数控刀具管理与应用

摘要：数控加工从单台加工中心模式向数控车间及计算机集成制造发展，刀具管理及特殊应用方法对车间管理意义重大。有效的管理方法及刀具特殊应用对于成本管理及工艺改进有明显的促进作用。

关键词：数控刀具 管理方法 集中管理 成本 特殊应用

中图分类号：TH164文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（b）-00-02

数控技术是现代制造技术的基础，它的广泛应用对全球机械制造业产生了根本性变化，已成为衡量一个企业乃至一个国家科技进步和工业现代化水平的重要标志。伴随社会进步与发展，单个企业拥有的数控设备已经不再是屈指可数了，再加上人们的需求向个性化发展，数控制造即向专业化又向综合化发展（既有提供生产设备又有提供解决方案的）。数控设备的增加必然需要大量的刀具，单台设备时的刀具管理模式已不能满足数控车间的刀具管理要求。

1 数控刀具管理

1.1 数控刀具管理的意义

以前大多数的车、铣、钻、刨、磨机加设备只是具有单一功能，而今车削中心、加工中心以及计算机集成制造系统往往是多种加工功能的集合，为了满足这种加工功能集合的趋势，刀具材料、刀具型式也经历一个不断发展变化的过程。刀具材料也由以前以高速钢、YT类硬质合金为主逐渐向高速度、高韧性、高硬度、高耐磨性发展。刀柄类型统一化标准化。再加上数控车间的出现，大量数控刀具要被应用。

如果还是按照起初的单台管理模式管理势必带来以下弊端。

第一，刀具重复购置增加企业成本。单台设备刀具往往由设备操作员管理，这种情况下各设备的操作员之间有许多相互重复的刀具并不同时使用造成闲置浪费和重复购置浪费。

第二，刀具取用时间成本增加。刀具数量大大增加后如果没有统一标示及分类摆放，造成刀具取用时乱找一气，时间成本

增加。

第三，重复添置大量的刀具调整工具。由于不同类型的刀具装夹调整工具不同，分散管理导致要因人数配置大量工具，有时候相互之间乱拉乱放，虽然工具很多，但用时也不能得心应手。

第四，人员新老交替时要单独培训增加人工教育成本。而且有些刀具价值较高，一旦调整应用不当就会造成较大损失，机会成本较大。刀具的修缮处于无控制状态，小毛病本来可以修复，但由于责任不明无人解决可能直接报废。

第五，刀具分散管理也不利于工艺设计人员根据刀具合理安排工艺。工艺人员如果不能掌握刀具的实际情况就没办法在加工工艺上降低成本。

当然刀具分散管理不是一无是处，他的主要优点是的有利于本机床操作人员的

应用。

刀具集中统一集中管理有利于解决分散管理带来的弊端主要由以下好处。

第一，统一管理有利于降低刀具重复购置成本。刀具购置可以按通用情况设备标准配置和比例配置，充分利用刀具尽可能减少闲置。

第二，刀具统一管理有利于加强专业化，更合理的利用刀具。刀具不仅是随取随用还需要日常维护，冷却液长期在刀具中形成锈死，影响刀具的重复使用，有专人维护可以减少不必要的报废。

第三，刀具统一管理有利于企业产品设计及工艺标准化；工艺及产品设计可以参照现有刀具合理设计避免使用特殊刀具增加成本。

第四，刀具统一管理可以节省刀具取用时间。刀具管理员可以根据生产计划提前准备刀具以利使用。有可能的话还可以按产品对刀具分类，大大提高刀具准备时间。

第五，刀具统一管理有利于企业设备的统一选型。

实行刀具统一管理解决了分散管理的弊端，但要增加相应专业管理人员。所以刀具的统一管理更适用于大量数控设备存在的数控车间。

1.2 刀具实物管理配置及方法

（1）硬件配置：计算机（主要负责录入刀具信息）对刀仪、刀具架（铣刀刀具架、钻柄刀具架、镗刀刀具架、特殊刀具架、钻头架、铣刀架、模块架等）、工具架（通用工具架、专用工具架）。

（2）人员配置：按作业班次或生产计划配备。刀具管理员的职责：除正常维护刀具管理区秩序（环境卫生清洁、刀具码放、维修、造册登记等）外，在新产品试制阶段要配合工艺出刀，要对成熟产品按加工程序建立零件用刀表，方便在生产任务下达时及时出刀。

（3）建立刀具借用管理制度：①按设备通用情况基础对设备进行刀具标配，如镗铣类设备由设备操作员管理粗、精铣面铣刀、中心钻等基本用刀，数量不超过十把。②操作员除管理好设备标配刀具，还应管理好其他借用刀具。③建立借用人员明细，形成借用制度，根据刀具损毁频次确定刀具更新规律。

（4）刀具的软件管理：①建立刀具管理台账，台帐的主要内容从经营成本的角度应该能反映出当前刀具的总价值，刀具的消耗率及刀具的总数量。从使用的角度应该能够反映出刀具的类型种类、库存量、以及零件刀具用表等。②形成合理有效的刀具管理制度。规范与刀具有关联人员的相关职责、明确奖惩降低刀具应用成本。③依据刀具使用情况进行工艺反馈实现工艺优化。④根据刀具使用及报废情况制定合理购置

计划。

（5）刀具存放：按刀具类型制作存放工具架，如铣刀架、镗刀架、钻柄架、模块架、废旧刀具架、配件架等。各种刀具架在合理分层，如铣刀架可以分为面铣刀层（又可按刀具直径再分层）、立铣刀层（还可按莫氏锥度继续细分），钻柄可按莫氏锥度分层，镗刀可按镗孔直径分层，另外每种刀架最好再设一特殊层应对同类特殊刀具的

摆放。

2 数控刀具应用：数控刀具应用可以分为基本应用和特殊应用

（1）基本应用是指按照金属切削原理使用刀具：即掌握刀具的切削角度（前角、后角偏角等），能刃磨刀具，就是要掌握原先普通设备关于刀具的实用知识。其中最为基本的是能够根据切削材料及转速计算公式（V=∏Dn）确定刀具的切削条件。当然越来越多的专业刀具生产厂商已经在代替生产者对刀具的研究，如国际上的山特、伊斯卡，国内的株洲、关工、哈工等，生产者只需提出自己的要求刀具生产商就会给出解决方案，当然此类解决方案的成本也会相对较高，因此我们除了选用别人的解决方案，为了降低成本我们还应尽可能发挥当前刀具的全部价值，普通刀具的特殊应用用就是我们要研究的方向。

（2）刀具的特殊应用主要是指根据刀体的形状、切削刃的形状以及工件的特殊性非常规使用刀具。

①90 °直角面铣刀除了可以加工垂直轴线的平面，还可以加工平行刀具轴线的平面，唯一的缺点就是在加工刀具轴线平面式表面粗糙度不容易提高。另外在用刀具侧刃加工时要注意刀具有足够的活动

范围。

②三特维克的大孔径精镗刀除了可以精镗内孔，还可以用来加工较浅的外止口，使用时将精调镗头旋转180 °反装即可，但是它的外止口深度必须小于刀尖至加长板的距离。

③锪孔，除了选用常规的锪孔钻外，最常用的方法就是将钻头磨成平钻用来锪孔。当然，还可以用键槽铣刀锪平，另外在底孔加工好的情况下立铣刀也能达到该

目的。

④镗刀加工长腰槽。加长铣刀的加长长度也是有限的。在遇到长腰槽时，我们可以用镗刀插镗的加工方法实现长腰孔的加工。

90 °面铣刀的侧刃加工和插镗加工其实就类似于CAM在曲面加工中刀具路径微分的集合，只不过这两种刀具用法微分的方式比较简单，可以用手工方式描绘出来。

刀具的特殊应用主要要根据设计要求及使用要求合理应用，各企业的产品及工艺能力不同都会创造不同的新应用方法。比如有些小企业在加工薄板小孔时把钻头磨成两半圆形，在加工较大孔时把镗刀变换成圆规形切削刃绕刀具中心做圆周运动。总之，刀具的特殊应用很多需要大家拿出来分享共同进步。

3 刀具标准类型及代号

关于目前数控刀柄的类型及编号已经有相应标准，刀柄的管理可参照它制定。

国家标准GB10944-89《自动换刀用

7∶24圆锥工具柄部40、45和50号圆锥柄》对刀具柄部及拉丁提出了一些必要的技术要求，刀柄的寿命和可修复程度都需要按标准去执行，作为一名普通的数控设备操作员要管理和操作好设备是很难有更多精力去做这些刀具管理工作的，再者从工作传承的角度讲，如果让全部的设备操作员都掌握刀具管理的细节势必又是一项巨大的投入，不如有专门的人员传承简单方便，而且在传承的过程中可以形成标准化、模块化、图表化等简单易学的方式。另外还可以由刀具管理员依据平时刀具的应用及损耗情况和操作员沟通对刀具的应用提出合理化建议或形成一定的应用标准。

现实情况中是许多老师傅一辈子都只接触到普通机加设备如车铣钻刨磨，这些设备功能单一，刀具也单一，他们很少认识这样那样的数控刀具。实行统一管理后可以在刀具制造商和设计生产制造之间形成定期的沟通，从而进一步的提高新刀具新材料的应用，对工业生产形成良性的推动。

整体式工具系统标准JB/GQ5010-1983《TSG工具系统 型式与尺寸》TSG工具系统的刀柄其代号（按1990年国家标准报批稿）有四部分（JT-45-Q32-120）组成，各部分含义如下。

JT—工具柄型代码

45—圆锥柄锥度规格

Q32—表示工具规格

120—表示刀具长度

他所表示的工具为：自动换刀机床用7∶24圆锥工具柄（GB10944-89），锥柄为45号，前部为弹簧夹头，最大加持直径为32 mm，刀柄工作长度（锥柄大端直径θ57.15 mm到弹簧夹头前端面的距离）为120 mm。

参考文献

[1]陈立海.数控车间刀具管理系统设计与实现[D].上海交通大学，2007.

[2]徐国栋，昆明.自动车间刀具管理系统的研究与开发[D].昆明：理工大学，2005.

[3]数控刀具合理使用与管理[J].安徽冶金科技职业学院学报，2008（1）.

[4]吴林祥.金属切削原理与刀具[M].北京：机械工业出版社，2012.

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