刀具的磨損不僅影響機(jī)床的切削狀態(tài)，而且與工件加工質(zhì)量密切相關(guān)，因此刀具狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是保證加工質(zhì)量的一項(xiàng)重要措施，而刀具磨損程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)是刀具狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。本文通過(guò)分析立銑刀后刀面磨損帶的磨損規(guī)律及特點(diǎn)，研究了后刀面和副后刀面磨損帶寬度VB和磨損帶面積AVB在銑刀漸進(jìn)磨損過(guò)程中的變化特點(diǎn)，提出了衡量刀具磨損程度的兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(a)加工條件① (b)加工條件② 1.三角形磨損帶 2.梯形磨損帶 3.多邊形磨損帶

1 銑刀磨損量的評(píng)價(jià)指標(biāo)刀具后刀面的磨損對(duì)加工精度和切削力的影響較前刀面更為顯著。由于后刀面磨損量比較容易測(cè)量，因此在刀具管理和金屬切削研究中，多按后刀面磨損帶中間部分平均磨損量允許達(dá)到的最大值(通常以VB表示)來(lái)制定磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。ISO制定了外圓車刀使用壽命實(shí)驗(yàn)中的刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，但該標(biāo)準(zhǔn)只適用于切削實(shí)驗(yàn)。在實(shí)際加工過(guò)程中，存在許多影響刀具磨損的不可預(yù)見(jiàn)和難以控制的因素。雖然可將銑刀的每一刀齒看成一把車刀，但銑刀的磨損比車刀的磨損更為復(fù)雜，在不同的切削條件下將產(chǎn)生不同的磨損方式。因此，ISO制定的刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)很難在實(shí)際生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，影響刀具后刀面磨損帶的因素很多，如加工條件、工件材料、刀具安裝、機(jī)床性能、刀具幾何角度等，僅以刀具后刀面磨損帶中間部分磨損量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)很難真實(shí)、準(zhǔn)確和完整地評(píng)價(jià)刀具磨損狀態(tài)。在兩種不同加工條件下(①主軸轉(zhuǎn)速n=360r/min，切削寬度Rd=9mm，切削深度Ra=2mm，每齒進(jìn)給量ft=0.0933mm/齒；②主軸轉(zhuǎn)速n=420r/min，切削寬度Rd=9mm，切削深度Ra=4mm，每齒進(jìn)給量ft=0.1190mm/齒。刀具為HSSf10三刃立銑刀，工件材料均為鑄鐵)銑刀一個(gè)刀齒后刀面的不同磨損帶示意圖。而在這兩種加工條件下，銑刀副后刀面的磨損帶是相似的。  為了更準(zhǔn)確地判斷銑刀磨損情況，可采用后刀面磨損帶面積AVB作為衡量刀具磨損程度的另一個(gè)指標(biāo)，主要基于以下原因：

銑刀為多切削刃刀具，以斷續(xù)切削方式工作，每個(gè)刀齒的磨損模式、磨損帶形狀都不一致，因此銑刀磨損比車刀磨損更為復(fù)雜。VB僅為磨損帶的一維度量值，而磨損帶面積AVB是磨損帶的二維度量值，能更準(zhǔn)確地反映磨損帶的真實(shí)狀況。

加工條件、切削材料的多樣性使磨損帶形狀經(jīng)常變化。軸向切削深度的變化會(huì)影響磨損帶的長(zhǎng)度和寬度，有可能造成磨損帶寬度不變而長(zhǎng)度變化的情況。VB只能反映磨損帶寬度的變化，無(wú)法反映磨損帶長(zhǎng)度的變化，而AVB則可反映磨損帶長(zhǎng)度和寬度兩個(gè)方向的變化。

試驗(yàn)組號(hào) 主軸轉(zhuǎn)速n

(r/min) 切削寬度Rd

(mm) 切削深度Ra

(mm) 每齒進(jìn)給量ft

(mm/齒) 工件材料 1 360 9 2.0 0.0833 鑄鐵 2 420 9 4.0 0.1190 鑄鐵 3 420 9 4.0 0.0952 鑄鐵 2 420 9 2.0 0.0476 鑄鋼 2 420 9 4.0 0.0476 鑄鋼

目前對(duì) VB和磨損帶尺寸(計(jì)算AVB需要多個(gè)尺寸)的測(cè)量都只能采用離線測(cè)量方式，還無(wú)法通過(guò)在線測(cè)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)銑刀的磨損及破損情況。因此，測(cè)量多個(gè)磨損帶尺寸可使采用間接測(cè)量法監(jiān)測(cè)刀具磨損、破損具有更高的準(zhǔn)確性和可靠性。

AVB的計(jì)算可簡(jiǎn)化為三角形磨損帶、梯形磨損帶、多邊形(可簡(jiǎn)化為正方形)磨損帶三部分。AVB的計(jì)算可簡(jiǎn)化為三角形磨損帶和梯形磨損帶兩部分。一個(gè)刀齒后刀面的磨損帶面積AVB，i、平均磨損面積AVB、總磨損帶面積AVB分別為，銑刀每一刀齒副后刀面的磨損帶面積RAi、平均磨損面積RA、總磨損帶面積RA分別為 式中，i為刀齒序號(hào)(i=1，2，…，Nf)。 2 小直徑立銑刀漸進(jìn)磨損過(guò)程試驗(yàn)表1 銑刀漸進(jìn)磨損過(guò)程試驗(yàn)切削參數(shù)

試驗(yàn)條件 加工機(jī)床：XHK5140立式加工中心；工件材料：鑄鐵、鑄鋼(尺寸190mm×90mm×50mm)；刀具：f直柄立銑刀，螺旋角qh=30°，刀齒數(shù)Nf=3；不使用切削液；用JC10型讀數(shù)顯微鏡測(cè)量每一刀齒后刀面和副后刀面磨損帶尺寸。試驗(yàn)切削參數(shù)見(jiàn)表1。

試驗(yàn)方法 用20把新銑刀，每5把銑刀分為一組，分別對(duì)應(yīng)表1所示的5組切削用量進(jìn)行銑刀漸進(jìn)磨損過(guò)程試驗(yàn)，每把銑刀從新刀開(kāi)始切削，直至刀具磨鈍(或破損、折斷)為止，每組試驗(yàn)重復(fù)4次。在新刀時(shí)以及刀具急劇磨損階段，測(cè)量刀具后刀面和副后刀面磨損帶尺寸的間隔時(shí)間應(yīng)短一些；在刀具正常磨損階段，測(cè)量間隔時(shí)間可稍長(zhǎng)一些。

試驗(yàn)結(jié)果 按表1所示切削參數(shù)進(jìn)行銑刀漸進(jìn)磨損過(guò)程試驗(yàn)，計(jì)算Ai和RAi。在4種不同加工條件下。

(a)銑刀后刀面、副后刀面磨損帶面積

(a)銑刀后刀面、副后刀面磨損帶寬度 加工條件：見(jiàn)表1試驗(yàn)組號(hào)1

(a)銑刀后刀面、副后刀面磨損帶面積

(a)銑刀后刀面、副后刀面磨損帶寬度 加工條件：見(jiàn)表1試驗(yàn)組號(hào)2

(a)銑刀后刀面、副后刀面磨損帶面積

(a)銑刀后刀面、副后刀面磨損帶寬度 加工條件：見(jiàn)表1試驗(yàn)組號(hào)3

(a)銑刀后刀面、副后刀面磨損帶面積

(a)銑刀后刀面、副后刀面磨損帶寬度 加工條件：見(jiàn)表1試驗(yàn)組號(hào)4

試驗(yàn)結(jié)果分析 分析上述試驗(yàn)結(jié)果可知：

在立銑刀漸進(jìn)磨損過(guò)程中，每一個(gè)刀齒的后刀面磨損帶寬度和磨損帶面積變化曲線與車刀的典型磨損過(guò)程曲線相似，同樣存在磨損過(guò)程的三個(gè)階段，即初期磨損階段、正常磨損階段和急劇磨損階段。 初期磨損階段的磨損曲線斜率較大。由于刃磨后新刀的后刀面與加工表面間的實(shí)際接觸面積小，壓強(qiáng)大，故磨損很快；新刃磨后刀面上的微觀粗糙度也加劇了磨損。對(duì)應(yīng)于不同的加工條件，初期磨損階段經(jīng)歷的時(shí)間不同(從幾分鐘到幾十分鐘)，初期磨損量的大小也不相同。 正常磨損階段是刀具工作的有效階段，磨損曲線基本上是一條向上的斜線，其斜率代表刀具正常工作時(shí)的磨損強(qiáng)度。刀具經(jīng)過(guò)初期磨損后，后刀面上被磨出一條狹窄的不規(guī)則磨損帶，壓強(qiáng)減小，故磨損量的增加也減緩，且比較穩(wěn)定。磨損帶形狀與切削參數(shù)、工件材料、刀具材料和幾何參數(shù)等因素有關(guān)。 急劇磨損階段的磨損曲線斜率很大，即磨損強(qiáng)度大。刀具經(jīng)過(guò)正常磨損階段后，切削刃顯著變鈍，切削力增大，切削溫度升高；此時(shí)刀具如繼續(xù)工作，不但不能保證加工質(zhì)量，且刀具材料消耗增多，加工成本上升。因此應(yīng)避免使刀具發(fā)生劇烈磨損。

后刀面磨損帶面積AVB作為衡量刀具磨損程度的另一個(gè)指標(biāo)，比后刀面磨損帶寬度VB能更真實(shí)、準(zhǔn)確和完整地評(píng)價(jià)刀具磨損狀態(tài)。因?yàn)榱姷兜闹髑邢魅惺菆A柱面上的螺旋切削刃，在切削刃參加工作的各點(diǎn)上切削載荷不均勻，后刀面磨損也不均勻。在刀尖部分，由于強(qiáng)度和散熱條件較差，磨損較為劇烈。在切削刃上靠近工件外表面處，強(qiáng)度和散熱條件較好，磨損較輕微，磨損帶寬度也較小。磨損帶形狀及磨損模式與許多因素有關(guān)，切削深度不同，磨損帶的中間位置也不同，因此用VB表示刀具磨鈍程度和制定磨鈍標(biāo)準(zhǔn)不能完整、準(zhǔn)確地衡量刀具磨損狀態(tài)。而后刀面磨損帶面積AVB在計(jì)算時(shí)即考慮了整個(gè)磨損帶的變化情況，考慮了因加工條件和刀具安裝等因素的改變(或誤差)而引起的磨損帶改變，因此能比較真實(shí)地反映銑刀的磨損狀態(tài)。當(dāng)?shù)毒哌_(dá)到急劇磨損階段時(shí)，切削過(guò)程與磨損帶面積的曲線斜率比切削過(guò)程與磨損帶寬度的曲線斜率大，表明磨損帶面積比磨損帶寬度增加更快，因此磨損帶面積比磨損帶寬度能更準(zhǔn)確地反映刀具磨損狀態(tài)。

立銑刀加工一般不能沿軸向進(jìn)給，因此立銑刀副切削刃(端面上的切削刃)和副后刀面所受切削載荷較小。副后刀面的磨損主要是由加工過(guò)程中刀具與工件的摩擦造成的，磨損帶形狀呈三角形，隨著刀具磨損的增加，三角形磨損帶不斷加大。刀齒副后刀面的磨損帶面積和磨損帶寬度的變化曲線也存在與車刀磨損過(guò)程類似的三個(gè)階段，即初期磨損、正常磨損和急劇磨損階段。

3 結(jié)語(yǔ)加工方式和切削條件的多樣性使刀具磨損狀態(tài)的評(píng)價(jià)復(fù)雜化。本文采用 "#和!?作為衡量刀具磨損程度的兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，從磨損帶的一維和二維度量?jī)蓚€(gè)方面評(píng)價(jià)磨損狀態(tài)。通過(guò)切削試驗(yàn)與研究分析，證明這種評(píng)價(jià)方法在生產(chǎn)中是切實(shí)可行的。