刀具磨损状态在线监测装置设计

① 如何关闭刀具断刀检测

一种断刀检测装置，包括底座1和安装在底座1上的导套2；导套2内设置有与导套2滑动连接的测头3，测头3和底座1之间设置有弹簧4，导套2底部的侧壁上设置有用于检测测头3的探针5。在导套2侧壁上设置有用于固定探针5的夹块6。当设备启动之后，刀具首先进行断刀检测，以便操作人员了解刀具完整情况，具体工作情况为：刀具移动到测头3顶部的上方，刀具缓慢前进，刀具接触并抵住测头3，测头3在刀具的驱动下，沿着导套2的侧壁缓慢滑动，在测头3滑动时，测头3同时也压缩着弹簧4，刀具运动到指定位置，当测头3底部处的侧壁被探针5检测到之后，探针5向设备发出信号，表示刀具完整，可以继续使用；当测头3底部处的侧壁不能被探针5检测到之后，探针5向设备发出信号，表示刀具已经损坏，操作人员停机检查刀具的情况；当刀具完成检测之后，刀具脱离测头3，弹簧4在复位状态下带动测头3沿着导套2反向运动，测头3复位。为了便于刀具抵住测头3，测头3的顶部处设置有用于刀具嵌入的检测槽9。

为了防止弹簧4在复位时将测头3顶出导套2，在测头3底部设置有用于限制测头3被弹簧4顶出导套2的凸块7。为了防止弹簧4在底座1上发生偏移，底座1上设置有用于安放弹簧4的弹簧4槽。在夹块6上设置有用于固定探针5的销块10，销块10将探针5锁紧，探针5固定在夹块6上，探针5相对于导套2不会发生移动，同时探针5也不会和测头3侧壁接触不到，导致发生错误的信号。

② deform切削仿真怎样添加振动约束仿真结果中如何查看刀具磨损仿真结果中怎样查看工件表面磨损状态

刀具设为弹性体，run后即可查看刀具应力

③ 刀具磨损的检测与监控方法

刀具状态检测方法可分为直接测量法和间接测量法。

1.直接测量法
直接测量法能够识别刀刃外观、表面质量或几何形状的变化，一般只能在不切削时进行，它有两个明显的缺点：一是要求停机检测；二是不能检测出加工过程中出现的刀具突然破损。国内外采用的刀具磨损量的直接测量法有：电阻测量法、刀具工件间距测量法、光学测量法、放电电流测量法、射线测量法、微结构镀层法及计算机图像处理法。
（1）电阻测量法
该方法利用待测切削刃与传感器接触产生的电信号脉冲，来测量待测刀具的实际磨损状态。该方法的优点在于传感器价格低廉，缺点是传感器的选材必须十分注意，既要有良好的可切削性，又要对刀具寿命无明显的影响，而且工作不太可靠，因为切屑和刀具上的积屑可能引起传感器接触部分短路，从而影响精度。
（2）刀具工件间距测量法
切削过程中随着刀具的磨损，刀具与工件间的距离减小，此距离可用电子千分尺、超声波测量仪、气动测量仪、电感位移传感器等进行测量。但是这种方法的灵敏度易受工件表面温度、表面品质、冷却液及工件尺寸等因素的影响，使其应用收到一定限制。
（3）光学测量法
光学测量法的原理是磨损区比未磨损区有更强的光反射能力，刀具磨损越大，刀刃反光面积就越大，传感器检测的光通量就越大。由于热应力引起的变形及切削力引起的刀具位移都影响检测结果，所以该方法所测得的结果并非真实的磨损量，而是包含了上述因素在内的一个相对值，此法在刀具直径较大时效果较好。
（4）放电电流测量法
将切削力刀具与传感器之间加上高压电，在测量回路中流过的（弧光放电）电流大小就取决于刀刃的几何形状（即刀尖到放电电极间的距离）。该方法的优点是可以进行在线检测，检测崩齿、断刀等刀具几何尺寸的变化，但不能精确地测量刀刃的几何尺寸。
（5）射线测量法
将有放射性的物质掺入刀具材料内，当刀具磨损时，放射性的物质微粒就会随切屑一起通过一个预先设计好的射线测量器。射线测量器中所测得的量是同刀具磨损密切相关的，射线剂量的大小就反映了刀具磨损量的大小。该法的最大弱点是放射性物质对环境的污染大，对人体健康非常不利。此外，尽管此法可以测量刀具的磨损量，并不能准确地测定刀具切削刃的状态。因此，该法仅适用于某些特殊场合，不宜广泛采用。
（6）微结构镀层法
将微结构导电镀层同刀具的耐磨保护层结合在一起。微结构导电镀层的电阻随着刀具磨损状态的变化而变化，磨损量越大，电阻就越小。当刀具出现崩齿、折断及过度磨损现象时，电阻趋于零。该方法的优点是检测电路简单，检测精度高，可以实现在线检测。缺点是对微结构导电镀层的要求很高：要具有良好的耐磨性、耐高温性和抗冲击性能。
（7）计算机图像处理法
计算机图像处理法是一种快捷、无接触、无磨损的检测方法，它可以精确地检测每个刀刃上不同形式的磨损状态。这种检测系统通常由CCD摄像机、光源和计算机构成。但由于光学设备对环境的要求很高，而实际生产中刀具的工作环境非常恶劣（如冷却介质、切屑等），故该方法目前仅适用于实验室自动检测。

2.间接测量法
间接测量法利用刀具磨损或将要破损时的状态对不同的工作参数的影响效果，测量反映刀具磨损、破损的各种影响程度的参量，能在刀具切削时进行检测，不影响切削加工过程，其不足之处在于检测到的各种过程信号中含有大量的干扰因素。尽管如此，随着信号分析处理技术、模式识别技术的发展，这一方法己成为一种主流方法，并取得了很好的效果。国内外采用的刀具磨损的间接测量法有：切削力测量法、机械功率测量法、声发射、热电压测量法、振动信号及多信息融合检测。
（1）声发射信号测量法
声发射技术用于监测刀具的磨、破损是近年来声发射在无损检测领域方面新开辟的一个应用领域。其原理是当固体材料在发生变形、断裂和相变时会引起应变能的迅速释放，声发射就是随之产生的弹性应力波。当刀具破损时可检测到幅值较高的AE信号。声发射刀具监控技术被公认是一种最具潜力的新型监控技术，进入80年代以来，国内外致力于开发和应用该技术，已获得较大成果。早在1977年Iwatak和Moriwaki提出了用声发射技术对刀具磨损进行在线检测。在此基础上，Moriwaki提出了声发射刀具破损检测方法。Kannatey-Asibu和Dornfeld从理论上研究了声发射信号的频谱特征，并结合模式识别方法实现了对刀具破损的在线监测。我国声发射监测技术研究尽管起步较晚，但发展迅速。黄惟公采用包络分析法求取刀具磨损中声发射信号的包络线，用时序模型的参数作为特征值，通过神经网络对刀具磨损方程进行辨识，实验证明效果良好；李晓利对镗削过程中的典型AE信号进行FFT分析，通过在频域里AE信号幅值的变化反映刀具磨损状态；袁哲俊对切削过程中的声发射信号进行小波包分解，获取信号各频段的能量分布，以此作为信号特征，并建立基于模糊推理的快速神经网络模型识别刀具磨损状态。由日本Murakami Giken公司研制的chip-55A型刀具破损监控仪采用声发射监控技术，实施对加工过程中刀具状态的监控，该产品与其公司生产的数控铣床配套使用，效果良好。
（2）切削力信号测量法
切削力变化是切削过程中与刀具磨、破损状态最为密切相关的一种物理现象。采用切削力作为检测信号，具有拾取容易，反应迅速、灵敏等优点，是在线方法中研究较多、很有希望突破的一种方法，所以是加工中心和FMS中测量刀具破损的常用方法。
基于切削力的监测方法，采用的监测数据主要有切削分力，切削分力比，动态切削力的频谱和相关函数等。当刀具破损时，切削力变化敏感。当刀具破损较小时，刀具切削刃不锋利，使切削力增强:当产生崩刃或断刀时，切削深度减少或没有，使切削力剧减。在监测切削力时，在X,Y,Z三个方向上同时对Fx,Fy,Fz三个分力进行测量，依靠装在每个电机上的伺服放大器测量出进给电机和主轴电机的电流变化，并把电流变化传给力阀，在显示器上读出被测量的力，从而判断刀具是否破损。1977年，日本东京电机大学的村幸辰从理论和实验两方面深入研究了不同加工条件和刀具磨损状态下各切削力的变化规律，发现在一定条件下切削分力比是一个能灵敏反映刀具磨损变化的特征量，据此他提出了切削力比监测法；1984年，Lan和Dornfeld的研究表明，切向力和进给力对刀具破损具有较高的敏感性；Shiraishi等通过对加工过程的测量、检测和控制技术的对比研究指出刀具失效的力监测法是最有潜力的方法，有着广阔的工业应用前景，扭矩监测和切削力法一样具有相同的研究价值；成刚虎采用了频段均方值法通过切削力监测刀具的磨损状态；万军利用切削力模型和最小二乘法实现模型自动跟踪加工过程特性变化，从而获取刀具磨损量。在切削力监控技术方面具有代表性的成果是瑞典Sandvik Coromant公司推出的TM-BU-1001型刀具监控仪，该系统采用的力传感器可安装于主轴轴承、进给丝杠，可设置三个门限，一旦超限自动报警。
（3）功率测量法
功率测量法也是工业生产中应用潜力很大的方法。该方法是通过测定主轴负荷功率或电流电压相位差及电流波形变化等来确定切削过程中刀具是否破损。该方法具有信号检测方便，可以避免切削环境中切屑、油、烟、振动等因素的干扰，易于安装。潘建岳在对加工中心钻削过程功率信号分析的基础上，提出并采用功率数据的归原处理方法，以此建立了钻头磨损在线监控系统；刘晓胜将回归分析技术和模糊分类相结合，建立了镗削切削参数与电流之间的数学模型，间接的反映刀具磨损量与镗削切削参数的内在联系，并利用功率信号识别刀具磨损量；郭兴提出一种基于人工神经网络的铣刀破损功率监控方法，建立了一个铣刀破损功率监控系统，实验表明该系统能够灵敏的检测出刀具破损并实施监控。袁哲俊系统的研究了切削过程中刀具异常对主电机功率影响的规律，提出了用主电机功率的瞬时值、导数值、静态平均值和动态均方值等多个参数综合监控钻削过程刀具异常状态；万军利用离散自回归AR模型对功率信号进行处理，其模型参数通过适应算法在每个信号采样时刻进行递归修正，以适应切削状况，同时为了区别刀具磨损和切削条件改变引起的功率信号变化，文章引入了归一化偏差处理，当刀具切出工件时其归一化偏差明显比刀具磨损时归一化偏差的变化要小，监控时设报警门限，当归一化偏差超限时，即刻报警，具有良好的效果。成功应用电机功率监控技术具有代表性的厂家是美国Cincinnati milacron公司，该公司开发的刀具监控系统与本公司生产的马刀系列立式加工中心配套使用。
（4）工件尺寸测量法
加工中刀尖磨损或破损必然会引起工件尺寸发生变化，通过测量工件己加工表面的尺寸变化量，可以间接判断出刀具的磨损、破损情况。从测量方式看，有接触工件测量的接触式和测量刀具工件之间间隙的非接触式两类。测量工件尺寸方法的优点在于能直接定量给出刀具径向磨损或破损值，并可与加工精度的在线、实时补偿结合起来，保证加工质量，实现精加工中刀具磨损、破损监测的最终目标。其缺点在于，实时测量易受测试环境干扰，冷却液、切屑等影响测量结果;加工中工件、刀具的热膨胀和受力变形、主轴回转精度、进给运动精度、振动等因素也会直接影响测量的精度。此外，在加工变截面工件时，要求传感器进行准确的跟踪定位，由此也会带来定位的误差，并增加了实现的难度。
（5）切削温度测量法
切削热也是金属切削过程中的一个重要物理现象，刀具的磨损和破损将导致切削温度的骤增。测量切削温度有三种方式:(l)刀具一工件组成的自然热电偶，可以测出切削区的平均温度，不同的刀具、工件材料需进行标定;(2)固定在刀体内某点，由两种金属丝组成的热电偶，测出的是距离刀刃一定距离处某点的温度，存在温度变化时响应慢、事先准备费时的问题。(3)红外摄像系统，可测出切削区温度场分布，具有灵敏度高，响应时间短的特点，但仪器复杂、成本高，聚焦困难，难以测出切削覆盖处的刀具温度。
（6）刀具与工件接触处电阻测量法
测量原理可分为两种:一种是根据刀具磨损使刀具与工件接触面积增大而引起接触电阻减小的效应，这种方法受切削用量影响较大并有绝缘要求；二是在刀具后刀面上贴一层薄膜导体，它随着刀具磨损而消耗，根据其电阻的变化可知刀具后刀面的磨损量。此方法精度高，但需每把刀具都粘贴薄膜电阻，且在高温、高压下薄膜电阻易脱落。该方法应用于实际工况，目前还不太现实。
（7）振动频率测量法
刀具在切削过程中，工件与磨损的刀刃部侧面摩擦，会产生不同频率的振动。对这种振动的监测有两种方法:一是把振幅分成高低两部分，在切削过程中对此两部分振幅进行对比;二是把振幅分成几个独立的幅带，用微处理机对这些幅带进行不断地记录及分析，即能监测出刀具后刀面的磨损程度。美国国家标准局自动化研究所在钻削加工中利用振动信息方面取得了成功的经验。研制成的系统是利用装在工件上的加速度传感器对振动信息进行时效分析，识别钻头的磨损并判断钻头的折断。
（8）工件表面粗糙度测量法
随着刀具磨损程度的增加或破损的发生，工件己加工表面的粗糙度将呈增大趋势，据此可间接评价出刀具的磨损或破损状况。测量工件表面粗糙度的方法也可分为两类。一类是划针式接触测量，可直接得出表面粗糙度的评价参数R。此类方法仅适于静态测量。目前，绝大多数此类方法仅适用于计量室或实验室环境。另一类是非接触式光学反射测量，得出的是工件表面粗糙度的相对值，自动监测中通常采用光纤传感器和激光测试系统两种类型。此类方法测试效率高，可以不留痕迹地测量软质材料的工件表面，但事先需采用样品标定，受切削液、切屑、工件材质、振动等的影响较大。当前还达不到实际应用水平。
（9）电流信号测量法
该方法简称MCSA，利用感应电动机的定子电流作为信号分析的切入点，研究其特征与故障的对应关系。其基本原理是：随着刀具磨损的增大，切削力矩增大，机床所消耗的功率增大或电流上升，故 可实现在线检测刀具磨损。MCSA具有测试便利、信息集成度高、传动路径直接、信号提取方便、不受加工环境的影响、价格低、易于移植等特点，在机床这种传动系统封闭、一般传感器比较困难安装的场合，应该是一种值得探索的方法。
（10）热电压测量法
热电压测量法利用热点效应原理，即两种不同导体的接触点在受热时，将在两导体的另一端之间产生一个电压，这个电压的大小取决于导体的电特性 及接触点与自由端之间的温度差。当刀具和加工工件是由不同材料构成时，在刀具与工件之间就可以产生一个与切削温度相关的热电压。这个电压就可以作为刀具磨损量的一个度量，因为随着刀具磨损量的增大，热电压也随之增大。该方法的有点是价格便宜，精度较高，使用简便，特别适用于高速加工区，缺点是对传感器材料及精度要求高，只能进行间隔式检测。

④ PCD刀具未来制造新趋势是什么

PCD刀具未来制造新趋势是——五轴激光加工

一、刀具行业的发展
刀具行业统称的超硬刀具，主要是PCD、CBN、单晶钻石、天然钻石等材料制成的刀具，这几种材料的共同特性就是硬度高、难加工，优点是刀具寿命持久，所以，在早期作为刀具材料时，只能制造形状相对简单的切削刀具。随着科技的进步，材料及刀具制造工艺拓展越来越广泛，刀具制造工艺也发生了很大转变，这些变化，在近些年有比较明显的分界。
为了更清晰的了解超硬刀具制造工艺的发展历程，我们人为的把它大致分成三个阶段。2000年以前，几乎完全是依靠传统磨削工艺来制造刀具，这类的刀具应用范围很有限；特点就是制造形状相对简单的刀具，我们认为这是超硬刀具制造的第一阶段。
在2000-2015这十五年间，由于放电加工技术的突破，PCD刀具专用线切割、火花机设备成为PCD刀具的主要生产工艺标准，放电加工带来最明显的突破，就是容易制造刃口异形的刀具。
从而让金刚石刀具在金属切削领域得到更广泛的应用。2015年前后，随着科技的不断进步，再一次由德国DMG公司率先在市场上推出五轴激光加工设备，自此，金刚石刀具制造的一个全新时代开启。
严格意义上来讲，刀具五轴激光设备，并不是行业全新的发明创造，它是由CNC机床基础、软件基础、激光器行业的发展成熟等等条件，这些相关领域的技术融合，而推动产生的一个全新加工技术。所以，激光加工的加入，会

⑤ 刀具磨损和破损的监测有什么概念简介

单台机床的加工，对刀具磨损和破损的监测，凭工人的经验，尚能进行正常的生产，而对FMS、CIMS、无人化工厂，必须解决刀具磨损与破损的在线实时监测及控制问题。因为及时确定刀具磨损和破损的程度并进行在线实时控制，是提高生产过程自动化程度及保证产品质量，避免损坏机床、刀具、工件的关键要素之一。
监测原理监测参量的选取监测原理监测原理框图监测刀具磨损和破损的方法很多，可分为直接测量法和间接测量法两大类。直接测量法主要有：光学法、接触电阻法、放射性法等。间接测量法主要有：切削力或功率测量法，刀具和工件测量法，温度测量法，振动分析法，AE法，电机电流或功率测量法等。
比较现有的刀具磨损和破损的监测方法，各有优缺点，我们选取声发射（AE）和电机电流信号作为监测参量。这是因为AE信号能避开机加工中噪声影响zui严重的低频区，受振动和声频噪声影响小，在感兴趣区信噪比较高，便于对信号进行处理。响应速度快，灵敏度高；但重负荷时，易受干扰。而电机电流信号易于提取，能适应所有的机加工过程，对正常的切削加工没有影响，但易受干扰，时间响应慢，轻负荷时，灵敏度低。这样，同时选AE和电机电流为监测信号，就能利用这2个监测量的各自长处，互补不足，拓宽监测范围，提高监测精度和判别成功率。
切削过程中，当刀具发生磨损和破损时，切削力相应发生变化，切削力的变化引起电机输出转矩发生变化，进而导致电机电流发生相应的变化，电流法正是通过监测电机电流的变化，实现间接在线实时判断刀具的磨损和破损。AE是材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂时，以弹性波形的形式释放出应变能的现象。它具有幅值低，频率范围宽的特点。试验及频谱分析发现：正常切削产生的AE信号主要是工件材料的塑性变形，其功率谱分布，100kHz以下数值很大，100kHz以上较小。
当刀具磨损和破损时，100kHz以上频率成分的AE信号要比正常切削时大得多，特别是100-300kHz之间的频率成分更大些。为此，应通过带通滤波器，监测100-300kHz频率成分AE信号的变化，对刀具磨损和破损进行监测。利用AE、电机电流信号综合对刀具磨损和破损进行判别的原理是：轻负荷区，依靠AE包络信号，用阈值的方法进行判别；在中负荷区，这时电机电流和AE信号都起作用，用两者结合的方法进行判别，提高判别的成功率，具体方法是：如果AE信号超过AE阈值，则置延时常数为ds（d的数值依赖于系统构成），如果在ds时间内，电流信号也超过电流信号的阈值，则判刀具极限磨损或破损。如果在ds时间内，电流信号未超过电流信号的阈值，则不报警，由延时常数继续监测。这种以AE为先导，AE信号和电机电流信号进行“与”的判别模式，既利用了AE信号具有实时、灵敏的特点，又考虑了电机电流信号具有滞后的性质，具有较强的抗干扰能力，提高了判别成功率。在大负荷区，则以电机电流信号为主，AE信号为辅进行判别。

⑥ 简述刀具破损检测方法

监测原理监测参量的选取监测原理监测原理框图监测刀具磨损和破损的方法很多，可分为直接测量法和间接测量法两大类。直接测量法主要有：光学法、接触电阻法、放射性法等。间接测量法主要有：切削力或功率测量法，刀具和工件测量法，温度测量法，振动分析法，AE法，电机电流或功率测量法等。

比较现有的刀具磨损和破损的监测方法，各有优缺点，我们选取声发射(AE)和电机电流信号作为监测参量。这是因为AE信号能避开机加工中噪声影响最严重的低频区，受振动和声频噪声影响小，在感兴趣区信噪比较高，便于对信号进行处理。响应速度快，灵敏度高;但重负荷时，易受干扰。而电机电流信号易于提取，能适应所有的机加工过程，对正常的切削加工没有影响，但易受干扰，时间响应慢，轻负荷时，灵敏度低。这样，同时选AE和电机电流为监测信号，就能利用这2个监测量的各自长处，互补不足，拓宽监测范围，提高监测精度和判别成功率。

⑦ 刀具磨损如何度量

具体度量刀具的磨损情况，可以装上那个磨损的刀具，进行调刀，看走刀量，同样再换上一把好刀，看走刀量，两者对比即可看出结果

⑧ 刀具磨损分为哪三个阶段

石墨专用刀具的特点是什么

石墨电极与铜电极相比具有电极消耗小、加工速度快、机械加工性能好、加工精度高、热变形小、重量轻、表面处理容易、耐高温、加工温度高、电极可粘结等优点。尽管石墨是一种非常容易切削的材料，但由于用作EDM电极的石墨材料必须具有足够的强度以免在操作和EDM加工过程中受到破坏,同时电极形状(薄壁、小圆角、锐变)等也对石墨电极的晶粒尺寸和强度提出较高的要求，这导致在加工过程中石墨工件容易崩碎，刀具容易磨损。

刀具磨损是石墨电极加工中最重要的问题。磨损量不仅影响刀具损耗费用、加工时间、加工质量，而且影响电极EDM加工工件材料的表面质量，是优化高速加工的重要参数。石墨电极材料加工的主要刀具磨损区域为前刀面和后刀面。在前刀面上，刀具与破碎切屑区的冲击接触产生冲击磨粒磨损，沿工具表面滑动的切屑产生滑动摩擦磨损。

影响刀具磨损的几点事项：

1、刀具材料

刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。刀具材料越硬，其耐磨性越好，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。对于石墨刀具，普通的TiAlN涂层可在选材上适当选择韧性相对较好一点的，也就是钴含量稍高一点的；对于金刚石涂层石墨刀具，可在选材上适当选择硬度相对较好一点的，也就是钴含量稍低一点的；

2、刀具的几何角度

石墨刀具选择合适的几何角度，有助于减小刀具的振动，反过来，石墨工件也不容易崩缺；

（1）前角，采用负前角加工石墨时，刀具刃口强度较好，耐冲击和摩擦的性能好，随着负 前角绝对值的减小，后刀面磨损面积变化不大，但总体呈减小趋势，采用正前角加工时，随着前角的增大，刀具刃口强度被削弱，反而导致后刀面磨损加剧。负前角加工时，切削阻力大，增大了切削振动，采用大正前角加工时，刀具磨损严重，切削振动也较大。

（2）后角，如果后角的增大，则刀具刃口强度降低，后刀面磨损面积逐渐增大。刀具后角过大后，切削振动加强。

（3）螺旋角，螺旋角较小时，同一切削刃上同时切入石墨工件的刃长最长，切削阻力最大，刀具承受的切削冲击力最大，因而刀具磨损、铣削力和切削振动都是最大的。当螺旋角去较大时，铣削合力的方向偏离工件表面的程度大，石墨材料因崩碎而造成的切削冲击加剧，因而刀具磨损、铣削力和切削振动也都有所增大。因此，刀具角度变化对刀具磨损、铣削力和切削振动的影响是前角、后角及螺旋角综合产生的，所以在选择方面一定要多加注意。

通过对石墨材料的加工特性做了大量的科学测试，PARA刀具优化了相关刀具的几何角度，从而使得刀具的整体切削性能大大提高。

3、刀具的涂层

金刚石涂层刀具的硬度高、耐磨性好、摩擦系数低等优点，现阶段金刚石涂层是石墨加工刀具的最佳选择，也最能体现石墨刀具优越的使用性能；金刚石涂层的硬质合金刀具的优点是综合了天然金刚石的硬度和硬质合金的强度及断裂韧性；但是在国内金刚石涂层技术还处于起步阶段，还有成本的投入都是很大的，所以金刚石涂层在近期不会有太大发展，不过我们可以在普通刀具的基础上，优化刀具的角度，选材等方面和改善普通涂层的结构，在某种程度上是可以在石墨加工当中应用的。

金刚石涂层刀具和普通涂层刀具的几何角度有本质的区别，所以在设计金刚石涂层刀具时，由于石墨加工的特殊性，其几何角度可适当放大，容削槽也变大，也不会降低其刀具锋口的耐磨性；对于普通的TiAlN涂层，虽然比无涂层的刀具其耐磨有显著的提高，但比起金刚石涂层来说，在加工石墨时它的几何角度应适当放小，以增加其耐磨性。

对金刚石涂层来说，目前世界上众多的涂层公司均投入大量的人力和物力来研究开发相关涂层技术，但是至今为止，国外成熟而又经济的涂层公司仅仅限于欧洲；PARA作为一款优秀的石墨加工刀具，同样采用目前世界最先进的涂层技术对刀具进行表面处理，以确保加工寿命的同时，保证刀具的经济实用。

4、刀具刃口的强化

刀具刃口钝化技术是一个还不被人们普遍重视，而又是十分重要的问题。金刚石砂轮刃磨后的硬质合金刀具刃口，存在程度不同的微观缺口(即微小崩刃与锯口)。石墨高速切削加工刀具性能和稳定性提出了更高的要求，特别是金刚石涂层刀具在涂层前必须经过刀口的钝化处理，才能保证涂层的牢固性和使用寿命。刀具钝化目的就是解决上述刃磨后的刀具刃口微观缺口的缺陷，使其锋值减少或消除，达到圆滑平整，既锋利坚固又耐用的目的。

5、刀具的机械加工条件

选择适当的加工条件对于刀具的寿命有相当大的影响。

（1）切削方式（顺铣和逆铣），顺铣时的切削振动小于逆铣的切削振动。顺铣时的刀具切入厚度从最大减小到零，刀具切入工件后不会出现因切不下切屑而造成的弹刀现象，工艺系统的刚性好，切削振动小；逆铣时，刀 具的切入厚度从零增加到最大，刀具切入初期因切削厚度薄将在工件表面划擦一段路径，此时刃口如果遇到石墨材料中的硬质点或残留在工件表面的切屑颗粒，都将引起刀具的弹刀或颤振，因此逆铣的切削振动大；

（2）吹气（或吸尘）和浸渍电火花液加工，及时清理工件表面的石墨粉尘，有利于减小刀具二次磨损，延长刀具的使用寿命，减少石墨粉尘对机床丝杠和导轨的影响；

（3）选择合适的高转速及相应的大进给量。

综述以上几点，刀具的材料、几何角度、涂层、刃口的强化及机械加工条件，在刀具的使用寿命中扮演者不同的角色，缺一不可，相辅相成的。一把好的石墨刀具，应具备流畅的石墨粉排屑槽、长的使用寿命、能够深雕刻加工、能节约加工成本。
回答人的补充 2011-01-05 11:03 刀具在切削过程中将逐渐产生磨损，当刀具磨损达到一定程度时，可以明显地发现切削力加大，切削温度上升，切屑颜色改变，甚至产生振动。同时，工件尺寸也可能超出公差范围，已加工表面质量也明显恶化。刀具的磨损和耐用度关系到切削加工的效率、质量和成本，因此它是切削加工中极为重要的问题之一。
在切削过程中，前刀面、后刀面经常与切屑、工件接触，在接触区里发生着强烈的摩擦，同时，在接触区里又有很高的温度和压力。因此，前刀面和后刀面随着切削的进行都会逐渐产生磨损。切削过程中的刀具磨损具有下列特点：刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面；接触压力非常大，有时超过被切削材料的屈服强度；接触表面的温度很高，对于硬质合金刀具可达800～1000℃，对于高速刀具可达300～600℃。在上述条件下工作，刀具磨损经常是机械的、热的、化学的三种形式的综合作用结果，可以产生以下几种磨损形式。
一、磨料磨损
切屑、工件的硬度虽然低于刀具的硬度，但它们当中经常含有一些硬度极高的微小的硬质点，可在刀具表面刻划出沟纹，这就是磨料磨损。硬质点有碳化物(如Fe3C、TiC、VC)、氮化物(如TiN、Si3N4)、氧化物(如SiO2、Al2O3)和金属间化合物等。切削中的Ti(N、C)颗粒在刀具上起了耕犁作用。除了前刀面会有磨料磨损的现象，在后刀面上，同样可以发现有由于磨料磨损而产生的的沟纹。磨料磨损在各种切削速度下都存在，但对低速切削的刀具(如拉刀、扳牙等)，磨料是磨损的主要原因。这是由于低速切削时，切削温度比较低，其他原因产生的磨损并不显著，因而不是主要的。高速钢刀具的硬度和耐磨度低于硬质合金、陶瓷等，故其磨料磨损所占的比重较大。
二、冷焊磨损
切削时，切屑、工件与前、后刀面之间，存在很大的压力和强烈的摩擦，因而它们之间会发生冷焊。由于摩擦面之间有相对的运动，冷焊结将产生破裂被一方带走，从而造成冷焊磨损。
一般来说，工件材料或切屑的硬度较刀具材料的硬度低，冷焊结的破裂往往发生在工件或切屑这方。但由于交变能力、接触疲劳、热应力以及刀具表层结构缺陷等原因，冷焊结的破裂也可能发生在刀具这一方，刀具材料的颗粒被切屑或工件带走，从而造成刀具磨损。
冷焊磨损一般在中等偏低的切削速度下比较严重。研究表明：脆性金属比塑性金属的抗冷焊能力强；相同的金属或晶格类型、晶格间距、电子密度、电化学性质相近的金属冷焊倾向小；金属化合物比单相固熔体冷焊倾向小；化学元素周期表中B族元素比铁的冷焊倾向小。
在高速钢刀具的正常工作速度和硬质合金刀具偏低的工作速度下，正能满足产生冷焊的条件，故此时冷焊磨损所占的比重较大。提高切削速度后，硬质合金刀具冷焊磨损减轻。
三、扩散磨损
扩散磨损在高温下产生。切削金属时，切屑、工件与刀具接触过程中，双方的化学元素在固态下相互扩散，改变了原来材料的成分与结构，使刀具材料变得脆弱，从而加剧了刀具的磨损。例如硬质合金切钢时，从800℃开始，硬质合金中的化学元素迅速地扩散到切屑、工件中去，WC分解为W和C后扩散到钢中。因切屑、工件都在高速运动，刀具表面和它们的表面在接触区保持着扩散元素的浓度梯度，从而使扩散现象持续进行。于是，硬质合金表面发生贫碳、贫钨现象。粘结相CO减少，又使硬质合金中硬质相(WC，TiC)的粘结强度降低。切屑、工件中的Fe则向硬质合金中扩散，扩散到硬质合金中的Fe，将形成新的硬度、高脆性的复合碳化物。所有这些，都使刀具磨损加剧。除刀具、工件材料自身的性质以外，温度是影响扩散磨损的最主要因素。扩散磨损往往与冷焊磨损、磨料磨损同时产生，此时磨损率很高。高速钢刀具的工作温度较低，与切屑、工件之间的扩散作用进行得比较缓慢，故其扩散磨损所占的比重远小于硬质合金刀具。
四、氧化磨损
当刀削温度达700～800℃时，空气中的氧便与硬质合金中的钴及碳化钨、碳化钛等发生氧化作用，产生较软的氧化物(如Co3O4、CoO、WO3、TiO2等)被切屑或工件擦掉而形成磨损，这称为氧化磨损。氧化磨损与氧化膜的粘附强度有关，粘附强度越低，则磨损越快；反之则可减轻这种磨损。一般，空气不易进入刀屑接触区，氧化磨损最容易在主副刀削刃的工作边界处形成。
五、热电磨损
工件、切屑与刀具由于材料不同，切削时在接触区将产生热电势，这种热电势有促进扩散的作用而加速刀具磨损。这种在热电势的作用下产生的扩散磨损，称为“热电磨损”。试验证明，若在工件、刀具接触处通以与热电势相反的电动势，可减少热电磨损。
总之，在不同的工件材料、刀具材料和切削条件下，磨损原因和磨损强度是不同的。对于一定的刀具和工件材料，切削温度对刀具磨损具有决定性的影响。切削温度的高低取决于热的产生和传出情况，它受切削用量、工件材料、刀具材料及几何开头等影响。因此，通过合理选择切削用量、刀具材料及角度，可以减少切削热的产生和增加热的传出。有效地降低切削区温度是减少刀具磨损的重要途径。
由于刀具磨损到一定程度，将降低工件的尺寸精度和加工表面质量，同时也将增加加工成本和刀具的消耗，因此，减少刀具磨损具有十分重要的现实意义。
钛合金有哪些切削特点？

钛合金的硬度大于HB350时切削加工特别困难，小于HB300时则容易出现粘刀现象，也难于切削。但钛合金的硬度只是难于切削加工的一个方面，关键在于钛合金本身化学、物理、力学性能间的综合对其切削加工性的影响。钛合金有如下切削特点：

(1)变形系数小：这是钛合金切削加工的显著特点，变形系数小于或接近于1。切屑在前刀面上滑动摩擦的路程大大增大，加速刀具磨损。

(2)切削温度高：由于钛合金的导热系数很小(只相当于45号钢的1/5～1/7)，切屑与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近的较小范围内，切削温度很高。在相同的切削条件下，切削温度可比切削45号钢时高出一倍以上。

(3)单位面积上的切削力大：主切削力比切钢时约小20％，由于切屑与前刀面的接触长度极短，单位接触面积上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同时，由于钛合金的弹性模量小，加工时在径向力作用下容易产生弯曲变形，引起振动，加大刀具磨损并影响零件的精度。因此，要求工艺系统应具有较好的刚性。

(4)冷硬现象严重：由于钛的化学活性大，在高的切削温度下，很容易吸收空气中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化。冷硬现象不仅会降低零件的疲劳强度，而且能加剧刀具磨损，是切削钛合金时的一个很重要特点。

(5)刀具易磨损：毛坯经过冲压、锻造、热轧等方法加工后，形成硬而脆的不均匀外皮，极易造成崩刃现象，使得切除硬皮成为钛合金加工中最困难的工序。另外，由于钛合金对刀具材料的化学亲和性强，在切削温度高和单位面积上切削力大的条件下，刀具很容易产生粘结磨损。车削钛合金时，有时前刀面的磨损甚至比后刀面更为严重；进给量f<0.1 mm/r时，磨损主要发生在后刀面上；当f>0.2 mm/r时，前刀面将出现磨损；用硬质合金刀具精车和半精车时，后刀面的磨损以VBmax<0.4 mm较合适。

4．切削钛合金时怎样选择刀具材料？

切削加工钛合金应从降低切削温度和减少粘结两方面出发，选用红硬性好、抗弯强度高、导热性能好、与钛合金亲和性差的刀具材料，YG类硬质合金比较合适。由于高速钢的耐热性差，因此应尽量采用硬质合金制作的刀具。常用的硬质合金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T和YD15等。

涂层刀片和YT类硬质合金会与钛合金产生剧烈的亲和作用，加剧刀具的粘结磨损，不宜用来切削钛合金；对于复杂、多刃刀具，可选用高钒高速钢(如W12Cr4V4Mo)、高钴高速钢(如W2Mo9Cr4VCo8)或铝高速钢(如W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料，适于制作切削钛合金的钻头、铰刀、立铣刀、拉刀、丝锥等刀具。

采用金刚石和立方氮化硼作刀具切削钛合金，可取得显著效果。如用天然金刚石刀具在乳化液冷却的条件下，切削速度可达200 m/min；若不用切削液，在同等磨损量时，允许的切削速度仅为100m/min。

5．切削钛合金时怎样选择刀具几何参数？

(1)前角γ0：钛合金切屑与前刀面的接触长度短，前角较小时既可增加刀屑的接触面积，使切削热和切削力不至于过分集中在切削刃附近，改善散热条件，又能加强切削刃，减小崩损的可能性。一般取γ0=5°～15°。

(2)后角α0：钛合金已加工表面弹性恢复大、冷硬现象严重，采用大后角可减小对后刀面造成的摩擦、粘附、粘结、撕裂等现象，以减小后刀面的磨损。各种切削钛合金刀具的后角基本上都大于等于15°。

(3)主偏角κr和副偏角κ′r：切削钛合金时切削温度高、弹性变形倾向大，在工艺系统刚性允许的条件下，应尽量减小主偏角，以增加切削部分的散热面积和减小切削刃单位长度上的负荷，一般采用κr=30°，粗加工时取κr=45°。减小副偏角可以加强刀尖，有利于散热和降低加工表面粗糙度值，一般取κ′r =10°～15°。

(4)刃倾角λs：由于毛坯有硬皮和表层组织不均匀，粗车时切削刃容易崩损，为了增加切削刃的强度和锋利程度，应加大切屑的滑动速度，一般取λs =-3°～-5°，精车时λs =O°。

(5)刀尖圆弧半径rε：切削钛合金时刀尖是最薄弱的部分，容易崩掉和磨损，需磨出刀尖圆弧，一般rε=0.5～1.5mm。

车削时采用负倒棱(bγ=0.03～0.05 mm，γ01=-10°～0°)，断(卷)屑槽的槽底圆弧半径Rn=6～8 mm。

另外，刀具刃磨质量对提高其耐用度也十分重要。硬质合金刀具宜用金刚石砂轮刃磨，切削时刃口必须锋利，前后刀面的表面粗糙度Ra值应小于0.4um，刃口部分不允许有微小的缺口。刀具刃磨后进行研磨，其耐用度可提高30％。

6．切削钛合金时怎样选择切削用量？

切削钛合金时，切削温度高、刀具耐用度低，切削用量中切削速度对切削温度的影响最大，因此应力求使所选择的切削速度下产生的切削温度接近最佳范围。高速钢刀具切削钛合金时的最佳切削温度约为480℃～540℃，硬质合金刀具约为650℃～750℃。切削钛合金一般采用较低的切削速度、较大的切削深度和进给量。

(1)切削速度Vc：切削速度对刀具耐用度影响最大，最好能使刀具在相对磨损最小的最佳切削速度下工作。切削不同牌号的钛合金，由于强度差别较大，切削速度应适当调整。切削深度对切削速度也有一定影响，应根据不同的切削深度来确定切削速度的大小，
(2)进给量f：进给量对刀具的耐用度影响较小，在保证加工表面粗糙度的条件下，可选较大的进给量，一般取f=0.1～0.3 mm/r。进给量太小，使刀具在硬化层内切削，增加刀具磨损，同时极薄的切屑在高的切削温度下容易自燃，因此不允许f<0.05 mm/r。

(3)切削深度αp：切削深度对刀具耐用度的影响最小，一般选用较大的切削深度，这样不仅可以避免刀尖在硬化层内切削，减小刀具磨损，还可增加刀刃工作长度，有利于散热，一般取αp=1～5 mm。

7．切削钛合金时怎样选择切削液？

切削钛合金时，为了降低切削温度，应当向切削区域浇注大量的以冷却作用为主的切削液。对切削液的要求有导热系数大、比热大、热容量大、汽化热大、汽化速度快、流量大、流速快。一般说来，水比油的导热系数大3～5倍，比热大1倍，汽化热几乎大10倍左右，故用水溶性切削液较为合适。车、铣削钛合金时，常采用乳化液，或采用有极压添加剂的水溶性切削液。

极压乳化剂的配方为：

石油磺酸钠 10％ 油酸 3％

石油磺酸铅 6％ 三乙醇胺 3.5 ％

氯化石蜡 4％ 20号机油 70.5％

氯化硬脂酸 3％

极压添加剂的水溶性切削液的配方为：

氯化脂肪酸、聚氯乙烯 0.5％～0.8％

磷酸三钠 0.59％ 三乙醇胺 1％～2％

亚硝酸钠 1.2％ 水 其余

对于钻孔、扩孔、铰孔、拉削、攻丝等工序，应该采用润滑作用较大的极压可溶性油作切削液，如蓖麻油、油酸、硫化油、氯化油等。

冷却润滑的方法最好采用高压喷雾冷却法、高压内冷却法等，这样才可起到良好的冷却、润滑作用。切削液流量不少于15～20 L／min。

8．切削钛合金时应注意哪些问题?

在切削钛合金的过程中，应注意的事项有：

(1)由于钛合金的弹性模量小，工件在加工中的夹紧变形和受力变形大，会降低工件的加工精度；工件安装时夹紧力不宜过大，必要时可增加辅助支承。

(2)如果使用含氯的切削液，切削过程中在高温下将分解释放出氢气，被钛吸收引起氢脆；也可能引起钛合金高温应力腐蚀开裂。

(3)切削液中的氯化物使用时还可能分解或挥发有毒气体，使用时宜采取安全防护措施，否则不应使用；切削后应及时用不含氯的清洗剂彻底清洗零件，清除含氯残留物。

(4)禁止使用铅或锌基合金制作的工、夹具与钛合金接触，铜、锡、镉及其合金也同样禁止使用。

(5)与钛合金接触的所有工、夹具或其他装置都必须洁净；经清洗过的钛合金零件，要防止油脂或指印污染，否则以后可能造成盐(氯化钠)的应力腐蚀。

(6)一般情况下切削加工钛合金时，没有发火危险，只有在微量切削时，切下的细小切屑才有发火燃烧现象。为了避免火灾，除大量浇注切削液之外，还应防止切屑在机床上堆积，刀具用钝后立即进行更换，或降低切削速度，加大进给量以加大切屑厚度。若一旦着火，应采用滑石粉、石灰石粉末、干砂等灭火器材进行扑灭，严禁使用四氯化碳、二氧化碳灭火器，也不能浇水，因为水能加速燃烧，甚至导致氢爆炸。

⑨ 造成刀具磨损的主要原因

1、硬质点磨损：切削时，切屑、工件材料中含有一些碳化物、氮化物和氧化物等硬质点以及积屑瘤碎片等，可在刀具表面刻划出沟纹，这就是磨料磨损。
2、粘结磨损：切削时，切屑、工件与前、后刀面之间存在很大的压力和强烈的摩擦，形成新鲜表面接触而发生冷焊粘结。由于切屑在滑移过程中产生剪切破坏，带走刀具材料，从而造成粘结磨损。
3、扩散磨损：在切削高温下，使工件与刀具材料中的合金元素在固态下相互扩散置换造成的刀具磨损，成为扩散磨损。
4、化学磨损：在一定温度下，刀具材料与某些周围介质起化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物，被切屑或工件擦掉而形成磨损，成为化学磨损。
5、相变磨损：当切削温度达到或超过刀具材料的相变温度时，刀具材料中的金相组织将发生变化，硬度显著下降，引起的刀具磨损称为相变磨损。