刀具磨損狀態在線監測裝置設計

① 如何關閉刀具斷刀檢測

一種斷刀檢測裝置，包括底座1和安裝在底座1上的導套2；導套2內設置有與導套2滑動連接的測頭3，測頭3和底座1之間設置有彈簧4，導套2底部的側壁上設置有用於檢測測頭3的探針5。在導套2側壁上設置有用於固定探針5的夾塊6。當設備啟動之後，刀具首先進行斷刀檢測，以便操作人員了解刀具完整情況，具體工作情況為：刀具移動到測頭3頂部的上方，刀具緩慢前進，刀具接觸並抵住測頭3，測頭3在刀具的驅動下，沿著導套2的側壁緩慢滑動，在測頭3滑動時，測頭3同時也壓縮著彈簧4，刀具運動到指定位置，當測頭3底部處的側壁被探針5檢測到之後，探針5向設備發出信號，表示刀具完整，可以繼續使用；當測頭3底部處的側壁不能被探針5檢測到之後，探針5向設備發出信號，表示刀具已經損壞，操作人員停機檢查刀具的情況；當刀具完成檢測之後，刀具脫離測頭3，彈簧4在復位狀態下帶動測頭3沿著導套2反向運動，測頭3復位。為了便於刀具抵住測頭3，測頭3的頂部處設置有用於刀具嵌入的檢測槽9。

為了防止彈簧4在復位時將測頭3頂出導套2，在測頭3底部設置有用於限制測頭3被彈簧4頂出導套2的凸塊7。為了防止彈簧4在底座1上發生偏移，底座1上設置有用於安放彈簧4的彈簧4槽。在夾塊6上設置有用於固定探針5的銷塊10，銷塊10將探針5鎖緊，探針5固定在夾塊6上，探針5相對於導套2不會發生移動，同時探針5也不會和測頭3側壁接觸不到，導致發生錯誤的信號。

② deform切削模擬怎樣添加振動約束模擬結果中如何查看刀具磨損模擬結果中怎樣查看工件表面磨損狀態

刀具設為彈性體，run後即可查看刀具應力

③ 刀具磨損的檢測與監控方法

刀具狀態檢測方法可分為直接測量法和間接測量法。

1.直接測量法
直接測量法能夠識別刀刃外觀、表面質量或幾何形狀的變化，一般只能在不切削時進行，它有兩個明顯的缺點：一是要求停機檢測；二是不能檢測出加工過程中出現的刀具突然破損。國內外採用的刀具磨損量的直接測量法有：電阻測量法、刀具工件間距測量法、光學測量法、放電電流測量法、射線測量法、微結構鍍層法及計算機圖像處理法。
（1）電阻測量法
該方法利用待測切削刃與感測器接觸產生的電信號脈沖，來測量待測刀具的實際磨損狀態。該方法的優點在於感測器價格低廉，缺點是感測器的選材必須十分注意，既要有良好的可切削性，又要對刀具壽命無明顯的影響，而且工作不太可靠，因為切屑和刀具上的積屑可能引起感測器接觸部分短路，從而影響精度。
（2）刀具工件間距測量法
切削過程中隨著刀具的磨損，刀具與工件間的距離減小，此距離可用電子千分尺、超聲波測量儀、氣動測量儀、電感位移感測器等進行測量。但是這種方法的靈敏度易受工件表面溫度、表面品質、冷卻液及工件尺寸等因素的影響，使其應用收到一定限制。
（3）光學測量法
光學測量法的原理是磨損區比未磨損區有更強的光反射能力，刀具磨損越大，刀刃反光面積就越大，感測器檢測的光通量就越大。由於熱應力引起的變形及切削力引起的刀具位移都影響檢測結果，所以該方法所測得的結果並非真實的磨損量，而是包含了上述因素在內的一個相對值，此法在刀具直徑較大時效果較好。
（4）放電電流測量法
將切削力刀具與感測器之間加上高壓電，在測量迴路中流過的（弧光放電）電流大小就取決於刀刃的幾何形狀（即刀尖到放電電極間的距離）。該方法的優點是可以進行在線檢測，檢測崩齒、斷刀等刀具幾何尺寸的變化，但不能精確地測量刀刃的幾何尺寸。
（5）射線測量法
將有放射性的物質摻入刀具材料內，當刀具磨損時，放射性的物質微粒就會隨切屑一起通過一個預先設計好的射線測量器。射線測量器中所測得的量是同刀具磨損密切相關的，射線劑量的大小就反映了刀具磨損量的大小。該法的最大弱點是放射性物質對環境的污染大，對人體健康非常不利。此外，盡管此法可以測量刀具的磨損量，並不能准確地測定刀具切削刃的狀態。因此，該法僅適用於某些特殊場合，不宜廣泛採用。
（6）微結構鍍層法
將微結構導電鍍層同刀具的耐磨保護層結合在一起。微結構導電鍍層的電阻隨著刀具磨損狀態的變化而變化，磨損量越大，電阻就越小。當刀具出現崩齒、折斷及過度磨損現象時，電阻趨於零。該方法的優點是檢測電路簡單，檢測精度高，可以實現在線檢測。缺點是對微結構導電鍍層的要求很高：要具有良好的耐磨性、耐高溫性和抗沖擊性能。
（7）計算機圖像處理法
計算機圖像處理法是一種快捷、無接觸、無磨損的檢測方法，它可以精確地檢測每個刀刃上不同形式的磨損狀態。這種檢測系統通常由CCD攝像機、光源和計算機構成。但由於光學設備對環境的要求很高，而實際生產中刀具的工作環境非常惡劣（如冷卻介質、切屑等），故該方法目前僅適用於實驗室自動檢測。

2.間接測量法
間接測量法利用刀具磨損或將要破損時的狀態對不同的工作參數的影響效果，測量反映刀具磨損、破損的各種影響程度的參量，能在刀具切削時進行檢測，不影響切削加工過程，其不足之處在於檢測到的各種過程信號中含有大量的干擾因素。盡管如此，隨著信號分析處理技術、模式識別技術的發展，這一方法己成為一種主流方法，並取得了很好的效果。國內外採用的刀具磨損的間接測量法有：切削力測量法、機械功率測量法、聲發射、熱電壓測量法、振動信號及多信息融合檢測。
（1）聲發射信號測量法
聲發射技術用於監測刀具的磨、破損是近年來聲發射在無損檢測領域方面新開辟的一個應用領域。其原理是當固體材料在發生變形、斷裂和相變時會引起應變能的迅速釋放，聲發射就是隨之產生的彈性應力波。當刀具破損時可檢測到幅值較高的AE信號。聲發射刀具監控技術被公認是一種最具潛力的新型監控技術，進入80年代以來，國內外致力於開發和應用該技術，已獲得較大成果。早在1977年Iwatak和Moriwaki提出了用聲發射技術對刀具磨損進行在線檢測。在此基礎上，Moriwaki提出了聲發射刀具破損檢測方法。Kannatey-Asibu和Dornfeld從理論上研究了聲發射信號的頻譜特徵，並結合模式識別方法實現了對刀具破損的在線監測。我國聲發射監測技術研究盡管起步較晚，但發展迅速。黃惟公採用包絡分析法求取刀具磨損中聲發射信號的包絡線，用時序模型的參數作為特徵值，通過神經網路對刀具磨損方程進行辨識，實驗證明效果良好；李曉利對鏜削過程中的典型AE信號進行FFT分析，通過在頻域里AE信號幅值的變化反映刀具磨損狀態；袁哲俊對切削過程中的聲發射信號進行小波包分解，獲取信號各頻段的能量分布，以此作為信號特徵，並建立基於模糊推理的快速神經網路模型識別刀具磨損狀態。由日本Murakami Giken公司研製的chip-55A型刀具破損監控儀採用聲發射監控技術，實施對加工過程中刀具狀態的監控，該產品與其公司生產的數控銑床配套使用，效果良好。
（2）切削力信號測量法
切削力變化是切削過程中與刀具磨、破損狀態最為密切相關的一種物理現象。採用切削力作為檢測信號，具有拾取容易，反應迅速、靈敏等優點，是在線方法中研究較多、很有希望突破的一種方法，所以是加工中心和FMS中測量刀具破損的常用方法。
基於切削力的監測方法，採用的監測數據主要有切削分力，切削分力比，動態切削力的頻譜和相關函數等。當刀具破損時，切削力變化敏感。當刀具破損較小時，刀具切削刃不鋒利，使切削力增強:當產生崩刃或斷刀時，切削深度減少或沒有，使切削力劇減。在監測切削力時，在X,Y,Z三個方向上同時對Fx,Fy,Fz三個分力進行測量，依靠裝在每個電機上的伺服放大器測量出進給電機和主軸電機的電流變化，並把電流變化傳給力閥，在顯示器上讀出被測量的力，從而判斷刀具是否破損。1977年，日本東京電機大學的村幸辰從理論和實驗兩方面深入研究了不同加工條件和刀具磨損狀態下各切削力的變化規律，發現在一定條件下切削分力比是一個能靈敏反映刀具磨損變化的特徵量，據此他提出了切削力比監測法；1984年，Lan和Dornfeld的研究表明，切向力和進給力對刀具破損具有較高的敏感性；Shiraishi等通過對加工過程的測量、檢測和控制技術的對比研究指出刀具失效的力監測法是最有潛力的方法，有著廣闊的工業應用前景，扭矩監測和切削力法一樣具有相同的研究價值；成剛虎採用了頻段均方值法通過切削力監測刀具的磨損狀態；萬軍利用切削力模型和最小二乘法實現模型自動跟蹤加工過程特性變化，從而獲取刀具磨損量。在切削力監控技術方面具有代表性的成果是瑞典Sandvik Coromant公司推出的TM-BU-1001型刀具監控儀，該系統採用的力感測器可安裝於主軸軸承、進給絲杠，可設置三個門限，一旦超限自動報警。
（3）功率測量法
功率測量法也是工業生產中應用潛力很大的方法。該方法是通過測定主軸負荷功率或電流電壓相位差及電流波形變化等來確定切削過程中刀具是否破損。該方法具有信號檢測方便，可以避免切削環境中切屑、油、煙、振動等因素的干擾，易於安裝。潘建岳在對加工中心鑽削過程功率信號分析的基礎上，提出並採用功率數據的歸原處理方法，以此建立了鑽頭磨損在線監控系統；劉曉勝將回歸分析技術和模糊分類相結合，建立了鏜削切削參數與電流之間的數學模型，間接的反映刀具磨損量與鏜削切削參數的內在聯系，並利用功率信號識別刀具磨損量；郭興提出一種基於人工神經網路的銑刀破損功率監控方法，建立了一個銑刀破損功率監控系統，實驗表明該系統能夠靈敏的檢測出刀具破損並實施監控。袁哲俊系統的研究了切削過程中刀具異常對主電機功率影響的規律，提出了用主電機功率的瞬時值、導數值、靜態平均值和動態均方值等多個參數綜合監控鑽削過程刀具異常狀態；萬軍利用離散自回歸AR模型對功率信號進行處理，其模型參數通過適應演算法在每個信號采樣時刻進行遞歸修正，以適應切削狀況，同時為了區別刀具磨損和切削條件改變引起的功率信號變化，文章引入了歸一化偏差處理，當刀具切出工件時其歸一化偏差明顯比刀具磨損時歸一化偏差的變化要小，監控時設報警門限，當歸一化偏差超限時，即刻報警，具有良好的效果。成功應用電機功率監控技術具有代表性的廠家是美國Cincinnati milacron公司，該公司開發的刀具監控系統與本公司生產的馬刀系列立式加工中心配套使用。
（4）工件尺寸測量法
加工中刀尖磨損或破損必然會引起工件尺寸發生變化，通過測量工件己加工表面的尺寸變化量，可以間接判斷出刀具的磨損、破損情況。從測量方式看，有接觸工件測量的接觸式和測量刀具工件之間間隙的非接觸式兩類。測量工件尺寸方法的優點在於能直接定量給出刀具徑向磨損或破損值，並可與加工精度的在線、實時補償結合起來，保證加工質量，實現精加工中刀具磨損、破損監測的最終目標。其缺點在於，實時測量易受測試環境干擾，冷卻液、切屑等影響測量結果;加工中工件、刀具的熱膨脹和受力變形、主軸回轉精度、進給運動精度、振動等因素也會直接影響測量的精度。此外，在加工變截面工件時，要求感測器進行准確的跟蹤定位，由此也會帶來定位的誤差，並增加了實現的難度。
（5）切削溫度測量法
切削熱也是金屬切削過程中的一個重要物理現象，刀具的磨損和破損將導致切削溫度的驟增。測量切削溫度有三種方式:(l)刀具一工件組成的自然熱電偶，可以測出切削區的平均溫度，不同的刀具、工件材料需進行標定;(2)固定在刀體內某點，由兩種金屬絲組成的熱電偶，測出的是距離刀刃一定距離處某點的溫度，存在溫度變化時響應慢、事先准備費時的問題。(3)紅外攝像系統，可測出切削區溫度場分布，具有靈敏度高，響應時間短的特點，但儀器復雜、成本高，聚焦困難，難以測出切削覆蓋處的刀具溫度。
（6）刀具與工件接觸處電阻測量法
測量原理可分為兩種:一種是根據刀具磨損使刀具與工件接觸面積增大而引起接觸電阻減小的效應，這種方法受切削用量影響較大並有絕緣要求；二是在刀具後刀面上貼一層薄膜導體，它隨著刀具磨損而消耗，根據其電阻的變化可知刀具後刀面的磨損量。此方法精度高，但需每把刀具都粘貼薄膜電阻，且在高溫、高壓下薄膜電阻易脫落。該方法應用於實際工況，目前還不太現實。
（7）振動頻率測量法
刀具在切削過程中，工件與磨損的刀刃部側面摩擦，會產生不同頻率的振動。對這種振動的監測有兩種方法:一是把振幅分成高低兩部分，在切削過程中對此兩部分振幅進行對比;二是把振幅分成幾個獨立的幅帶，用微處理機對這些幅帶進行不斷地記錄及分析，即能監測出刀具後刀面的磨損程度。美國國家標准局自動化研究所在鑽削加工中利用振動信息方面取得了成功的經驗。研製成的系統是利用裝在工件上的加速度感測器對振動信息進行時效分析，識別鑽頭的磨損並判斷鑽頭的折斷。
（8）工件表面粗糙度測量法
隨著刀具磨損程度的增加或破損的發生，工件己加工表面的粗糙度將呈增大趨勢，據此可間接評價出刀具的磨損或破損狀況。測量工件表面粗糙度的方法也可分為兩類。一類是劃針式接觸測量，可直接得出表面粗糙度的評價參數R。此類方法僅適於靜態測量。目前，絕大多數此類方法僅適用於計量室或實驗室環境。另一類是非接觸式光學反射測量，得出的是工件表面粗糙度的相對值，自動監測中通常採用光纖感測器和激光測試系統兩種類型。此類方法測試效率高，可以不留痕跡地測量軟質材料的工件表面，但事先需採用樣品標定，受切削液、切屑、工件材質、振動等的影響較大。當前還達不到實際應用水平。
（9）電流信號測量法
該方法簡稱MCSA，利用感應電動機的定子電流作為信號分析的切入點，研究其特徵與故障的對應關系。其基本原理是：隨著刀具磨損的增大，切削力矩增大，機床所消耗的功率增大或電流上升，故 可實現在線檢測刀具磨損。MCSA具有測試便利、信息集成度高、傳動路徑直接、信號提取方便、不受加工環境的影響、價格低、易於移植等特點，在機床這種傳動系統封閉、一般感測器比較困難安裝的場合，應該是一種值得探索的方法。
（10）熱電壓測量法
熱電壓測量法利用熱點效應原理，即兩種不同導體的接觸點在受熱時，將在兩導體的另一端之間產生一個電壓，這個電壓的大小取決於導體的電特性 及接觸點與自由端之間的溫度差。當刀具和加工工件是由不同材料構成時，在刀具與工件之間就可以產生一個與切削溫度相關的熱電壓。這個電壓就可以作為刀具磨損量的一個度量，因為隨著刀具磨損量的增大，熱電壓也隨之增大。該方法的有點是價格便宜，精度較高，使用簡便，特別適用於高速加工區，缺點是對感測器材料及精度要求高，只能進行間隔式檢測。

④ PCD刀具未來製造新趨勢是什麼

PCD刀具未來製造新趨勢是——五軸激光加工

一、刀具行業的發展
刀具行業統稱的超硬刀具，主要是PCD、CBN、單晶鑽石、天然鑽石等材料製成的刀具，這幾種材料的共同特性就是硬度高、難加工，優點是刀具壽命持久，所以，在早期作為刀具材料時，只能製造形狀相對簡單的切削刀具。隨著科技的進步，材料及刀具製造工藝拓展越來越廣泛，刀具製造工藝也發生了很大轉變，這些變化，在近些年有比較明顯的分界。
為了更清晰的了解超硬刀具製造工藝的發展歷程，我們人為的把它大致分成三個階段。2000年以前，幾乎完全是依靠傳統磨削工藝來製造刀具，這類的刀具應用范圍很有限；特點就是製造形狀相對簡單的刀具，我們認為這是超硬刀具製造的第一階段。
在2000-2015這十五年間，由於放電加工技術的突破，PCD刀具專用線切割、火花機設備成為PCD刀具的主要生產工藝標准，放電加工帶來最明顯的突破，就是容易製造刃口異形的刀具。
從而讓金剛石刀具在金屬切削領域得到更廣泛的應用。2015年前後，隨著科技的不斷進步，再一次由德國DMG公司率先在市場上推出五軸激光加工設備，自此，金剛石刀具製造的一個全新時代開啟。
嚴格意義上來講，刀具五軸激光設備，並不是行業全新的發明創造，它是由CNC機床基礎、軟體基礎、激光器行業的發展成熟等等條件，這些相關領域的技術融合，而推動產生的一個全新加工技術。所以，激光加工的加入，會

⑤ 刀具磨損和破損的監測有什麼概念簡介

單台機床的加工，對刀具磨損和破損的監測，憑工人的經驗，尚能進行正常的生產，而對FMS、CIMS、無人化工廠，必須解決刀具磨損與破損的在線實時監測及控制問題。因為及時確定刀具磨損和破損的程度並進行在線實時控制，是提高生產過程自動化程度及保證產品質量，避免損壞機床、刀具、工件的關鍵要素之一。
監測原理監測參量的選取監測原理監測原理框圖監測刀具磨損和破損的方法很多，可分為直接測量法和間接測量法兩大類。直接測量法主要有：光學法、接觸電阻法、放射性法等。間接測量法主要有：切削力或功率測量法，刀具和工件測量法，溫度測量法，振動分析法，AE法，電機電流或功率測量法等。
比較現有的刀具磨損和破損的監測方法，各有優缺點，我們選取聲發射（AE）和電機電流信號作為監測參量。這是因為AE信號能避開機加工中雜訊影響zui嚴重的低頻區，受振動和聲頻雜訊影響小，在感興趣區信噪比較高，便於對信號進行處理。響應速度快，靈敏度高；但重負荷時，易受干擾。而電機電流信號易於提取，能適應所有的機加工過程，對正常的切削加工沒有影響，但易受干擾，時間響應慢，輕負荷時，靈敏度低。這樣，同時選AE和電機電流為監測信號，就能利用這2個監測量的各自長處，互補不足，拓寬監測范圍，提高監測精度和判別成功率。
切削過程中，當刀具發生磨損和破損時，切削力相應發生變化，切削力的變化引起電機輸出轉矩發生變化，進而導致電機電流發生相應的變化，電流法正是通過監測電機電流的變化，實現間接在線實時判斷刀具的磨損和破損。AE是材料或結構受外力或內力作用產生變形或斷裂時，以彈性波形的形式釋放出應變能的現象。它具有幅值低，頻率范圍寬的特點。試驗及頻譜分析發現：正常切削產生的AE信號主要是工件材料的塑性變形，其功率譜分布，100kHz以下數值很大，100kHz以上較小。
當刀具磨損和破損時，100kHz以上頻率成分的AE信號要比正常切削時大得多，特別是100-300kHz之間的頻率成分更大些。為此，應通過帶通濾波器，監測100-300kHz頻率成分AE信號的變化，對刀具磨損和破損進行監測。利用AE、電機電流信號綜合對刀具磨損和破損進行判別的原理是：輕負荷區，依靠AE包絡信號，用閾值的方法進行判別；在中負荷區，這時電機電流和AE信號都起作用，用兩者結合的方法進行判別，提高判別的成功率，具體方法是：如果AE信號超過AE閾值，則置延時常數為ds（d的數值依賴於系統構成），如果在ds時間內，電流信號也超過電流信號的閾值，則判刀具極限磨損或破損。如果在ds時間內，電流信號未超過電流信號的閾值，則不報警，由延時常數繼續監測。這種以AE為先導，AE信號和電機電流信號進行「與」的判別模式，既利用了AE信號具有實時、靈敏的特點，又考慮了電機電流信號具有滯後的性質，具有較強的抗干擾能力，提高了判別成功率。在大負荷區，則以電機電流信號為主，AE信號為輔進行判別。

⑥ 簡述刀具破損檢測方法

監測原理監測參量的選取監測原理監測原理框圖監測刀具磨損和破損的方法很多，可分為直接測量法和間接測量法兩大類。直接測量法主要有：光學法、接觸電阻法、放射性法等。間接測量法主要有：切削力或功率測量法，刀具和工件測量法，溫度測量法，振動分析法，AE法，電機電流或功率測量法等。

比較現有的刀具磨損和破損的監測方法，各有優缺點，我們選取聲發射(AE)和電機電流信號作為監測參量。這是因為AE信號能避開機加工中雜訊影響最嚴重的低頻區，受振動和聲頻雜訊影響小，在感興趣區信噪比較高，便於對信號進行處理。響應速度快，靈敏度高;但重負荷時，易受干擾。而電機電流信號易於提取，能適應所有的機加工過程，對正常的切削加工沒有影響，但易受干擾，時間響應慢，輕負荷時，靈敏度低。這樣，同時選AE和電機電流為監測信號，就能利用這2個監測量的各自長處，互補不足，拓寬監測范圍，提高監測精度和判別成功率。

⑦ 刀具磨損如何度量

具體度量刀具的磨損情況，可以裝上那個磨損的刀具，進行調刀，看走刀量，同樣再換上一把好刀，看走刀量，兩者對比即可看出結果

⑧ 刀具磨損分為哪三個階段

石墨專用刀具的特點是什麼

石墨電極與銅電極相比具有電極消耗小、加工速度快、機械加工性能好、加工精度高、熱變形小、重量輕、表面處理容易、耐高溫、加工溫度高、電極可粘結等優點。盡管石墨是一種非常容易切削的材料，但由於用作EDM電極的石墨材料必須具有足夠的強度以免在操作和EDM加工過程中受到破壞,同時電極形狀(薄壁、小圓角、銳變)等也對石墨電極的晶粒尺寸和強度提出較高的要求，這導致在加工過程中石墨工件容易崩碎，刀具容易磨損。

刀具磨損是石墨電極加工中最重要的問題。磨損量不僅影響刀具損耗費用、加工時間、加工質量，而且影響電極EDM加工工件材料的表面質量，是優化高速加工的重要參數。石墨電極材料加工的主要刀具磨損區域為前刀面和後刀面。在前刀面上，刀具與破碎切屑區的沖擊接觸產生沖擊磨粒磨損，沿工具表面滑動的切屑產生滑動摩擦磨損。

影響刀具磨損的幾點事項：

1、刀具材料

刀具材料是決定刀具切削性能的根本因素，對於加工效率、加工質量、加工成本以及刀具耐用度影響很大。刀具材料越硬，其耐磨性越好，硬度越高，沖擊韌性越低，材料越脆。硬度和韌性是一對矛盾，也是刀具材料所應克服的一個關鍵。對於石墨刀具，普通的TiAlN塗層可在選材上適當選擇韌性相對較好一點的，也就是鈷含量稍高一點的；對於金剛石塗層石墨刀具，可在選材上適當選擇硬度相對較好一點的，也就是鈷含量稍低一點的；

2、刀具的幾何角度

石墨刀具選擇合適的幾何角度，有助於減小刀具的振動，反過來，石墨工件也不容易崩缺；

（1）前角，採用負前角加工石墨時，刀具刃口強度較好，耐沖擊和摩擦的性能好，隨著負 前角絕對值的減小，後刀面磨損面積變化不大，但總體呈減小趨勢，採用正前角加工時，隨著前角的增大，刀具刃口強度被削弱，反而導致後刀面磨損加劇。負前角加工時，切削阻力大，增大了切削振動，採用大正前角加工時，刀具磨損嚴重，切削振動也較大。

（2）後角，如果後角的增大，則刀具刃口強度降低，後刀面磨損面積逐漸增大。刀具後角過大後，切削振動加強。

（3）螺旋角，螺旋角較小時，同一切削刃上同時切入石墨工件的刃長最長，切削阻力最大，刀具承受的切削沖擊力最大，因而刀具磨損、銑削力和切削振動都是最大的。當螺旋角去較大時，銑削合力的方向偏離工件表面的程度大，石墨材料因崩碎而造成的切削沖擊加劇，因而刀具磨損、銑削力和切削振動也都有所增大。因此，刀具角度變化對刀具磨損、銑削力和切削振動的影響是前角、後角及螺旋角綜合產生的，所以在選擇方面一定要多加註意。

通過對石墨材料的加工特性做了大量的科學測試，PARA刀具優化了相關刀具的幾何角度，從而使得刀具的整體切削性能大大提高。

3、刀具的塗層

金剛石塗層刀具的硬度高、耐磨性好、摩擦系數低等優點，現階段金剛石塗層是石墨加工刀具的最佳選擇，也最能體現石墨刀具優越的使用性能；金剛石塗層的硬質合金刀具的優點是綜合了天然金剛石的硬度和硬質合金的強度及斷裂韌性；但是在國內金剛石塗層技術還處於起步階段，還有成本的投入都是很大的，所以金剛石塗層在近期不會有太大發展，不過我們可以在普通刀具的基礎上，優化刀具的角度，選材等方面和改善普通塗層的結構，在某種程度上是可以在石墨加工當中應用的。

金剛石塗層刀具和普通塗層刀具的幾何角度有本質的區別，所以在設計金剛石塗層刀具時，由於石墨加工的特殊性，其幾何角度可適當放大，容削槽也變大，也不會降低其刀具鋒口的耐磨性；對於普通的TiAlN塗層，雖然比無塗層的刀具其耐磨有顯著的提高，但比起金剛石塗層來說，在加工石墨時它的幾何角度應適當放小，以增加其耐磨性。

對金剛石塗層來說，目前世界上眾多的塗層公司均投入大量的人力和物力來研究開發相關塗層技術，但是至今為止，國外成熟而又經濟的塗層公司僅僅限於歐洲；PARA作為一款優秀的石墨加工刀具，同樣採用目前世界最先進的塗層技術對刀具進行表面處理，以確保加工壽命的同時，保證刀具的經濟實用。

4、刀具刃口的強化

刀具刃口鈍化技術是一個還不被人們普遍重視，而又是十分重要的問題。金剛石砂輪刃磨後的硬質合金刀具刃口，存在程度不同的微觀缺口(即微小崩刃與鋸口)。石墨高速切削加工刀具性能和穩定性提出了更高的要求，特別是金剛石塗層刀具在塗層前必須經過刀口的鈍化處理，才能保證塗層的牢固性和使用壽命。刀具鈍化目的就是解決上述刃磨後的刀具刃口微觀缺口的缺陷，使其鋒值減少或消除，達到圓滑平整，既鋒利堅固又耐用的目的。

5、刀具的機械加工條件

選擇適當的加工條件對於刀具的壽命有相當大的影響。

（1）切削方式（順銑和逆銑），順銑時的切削振動小於逆銑的切削振動。順銑時的刀具切入厚度從最大減小到零，刀具切入工件後不會出現因切不下切屑而造成的彈刀現象，工藝系統的剛性好，切削振動小；逆銑時，刀 具的切入厚度從零增加到最大，刀具切入初期因切削厚度薄將在工件表面劃擦一段路徑，此時刃口如果遇到石墨材料中的硬質點或殘留在工件表面的切屑顆粒，都將引起刀具的彈刀或顫振，因此逆銑的切削振動大；

（2）吹氣（或吸塵）和浸漬電火花液加工，及時清理工件表面的石墨粉塵，有利於減小刀具二次磨損，延長刀具的使用壽命，減少石墨粉塵對機床絲杠和導軌的影響；

（3）選擇合適的高轉速及相應的大進給量。

綜述以上幾點，刀具的材料、幾何角度、塗層、刃口的強化及機械加工條件，在刀具的使用壽命中扮演者不同的角色，缺一不可，相輔相成的。一把好的石墨刀具，應具備流暢的石墨粉排屑槽、長的使用壽命、能夠深雕刻加工、能節約加工成本。
回答人的補充 2011-01-05 11:03 刀具在切削過程中將逐漸產生磨損，當刀具磨損達到一定程度時，可以明顯地發現切削力加大，切削溫度上升，切屑顏色改變，甚至產生振動。同時，工件尺寸也可能超出公差范圍，已加工表面質量也明顯惡化。刀具的磨損和耐用度關繫到切削加工的效率、質量和成本，因此它是切削加工中極為重要的問題之一。
在切削過程中，前刀面、後刀面經常與切屑、工件接觸，在接觸區里發生著強烈的摩擦，同時，在接觸區里又有很高的溫度和壓力。因此，前刀面和後刀面隨著切削的進行都會逐漸產生磨損。切削過程中的刀具磨損具有下列特點：刀具與切屑、工件間的接觸表面經常是新鮮表面；接觸壓力非常大，有時超過被切削材料的屈服強度；接觸表面的溫度很高，對於硬質合金刀具可達800～1000℃，對於高速刀具可達300～600℃。在上述條件下工作，刀具磨損經常是機械的、熱的、化學的三種形式的綜合作用結果，可以產生以下幾種磨損形式。
一、磨料磨損
切屑、工件的硬度雖然低於刀具的硬度，但它們當中經常含有一些硬度極高的微小的硬質點，可在刀具表面刻劃出溝紋，這就是磨料磨損。硬質點有碳化物(如Fe3C、TiC、VC)、氮化物(如TiN、Si3N4)、氧化物(如SiO2、Al2O3)和金屬間化合物等。切削中的Ti(N、C)顆粒在刀具上起了耕犁作用。除了前刀面會有磨料磨損的現象，在後刀面上，同樣可以發現有由於磨料磨損而產生的的溝紋。磨料磨損在各種切削速度下都存在，但對低速切削的刀具(如拉刀、扳牙等)，磨料是磨損的主要原因。這是由於低速切削時，切削溫度比較低，其他原因產生的磨損並不顯著，因而不是主要的。高速鋼刀具的硬度和耐磨度低於硬質合金、陶瓷等，故其磨料磨損所佔的比重較大。
二、冷焊磨損
切削時，切屑、工件與前、後刀面之間，存在很大的壓力和強烈的摩擦，因而它們之間會發生冷焊。由於摩擦面之間有相對的運動，冷焊結將產生破裂被一方帶走，從而造成冷焊磨損。
一般來說，工件材料或切屑的硬度較刀具材料的硬度低，冷焊結的破裂往往發生在工件或切屑這方。但由於交變能力、接觸疲勞、熱應力以及刀具表層結構缺陷等原因，冷焊結的破裂也可能發生在刀具這一方，刀具材料的顆粒被切屑或工件帶走，從而造成刀具磨損。
冷焊磨損一般在中等偏低的切削速度下比較嚴重。研究表明：脆性金屬比塑性金屬的抗冷焊能力強；相同的金屬或晶格類型、晶格間距、電子密度、電化學性質相近的金屬冷焊傾向小；金屬化合物比單相固熔體冷焊傾向小；化學元素周期表中B族元素比鐵的冷焊傾向小。
在高速鋼刀具的正常工作速度和硬質合金刀具偏低的工作速度下，正能滿足產生冷焊的條件，故此時冷焊磨損所佔的比重較大。提高切削速度後，硬質合金刀具冷焊磨損減輕。
三、擴散磨損
擴散磨損在高溫下產生。切削金屬時，切屑、工件與刀具接觸過程中，雙方的化學元素在固態下相互擴散，改變了原來材料的成分與結構，使刀具材料變得脆弱，從而加劇了刀具的磨損。例如硬質合金切鋼時，從800℃開始，硬質合金中的化學元素迅速地擴散到切屑、工件中去，WC分解為W和C後擴散到鋼中。因切屑、工件都在高速運動，刀具表面和它們的表面在接觸區保持著擴散元素的濃度梯度，從而使擴散現象持續進行。於是，硬質合金錶面發生貧碳、貧鎢現象。粘結相CO減少，又使硬質合金中硬質相(WC，TiC)的粘結強度降低。切屑、工件中的Fe則向硬質合金中擴散，擴散到硬質合金中的Fe，將形成新的硬度、高脆性的復合碳化物。所有這些，都使刀具磨損加劇。除刀具、工件材料自身的性質以外，溫度是影響擴散磨損的最主要因素。擴散磨損往往與冷焊磨損、磨料磨損同時產生，此時磨損率很高。高速鋼刀具的工作溫度較低，與切屑、工件之間的擴散作用進行得比較緩慢，故其擴散磨損所佔的比重遠小於硬質合金刀具。
四、氧化磨損
當刀削溫度達700～800℃時，空氣中的氧便與硬質合金中的鈷及碳化鎢、碳化鈦等發生氧化作用，產生較軟的氧化物(如Co3O4、CoO、WO3、TiO2等)被切屑或工件擦掉而形成磨損，這稱為氧化磨損。氧化磨損與氧化膜的粘附強度有關，粘附強度越低，則磨損越快；反之則可減輕這種磨損。一般，空氣不易進入刀屑接觸區，氧化磨損最容易在主副刀削刃的工作邊界處形成。
五、熱電磨損
工件、切屑與刀具由於材料不同，切削時在接觸區將產生熱電勢，這種熱電勢有促進擴散的作用而加速刀具磨損。這種在熱電勢的作用下產生的擴散磨損，稱為「熱電磨損」。試驗證明，若在工件、刀具接觸處通以與熱電勢相反的電動勢，可減少熱電磨損。
總之，在不同的工件材料、刀具材料和切削條件下，磨損原因和磨損強度是不同的。對於一定的刀具和工件材料，切削溫度對刀具磨損具有決定性的影響。切削溫度的高低取決於熱的產生和傳出情況，它受切削用量、工件材料、刀具材料及幾何開頭等影響。因此，通過合理選擇切削用量、刀具材料及角度，可以減少切削熱的產生和增加熱的傳出。有效地降低切削區溫度是減少刀具磨損的重要途徑。
由於刀具磨損到一定程度，將降低工件的尺寸精度和加工表面質量，同時也將增加加工成本和刀具的消耗，因此，減少刀具磨損具有十分重要的現實意義。
鈦合金有哪些切削特點？

鈦合金的硬度大於HB350時切削加工特別困難，小於HB300時則容易出現粘刀現象，也難於切削。但鈦合金的硬度只是難於切削加工的一個方面，關鍵在於鈦合金本身化學、物理、力學性能間的綜合對其切削加工性的影響。鈦合金有如下切削特點：

(1)變形系數小：這是鈦合金切削加工的顯著特點，變形系數小於或接近於1。切屑在前刀面上滑動摩擦的路程大大增大，加速刀具磨損。

(2)切削溫度高：由於鈦合金的導熱系數很小(只相當於45號鋼的1/5～1/7)，切屑與前刀面的接觸長度極短，切削時產生的熱不易傳出，集中在切削區和切削刃附近的較小范圍內，切削溫度很高。在相同的切削條件下，切削溫度可比切削45號鋼時高出一倍以上。

(3)單位面積上的切削力大：主切削力比切鋼時約小20％，由於切屑與前刀面的接觸長度極短，單位接觸面積上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同時，由於鈦合金的彈性模量小，加工時在徑向力作用下容易產生彎曲變形，引起振動，加大刀具磨損並影響零件的精度。因此，要求工藝系統應具有較好的剛性。

(4)冷硬現象嚴重：由於鈦的化學活性大，在高的切削溫度下，很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同時切削過程中的塑性變形也會造成表面硬化。冷硬現象不僅會降低零件的疲勞強度，而且能加劇刀具磨損，是切削鈦合金時的一個很重要特點。

(5)刀具易磨損：毛坯經過沖壓、鍛造、熱軋等方法加工後，形成硬而脆的不均勻外皮，極易造成崩刃現象，使得切除硬皮成為鈦合金加工中最困難的工序。另外，由於鈦合金對刀具材料的化學親和性強，在切削溫度高和單位面積上切削力大的條件下，刀具很容易產生粘結磨損。車削鈦合金時，有時前刀面的磨損甚至比後刀面更為嚴重；進給量f<0.1 mm/r時，磨損主要發生在後刀面上；當f>0.2 mm/r時，前刀面將出現磨損；用硬質合金刀具精車和半精車時，後刀面的磨損以VBmax<0.4 mm較合適。

4．切削鈦合金時怎樣選擇刀具材料？

切削加工鈦合金應從降低切削溫度和減少粘結兩方面出發，選用紅硬性好、抗彎強度高、導熱性能好、與鈦合金親和性差的刀具材料，YG類硬質合金比較合適。由於高速鋼的耐熱性差，因此應盡量採用硬質合金製作的刀具。常用的硬質合金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T和YD15等。

塗層刀片和YT類硬質合金會與鈦合金產生劇烈的親和作用，加劇刀具的粘結磨損，不宜用來切削鈦合金；對於復雜、多刃刀具，可選用高釩高速鋼(如W12Cr4V4Mo)、高鈷高速鋼(如W2Mo9Cr4VCo8)或鋁高速鋼(如W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料，適於製作切削鈦合金的鑽頭、鉸刀、立銑刀、拉刀、絲錐等刀具。

採用金剛石和立方氮化硼作刀具切削鈦合金，可取得顯著效果。如用天然金剛石刀具在乳化液冷卻的條件下，切削速度可達200 m/min；若不用切削液，在同等磨損量時，允許的切削速度僅為100m/min。

5．切削鈦合金時怎樣選擇刀具幾何參數？

(1)前角γ0：鈦合金切屑與前刀面的接觸長度短，前角較小時既可增加刀屑的接觸面積，使切削熱和切削力不至於過分集中在切削刃附近，改善散熱條件，又能加強切削刃，減小崩損的可能性。一般取γ0=5°～15°。

(2)後角α0：鈦合金已加工表面彈性恢復大、冷硬現象嚴重，採用大後角可減小對後刀面造成的摩擦、粘附、粘結、撕裂等現象，以減小後刀面的磨損。各種切削鈦合金刀具的後角基本上都大於等於15°。

(3)主偏角κr和副偏角κ′r：切削鈦合金時切削溫度高、彈性變形傾向大，在工藝系統剛性允許的條件下，應盡量減小主偏角，以增加切削部分的散熱面積和減小切削刃單位長度上的負荷，一般採用κr=30°，粗加工時取κr=45°。減小副偏角可以加強刀尖，有利於散熱和降低加工表面粗糙度值，一般取κ′r =10°～15°。

(4)刃傾角λs：由於毛坯有硬皮和表層組織不均勻，粗車時切削刃容易崩損，為了增加切削刃的強度和鋒利程度，應加大切屑的滑動速度，一般取λs =-3°～-5°，精車時λs =O°。

(5)刀尖圓弧半徑rε：切削鈦合金時刀尖是最薄弱的部分，容易崩掉和磨損，需磨出刀尖圓弧，一般rε=0.5～1.5mm。

車削時採用負倒棱(bγ=0.03～0.05 mm，γ01=-10°～0°)，斷(卷)屑槽的槽底圓弧半徑Rn=6～8 mm。

另外，刀具刃磨質量對提高其耐用度也十分重要。硬質合金刀具宜用金剛石砂輪刃磨，切削時刃口必須鋒利，前後刀面的表面粗糙度Ra值應小於0.4um，刃口部分不允許有微小的缺口。刀具刃磨後進行研磨，其耐用度可提高30％。

6．切削鈦合金時怎樣選擇切削用量？

切削鈦合金時，切削溫度高、刀具耐用度低，切削用量中切削速度對切削溫度的影響最大，因此應力求使所選擇的切削速度下產生的切削溫度接近最佳范圍。高速鋼刀具切削鈦合金時的最佳切削溫度約為480℃～540℃，硬質合金刀具約為650℃～750℃。切削鈦合金一般採用較低的切削速度、較大的切削深度和進給量。

(1)切削速度Vc：切削速度對刀具耐用度影響最大，最好能使刀具在相對磨損最小的最佳切削速度下工作。切削不同牌號的鈦合金，由於強度差別較大，切削速度應適當調整。切削深度對切削速度也有一定影響，應根據不同的切削深度來確定切削速度的大小，
(2)進給量f：進給量對刀具的耐用度影響較小，在保證加工表面粗糙度的條件下，可選較大的進給量，一般取f=0.1～0.3 mm/r。進給量太小，使刀具在硬化層內切削，增加刀具磨損，同時極薄的切屑在高的切削溫度下容易自燃，因此不允許f<0.05 mm/r。

(3)切削深度αp：切削深度對刀具耐用度的影響最小，一般選用較大的切削深度，這樣不僅可以避免刀尖在硬化層內切削，減小刀具磨損，還可增加刀刃工作長度，有利於散熱，一般取αp=1～5 mm。

7．切削鈦合金時怎樣選擇切削液？

切削鈦合金時，為了降低切削溫度，應當向切削區域澆注大量的以冷卻作用為主的切削液。對切削液的要求有導熱系數大、比熱大、熱容量大、汽化熱大、汽化速度快、流量大、流速快。一般說來，水比油的導熱系數大3～5倍，比熱大1倍，汽化熱幾乎大10倍左右，故用水溶性切削液較為合適。車、銑削鈦合金時，常採用乳化液，或採用有極壓添加劑的水溶性切削液。

極壓乳化劑的配方為：

石油磺酸鈉 10％ 油酸 3％

石油磺酸鉛 6％ 三乙醇胺 3.5 ％

氯化石蠟 4％ 20號機油 70.5％

氯化硬脂酸 3％

極壓添加劑的水溶性切削液的配方為：

氯化脂肪酸、聚氯乙烯 0.5％～0.8％

磷酸三鈉 0.59％ 三乙醇胺 1％～2％

亞硝酸鈉 1.2％ 水 其餘

對於鑽孔、擴孔、鉸孔、拉削、攻絲等工序，應該採用潤滑作用較大的極壓可溶性油作切削液，如蓖麻油、油酸、硫化油、氯化油等。

冷卻潤滑的方法最好採用高壓噴霧冷卻法、高壓內冷卻法等，這樣才可起到良好的冷卻、潤滑作用。切削液流量不少於15～20 L／min。

8．切削鈦合金時應注意哪些問題?

在切削鈦合金的過程中，應注意的事項有：

(1)由於鈦合金的彈性模量小，工件在加工中的夾緊變形和受力變形大，會降低工件的加工精度；工件安裝時夾緊力不宜過大，必要時可增加輔助支承。

(2)如果使用含氯的切削液，切削過程中在高溫下將分解釋放出氫氣，被鈦吸收引起氫脆；也可能引起鈦合金高溫應力腐蝕開裂。

(3)切削液中的氯化物使用時還可能分解或揮發有毒氣體，使用時宜採取安全防護措施，否則不應使用；切削後應及時用不含氯的清洗劑徹底清洗零件，清除含氯殘留物。

(4)禁止使用鉛或鋅基合金製作的工、夾具與鈦合金接觸，銅、錫、鎘及其合金也同樣禁止使用。

(5)與鈦合金接觸的所有工、夾具或其他裝置都必須潔凈；經清洗過的鈦合金零件，要防止油脂或指印污染，否則以後可能造成鹽(氯化鈉)的應力腐蝕。

(6)一般情況下切削加工鈦合金時，沒有發火危險，只有在微量切削時，切下的細小切屑才有發火燃燒現象。為了避免火災，除大量澆注切削液之外，還應防止切屑在機床上堆積，刀具用鈍後立即進行更換，或降低切削速度，加大進給量以加大切屑厚度。若一旦著火，應採用滑石粉、石灰石粉末、干砂等滅火器材進行撲滅，嚴禁使用四氯化碳、二氧化碳滅火器，也不能澆水，因為水能加速燃燒，甚至導致氫爆炸。

⑨ 造成刀具磨損的主要原因

1、硬質點磨損：切削時，切屑、工件材料中含有一些碳化物、氮化物和氧化物等硬質點以及積屑瘤碎片等，可在刀具表面刻劃出溝紋，這就是磨料磨損。
2、粘結磨損：切削時，切屑、工件與前、後刀面之間存在很大的壓力和強烈的摩擦，形成新鮮表面接觸而發生冷焊粘結。由於切屑在滑移過程中產生剪切破壞，帶走刀具材料，從而造成粘結磨損。
3、擴散磨損：在切削高溫下，使工件與刀具材料中的合金元素在固態下相互擴散置換造成的刀具磨損，成為擴散磨損。
4、化學磨損：在一定溫度下，刀具材料與某些周圍介質起化學作用，在刀具表面形成一層硬度較低的化合物，被切屑或工件擦掉而形成磨損，成為化學磨損。
5、相變磨損：當切削溫度達到或超過刀具材料的相變溫度時，刀具材料中的金相組織將發生變化，硬度顯著下降，引起的刀具磨損稱為相變磨損。