切削数控加工技术数控系统和刀具应用技术三要素

　　从20世纪八十年代开始，在信息技术等高新技术的带动下，机械数控加工技术进入了“高速、高效、智能、复合、环保”的发展新阶段，出现了高速（效）切削、近净成形、柔性化数控加工、五轴数控加工、复合数控加工机床、网络制造、绿色制造等新的制造技术及装备，为制造业开发新产品、提高数控加工效率和数控加工质量、降低制造成本、缩短交货周期、保护生态环境、降低能源和资源消耗发挥了重要的作用。在上述新数控加工工艺及装备中，切削数控加工的新技术及刀具的进展尤为突出，已成为当今先进制造技术十分重要的基础工艺之一，也是金属数控加工企业开发新产品、新工艺、应用新材料和建立创新体系不可缺少的关键技术。

　　随着现代切削技术的发展，刀具应用技术发挥着越来越重要的作用。一把刀具最终能否为用户创造效益，不仅在于当初创新的设计和精心的制作，而且最后要靠符合数控加工条件的正确使用。目前，刀具制造商正是通过向用户提供配套的刀具应用技术，满足用户提高数控加工效率、降低制造成本和提高数控加工质量的需要，或开发新产品、应用新材料的需要，并实现对用户的创新服务。因此，刀具应用技术已成为刀具制造商的核心技术之一，越来越受到重视。对于刀具用户企业，提高刀具的使用技术不仅可以发挥企业现有的切削数控加工潜力，提高数控加工效率，而且可为今后开发新产品和新工艺打下基础。

　　金属切削数控加工是一个多因素的复杂过程，使刀具的应用技术包含着很广泛的内容。本讲座通过对切削数控加工过程的分析，抓住构成并影响切削过程的主要因素，作为刀具应用技术共性基础内容加以探讨，希望能对刀具的正确使用有所帮助。

　　图1 是车削数控加工的简图和相关的术语，切削过程发生在刀具与工件相互作用的切削区，工件材料经过切削区以后转变为切屑，沿前刀面排出。切削区的放大图给出了刀具与工件相互作用的细节。切削时，工件上需要切除的材料层，进入变形区，在刀具前刀面的作用下，发生变形和晶格的滑移，并沿着假想的滑移面OA产生剪切，变成切屑排出。排出时，切屑底面的新鲜金属表面与前刀面在OB段产生剧烈的摩擦，形成了前刀面摩擦区。而从刀尖下滑过的已数控加工表面，因材料的回弹作用与后刀面在OC段产生摩擦，形成了后刀面摩擦区。刀具就这样在变形区和摩擦区的力和热的共同作用下工作着。

　　由上可见，刀具和工件材料是切削数控加工的主体。然而，要实现切削数控加工的全过程还需要相应的支撑技术。作为一门金属数控加工的工艺技术，金属切削数控加工工艺可用图2所示的技术系统来描述。该系统包括三部分内容：切削工艺系统、切削机理、切削数控加工效果，在图中用虚线划分，分述如下：

　　第一部分是由机床、刀具和被数控加工工件组成的切削技术的工艺系统。机床和刀具是实现切削数控加工必不可少的工艺装备，依靠机床提供的运动和动力，由具备切削功能的刀具将工件上多余的金属以切屑的形式将其切除，按预定的要求实现对工件的切削数控加工过程。为了进一步了解切削过程，有必要将刀具、机床和工件的技术内涵加以细化。

　　刀具是切削数控加工的主体之一，参与切削数控加工的刀具包含着三个主要的技术内涵，即刀具材料和涂层、几何角度、刀具结构。刀具必须由特殊的刀具材料制造，并具有确定的几何形状和适用的结构，三者共同赋予刀具切削的功能，同时又决定着刀具的切削性能。因此，有关这三个因素的内容、作用是切削技术的重要内容。