上要尤为注意。当对小批量零部件进行数控加工时，工作人员可以通过合理控制数控刀具的待机时间，通过缩短其等待时间来增加零部件加工的时长，进而使其性能得到大幅提升。通过对刀具材料、刀具直径等因素的综合分析，在数控刀具的科学选择上应该运用有限元仿真软件与热力耦合原理来智能化地分析数控刀具的切削热、切削力等，这样既能够推动数控刀具智能技术应用效果的提升，又能够提升数控刀具的精准仿真性，使其在机械加工中的科学性与精准性更高、更强 [5]。
在构建数控刀具材料本构模型时，要先对其数据运算展开分析，其分析的步骤主要是：首先进行几何模型的建立，并对数控刀具的材料进行科学选择；其次设定好零部件切削的参数，做好零部件材料的选择；再次运用仿真分析系统来计算刀具的智能数据；最后输出数控刀具的运算结果。技术工作人员要利用输出的数据，从数据中心选取所需的参数，再运用刀具模拟的软件系统来构建几何模型，通过软件之间的格式转换，就能够将数控刀具的本构模型构建出来 [6]。
在模型构建出来后，工作人员要做好网格划分形式的选择，结合零部件实际加工标准、要求以及生产需求，选择恰当、科学的网格划分形式。由于网格划分形式有绝对与相对之分，如果运用相对划分，就要结合系统软件的具体参数来进行对应网格的设置，但是需要用户制定好网格的数量、参数和相关数据。在划分网格的实际过程中，网格的尺寸会受到多种因素的影响，如零部件的形状变化会对网格尺寸产生影响。因此，技术工作人员必须要结合零部件的实际加工情况，动态设置与管理相关数据，使得加工的精准性得到有效提升 [7]。
如果运用绝对划分，那么数控刀具智能技术会充分考虑到零部件的实际形状，进而自动产生相关数据参数，且网格的尺寸也会随着零部件的外形变化进行参数设置与改变，一般情况下，尺寸设置好后是固定的，不会轻易改变。使用绝对划分时，如果零部件加工形状更为复杂时，其就会有更多的网格数量，其模拟的
精准性也会逐渐提升 [8]。
可见，无论选择哪种网格划分形式，都要结合零部件加工的标准和要求，以此来保障零部件加工的精准性与科学性，最大化地提升机械加工的实际效率与质量。
2.2 刀具的铣削仿真分析
切削与铣削都是刀具应用的重要性能之一。在铣削的过程中，刀具与零部件之间会有摩擦热能产生。为了能够更好地反映刀具和零部件的切削力、切削温度，选择表面摩擦系数较为近似的刀具和零部件参数进行仿真分析，从而得出相应的仿真数据，仿真模拟数据分析如表 1 所示。
表 1 仿真模拟数据分析
由表1可知，刀具和零部件的摩擦系数越低，其切削的温度也会越低，反之则反。由此可见，数控刀具的切削力与摩擦系数、零部件和刀具的温度有着很大的联系。在仿真分析的过程中，为了能够最大化地缩小数控刀具在仿真分析与实际操作过程中的差异，提升仿真精准性，工作人员可以通过使用润滑油等方法来对数控刀具的切削力进行有效控制，防止其对零部件的加工质量产生影响 [9]。
3、机械加工中数控刀具智能技术应用策略
在机械加工过程中，为了能够有效提升机械加工效率，提高生产质量，加强数控刀具智能技术的应用，通过合理设置相关数据和参数，科学地选择切削刀具等，能够更好地节约生产成本，增强生产效益。
3.1 科学选择数控刀具
目前，随着时代的进步，科技的发展，数控机床的应用越来越普遍。而在应用数控机械时，切削型数控机械应用的范围非常广泛 [10]。数控刀具的寿命和切削用量关系密切，在确定切削用量时，需结合机械加工的目标来优化刀具的寿命。为了能够促进数控机械加工效率的提升，工作人员要对数控刀具进行科学选择与优化，充分地将数控刀具的作用与价值发挥出来。
在选择数控刀具时，要考虑的因素主要有刀具的复杂程度、刀具的制造和磨刀的成本等，刀具的精度与复杂度越高，其寿命就越高。对于机夹可转位的刀具，由于其换刀的时间相对较短，要想让其充分发挥切削的作用与价值，选择寿命较短的刀具，以此来提升生产效率。对于装刀、调刀和换刀流程较烦琐的多刀机床和组合机床等，选择寿命较高的刀具，以此来保障其切削效率与刀具应用的可靠性。在精加工大件时，为了保证一次走刀工作的顺利完成，防止切削过程中换刀，数控刀具的选择要结合零部件表面的粗糙程度和精度来进行确定 [11]。
3.2 加大智能控制软件的开发力度
在信息科技不断发展的大环境下，机械加工的技术水平也得到了一定程度的提升。数控机械加工对技术要求相对较高，为了能够更好地实现与提升数控机械加工的功能，使其更加智能化与信息化，重视数控机械软件的开发是非常有必要的 [12]。
加大开发智能控制软件的力度，从数控技术角度来优化与提升工作人员的维修能力与操作水平，使得机械加工的效率得到进一步提升。在开发智能控制软件时，企业需从资金、人力等方面予以充分、必要的支持，聘用更加专业的编程设计人员；智能控制软件的编程人员要严格把控好作业程序，按照机械加工的实际需求，细致、深入且全面地做好智能控制软件的设计与开发，使数控刀具能够得到更智能化的操控，减少人力、物力的投入，降低企业生产成本。与此同时，在加大智能控制软件开发力度的过程中，要以智能数控刀具切削的精准性为着手点，结合机械加工的实际标准与要求，开发出更具针对性、精准性与可靠性的智能控制软件，并对数控刀具进行科学化的控制，提升机械加工中数控刀具应用的效率与精准性 [13]。
3.3 科学设置数控刀具参数
在实际数控机械加工环节中，切削刀具的应用频率非常高。要想提升数控加工环节的效率，工作人员结合实际加工要求与标准，科学地选择数控刀具智能系统。通过对数控刀具材料等参数的科学设置，严格控制数控刀具背吃刀量等参数。
背吃刀量的计算公式为：背吃刀量 =（零部件待加工的表面直径 - 零部件已加工表面直径）/2。进给速度的计算公式为：进给速度 = 进给量 × 主轴转速。主轴转速的计算公式为：主轴转速 = 切削速度 ×1 000/π× 零部件直径。由于切削速度、进给量等参数都会对数控刀具切削质量与效率产生直接影响，因此，重视切削速度、进给量等参数的控制，能够促进数控刀具切削效率的提高 [14]。
4 、结束语
综上所述，目前，随着科技的进步、经济的发展，数控机床的加工技术应用越来越广泛。在机械加工过程中，技术工作人员必须重视数控刀具智能技术的科学应用，优化与设置数控刀具相关参数，通过软件设计、科学选择数控刀具以及科学设置数控刀具，能够有效提升机械切削加工的自动化、智能化水平，为精准化机械加工提供良好的保障。
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