刀具監(jiān)控應(yīng)用背景隨著生產(chǎn)自動(dòng)化和智能化程度的提高，對(duì)刀具破損在線監(jiān)控提出了更高的要求。在切削加工過程中，刀具的切削刃不僅承受著很高的切削力和切削溫度，同時(shí)由于加工材料中含有的硬質(zhì)點(diǎn)也會(huì)給高速運(yùn)行中的刀具造成沖擊，這些復(fù)雜的工況都容易造成刀具在加工過程中的破損。加工過程中破損的刀具如果未及時(shí)更換而繼續(xù)加工將會(huì)導(dǎo)致切削力和切削溫度急劇升高，加工出來的工件表面粗糙度和尺寸超差，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致機(jī)床的損壞以及危及到操作人員。因此對(duì)于生產(chǎn)線批量生產(chǎn)刀具破損在線監(jiān)控是非常有必要的。近年來隨著生產(chǎn)人工成本的增加，制造企業(yè)對(duì)機(jī)械加工過程的效率要求越來越高，這種市場(chǎng)的要求使得越來越多的機(jī)械制造企業(yè)將更大的資金投入到自動(dòng)化程度更高、智能化程度更高的數(shù)控生產(chǎn)線的應(yīng)用領(lǐng)域。雖然這些先進(jìn)的生產(chǎn)模式大大的節(jié)約了人工成本，提高了加工效率，但是對(duì)工藝系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控提出了很高的要求。工藝系統(tǒng)中對(duì)刀具的監(jiān)控是＊關(guān)鍵的，刀具的狀態(tài)不僅影響產(chǎn)線節(jié)拍、還關(guān)系到產(chǎn)線的加工效率以及機(jī)床等工藝系統(tǒng)的安全。傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式中刀具的狀態(tài)一般都是憑借機(jī)床操作人員的觀察與經(jīng)驗(yàn)判斷刀具是否破損，這種判斷方法帶有很強(qiáng)的主觀性。隨著生產(chǎn)車間自動(dòng)化和智能程度的大大提高，車間的生產(chǎn)線大多數(shù)都是由很少的人來管理或者智能化更高的產(chǎn)線甚至出現(xiàn)無人值守，顯然傳統(tǒng)的依靠機(jī)床操作人員個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來判斷切削過程中刀具的是否需要更換已經(jīng)不能滿足當(dāng)前這些先進(jìn)的制造模式。當(dāng)前很多的生產(chǎn)線都是統(tǒng)計(jì)刀具當(dāng)前的加工時(shí)間或加工件數(shù)作為換刀的依據(jù)，而這種方法作為換刀的依據(jù)往往在設(shè)置加工件數(shù)或加工時(shí)間的時(shí)候較為保守，很可能會(huì)導(dǎo)致刀具壽命的浪費(fèi)，同時(shí)如果在刀具壽命內(nèi)出現(xiàn)刀具突然的破損也是無法預(yù)測(cè)的。刀具失效主要形式有刀具磨損和刀具破損。在加工過程中刀具的磨損是一個(gè)逐漸變化的過程，只要是運(yùn)動(dòng)中的刀具與工件接觸就會(huì)發(fā)生刀具磨損。一般刀具都有一個(gè)磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，刀具在切削過程中沒有達(dá)到該磨鈍標(biāo)準(zhǔn)就失去了切削加工的能力，這種現(xiàn)象就是刀具破損。以刀具在切削加工中破損現(xiàn)象出現(xiàn)的時(shí)間來劃分，刀具破損有前期破損和后期破損之分。在剛開始切削加工時(shí)切削刃和刀面并沒有出現(xiàn)明顯的磨損但是刀具失去了切削能力，刀具出現(xiàn)的這種現(xiàn)象稱為前期破損。刀具后期破損則是刀具在切削一段時(shí)間后導(dǎo)致的刀具失去切削能力。刀具破損的另一種劃分是根據(jù)破損形式分為塑性破損與脆性破損。

（1）機(jī)床主軸非常容易壞，幾乎每年都要換一次主軸，維修成本很高。（2）刀具壽命不一致。設(shè)定的刀具壽命是加工2000件換一次，但有時(shí)加工1000件刀具就壞了，有時(shí)加工2000件后刀具狀態(tài)還很好。（3）無法做到按需換刀。為了保證產(chǎn)線的穩(wěn)定性，通常設(shè)定的刀具壽命都很保守，一般是刀具理論壽命的70%。很多時(shí)候設(shè)定的刀具壽命到了，刀具其實(shí)還是可以繼續(xù)使用的，這樣造成了極大的浪費(fèi)。對(duì)于主軸容易壞的問題，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和與用戶的共同分析，可以分析出以下幾種原因，并給出對(duì)應(yīng)的解決方案：（1）主軸峰值扭矩過大。為了壓縮生產(chǎn)節(jié)拍，編程人員把切削速度設(shè)置得過大，導(dǎo)致頻繁出現(xiàn)重切削的狀態(tài)。但為了這幾個(gè)扭矩峰值而把整條刀具軌跡的切削速度都降低，從加工效率上講是非常不劃算的。但對(duì)于自適應(yīng)控制而言，這并不是一個(gè)難題。自適應(yīng)控制系統(tǒng)可以學(xué)習(xí)到該工序的＊大主軸負(fù)載，leyu體育官網(wǎng) 可以把這個(gè)負(fù)載改小，相當(dāng)于對(duì)峰值扭矩進(jìn)行削峰。在自適應(yīng)控制時(shí)，主軸負(fù)載小的地方依然會(huì)提速，但主軸負(fù)載超過修改的＊大負(fù)載時(shí)會(huì)自動(dòng)降速，從而保護(hù)主軸和刀具。并且由于出現(xiàn)峰值負(fù)載的時(shí)間并不長，所以這部分降速對(duì)節(jié)拍的負(fù)面影響很小，＊終能夠?qū)崿F(xiàn)既提能增效，又保護(hù)主軸和刀具的效果。

怎么評(píng)估刀具的合理壽命？在機(jī)加工行業(yè)中，評(píng)估刀具壽命的合理是非常重要的，因?yàn)樗梢詭椭刂粕a(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率和保障產(chǎn)品質(zhì)量。一般來說，可以通過以下幾個(gè)維度，評(píng)估刀具的合理壽命：增加切削時(shí)間：記錄刀具在切削操作中的總運(yùn)行時(shí)間，通常以分鐘為單位。通過對(duì)比該運(yùn)行時(shí)間與刀具制造商提供的刀具壽命時(shí)間指導(dǎo)，可以評(píng)估刀具的合理壽命，若到達(dá)設(shè)定時(shí)間后加工表現(xiàn)無異常，正常可以增加5%-10%的時(shí)間，循環(huán)幾次可評(píng)估合理的時(shí)間壽命。刀具磨損和損傷：定期檢查和評(píng)估刀具的磨損程度和損傷情況。如果刀具表面磨損過多、切削邊緣產(chǎn)生明顯缺口或刃口開始出現(xiàn)裂紋等，這可能意味著刀具需要更換，也意味著刀具在當(dāng)前的加工參數(shù)下，已經(jīng)到壽，并將該壽命通過工件數(shù)、加工時(shí)長的維度記錄。切削力和功耗：通過監(jiān)測(cè)切削力和功耗變化來評(píng)估刀具的狀況。當(dāng)?shù)毒吣p或損壞時(shí)，切削力和功耗通常會(huì)增加（通常叫做切削阻力，這時(shí)候切削阻力會(huì)變大，有切不動(dòng)的感覺，具體表現(xiàn)在機(jī)床的聲音變大，或者機(jī)床主軸的震動(dòng)會(huì)大）。定期進(jìn)行切削力和功耗的測(cè)量，并對(duì)其進(jìn)行比較，可以幫助確定刀具何時(shí)需要更換。產(chǎn)品質(zhì)量：刀具磨損或失效可能會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。通過監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的尺寸精度、表面質(zhì)量和其他關(guān)鍵指標(biāo)，可以評(píng)估刀具是否影響了產(chǎn)品質(zhì)量。如果發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)質(zhì)量問題，可能需要考慮更換刀具。記錄、解決每一次壽命不達(dá)問題針對(duì)壽命不達(dá)的核心問題進(jìn)行定位與解決。蘇州諾而為的刀具管理系統(tǒng)經(jīng)過多年的累積和客戶使用的實(shí)踐，真正落實(shí)了從工藝標(biāo)準(zhǔn)到動(dòng)態(tài)定位壽命，并統(tǒng)計(jì)與分析異常狀態(tài)，以此達(dá)到不斷提升刀具壽命的能力。做好刀具壽命管理，是機(jī)加工企業(yè)刀具管理重要的一環(huán)，是提質(zhì)增效，有效降低刀具綜合應(yīng)用成本的途徑之一。

對(duì)于加工中心來說，刀具屬于一種消耗品工具，在加工過程中它會(huì)產(chǎn)生破損、磨損和崩刃等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象不可避免，但也有如操作不科學(xué)不規(guī)范、維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)?shù)瓤煽卦?，找到根本原因才能更好地解決問題。刀具破損的表現(xiàn)1） 切削刃微崩當(dāng)工件材料組織、硬度、余量不均勻，前角偏大導(dǎo)致切削刃強(qiáng)度偏低，工藝系統(tǒng)剛性不足產(chǎn)生振動(dòng)，或進(jìn)行斷續(xù)切削，刃磨質(zhì)量欠佳時(shí)，切削刃容易發(fā)生微崩，即刃區(qū)出現(xiàn)微小的崩落、缺口或剝落。出現(xiàn)這種情況后，刀具破將失去一部分切削能力，但還能繼續(xù)工作。繼續(xù)切削中，刃區(qū)損壞部分可能迅速擴(kuò)大，導(dǎo)致更大的破損。2） 切削刃或刀尖崩碎這種破損方式常在比造成切削刃微崩更為惡劣的切削條件下產(chǎn)生，或者是微崩的進(jìn)一步的發(fā)展。崩碎的尺寸和范圍都比微崩大，使刀具完全喪失切削能力，而不得不終止工作。刀尖崩碎的情況常稱為掉尖。3） 刀片或刀具折斷當(dāng)切削條件極為惡劣，切削用量過大，有沖擊載荷，刀片或刀具材料中有微裂，由于焊接、刃磨在刀片中存在殘余應(yīng)力時(shí)，加上操作不慎等因素，可能造成刀片或刀具產(chǎn)生折斷。發(fā)生這種破損形式后，刀具不能繼續(xù)使用，以致報(bào)廢。4） 刀片表層剝落對(duì)于脆性很大的材料，如含量很高的硬質(zhì)合金、陶瓷等，由于表層組織中有缺陷或潛在裂紋，或由于焊接、刃磨而使表層存在著殘余應(yīng)力，在切削過程中不夠穩(wěn)定或刀具表面承受交變接觸應(yīng)力時(shí)極易產(chǎn)生表層剝落。剝落可能發(fā)生在前面，刀可能發(fā)生在后刀面，剝落物呈片狀，剝落面積較大。涂層刀具剝落可能性較大。刀片輕微剝落后，尚能繼續(xù)工作，嚴(yán)重剝落后將喪失切削能力。5） 切削部位塑性變型具鋼和高速鋼由于強(qiáng)度小硬度低，在其切削部位可能發(fā)生塑性變型。硬質(zhì)合金在高溫和三向壓應(yīng)力狀態(tài)直工作時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生表層塑性流動(dòng)，甚至使切削刃或刀尖發(fā)生塑性變形面造成塌陷。塌陷一般發(fā)生在切削用量較大和加工硬材料的情況下。TiC基硬質(zhì)合金的彈性模量小于基硬質(zhì)合金，故前者抗塑性變形能力加快，或迅速失效。基本不會(huì)發(fā)生塑性變形現(xiàn)象。6） 刀片的熱裂當(dāng)?shù)毒叱惺芙蛔兊臋C(jī)械載荷和熱負(fù)荷時(shí)，切削部分表面因反復(fù)熱脹冷縮，不可避免的產(chǎn)生交變的熱應(yīng)力，從而使刀片發(fā)生疲勞而開裂。例如，硬質(zhì)合金銑刀進(jìn)行高速銑削時(shí)，刀齒不斷受到周期性地沖擊和交變熱應(yīng)力，而在前刀面產(chǎn)生梳狀裂紋。有些刀具雖然并沒有明顯的交變載荷與交變應(yīng)力，但因表層、里層溫度不一致，也將產(chǎn)生熱應(yīng)力，加上刀具材料內(nèi)部不可避免地存在缺陷，，故刀片也可能產(chǎn)生裂紋。裂紋形成后刀具有時(shí)還能繼續(xù)工作一段時(shí)間，有時(shí)裂紋迅速擴(kuò)展導(dǎo)致刀片折斷或刀面嚴(yán)重剝落。

在數(shù)控加工中，刀具壽命是指從刀尖切削工件到刀尖報(bào)廢的時(shí)間或從工件表面的實(shí)際長度算起的時(shí)間。刀尖加工時(shí)間是刀具企業(yè)計(jì)算刀具壽命的一個(gè)關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)。典型刀具的使用壽命是每片刀片連續(xù)加工15到20分鐘。刀具壽命是企業(yè)在比較理想的條件下測(cè)量出來的。根據(jù)不同的加工深度和不同的工件材料進(jìn)給量，每片刀片連續(xù)加工15-20分鐘，計(jì)算出相應(yīng)的線速度與進(jìn)給量的關(guān)系，形成相應(yīng)的切削參數(shù)表。因此，每個(gè)公司的切割數(shù)據(jù)表也不同。1、刀具壽命會(huì)提高嗎？刀具壽命15~20分鐘，刀具壽命能否進(jìn)一步提高？可以輕松地提高工具的使用壽命，但前提是要以生產(chǎn)線速度為代價(jià)。線速度越低，刀具壽命增加越明顯。2、提高刀具壽命有實(shí)際意義嗎？刀具成本與工件加工成本的比值很小。當(dāng)線速度降低時(shí)，即使刀具壽命增加，刀具加工的工件數(shù)量也不一定增加，但加工產(chǎn)品的加工成本增加。應(yīng)理解為盡可能多地增加工件，同時(shí)確保盡可能長的刀具壽命。3、影響刀具壽命的因素（1）、線速度線速度對(duì)刀具壽命有顯著影響。如果線速度高于樣品規(guī)定線速度的20%，刀具壽命將減少到原來的1/2。如果增加到50%，刀具壽命只有原來的1/5。為了提高刀具壽命，需要了解每個(gè)工件的刀具材料、狀態(tài)和線速度范圍。每個(gè)公司的刀具具有不同的線速度。您可以從leyu體育官網(wǎng) 提供的相關(guān)樣品中進(jìn)行初步搜索，在加工過程中根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整，以獲得比較理想的效果。粗糙度和終點(diǎn)線速度數(shù)據(jù)不一致。粗加工主要去除余量，線速度較低。精加工主要保證尺寸精度和粗糙度，線速度高。（2）、切削深度切削深度對(duì)刀具壽命的影響不如線速度。每個(gè)凹槽具有相對(duì)較大的切削深度。粗加工時(shí)，應(yīng)盡可能增加切深，以保證較大的切削率。在精加工時(shí)，必須使切深盡可能小，以保證工件的尺寸精度和表面質(zhì)量。但切削深度不超過凹槽的切削范圍。如果切削深度過大，則無法承受切削力，刀具會(huì)出現(xiàn)崩刃。如果切削深度太小，刀具會(huì)劃傷工件表面并放氣。（3）、進(jìn)給量與線速度和切削深度相比，進(jìn)給對(duì)刀具壽命的影響很小，但對(duì)工件表面質(zhì)量的影響很大。在粗加工的情況下，可以通過增加進(jìn)給量來提高毛坯的去除率。在精加工時(shí)，可以提高工件的表面粗糙度。如果允許粗糙度，可以提高加工效率。（4）、振動(dòng)除了一種切削因素外，振動(dòng)對(duì)刀具壽命的影響也很大。產(chǎn)生振動(dòng)的原因有很多如機(jī)床剛性、刀具剛性、工件剛性、切削參數(shù)、刀槽、刀尖圓弧半徑、刀刃后角、刀柄伸出長度等，但主要原因是加工剛性。受不了時(shí)間。切削力在加工過程中不斷地在工件表面振動(dòng)。必須綜合考慮消除或減少振動(dòng)。工件表面的振動(dòng)理解為刀具與工件之間不斷的敲擊，而不是正常的切削，它會(huì)在刀具的尖端產(chǎn)生一些小的裂紋和碎屑，這些裂紋和碎屑就是這些裂紋和碎屑。它增加了切削力，進(jìn)一步加劇了切削力。振動(dòng)，這進(jìn)一步增加了開裂和碎裂的程度。大大降低了工具的壽命。（5）、刀片材質(zhì)在加工產(chǎn)品的情況下，主要是工件，熱處理?xiàng)l件和間歇加工。對(duì)于同樣的工件，如果是連續(xù)加工，需要使用硬度更高的刀片，可以提高工件的切削速度，減少刀尖磨損，減少加工時(shí)間?？s短。對(duì)于間歇性處理，需要使用韌性更好的刀片。有效減少碎屑等異常磨損，延長刀具壽命。（6）、使用的刀片數(shù)量刀具在使用過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，使刀片的溫度大大升高，但是當(dāng)?shù)毒呶唇?jīng)處理或用冷卻水冷卻時(shí)，刀片會(huì)冷卻，所以刀片始終處于高溫范圍內(nèi)，導(dǎo)致刀片不斷產(chǎn)生熱膨脹和收縮，導(dǎo)致葉片出現(xiàn)小裂縫。在第一刃加工刀片時(shí)，刀具壽命正常，但隨著刀片使用量的增加，裂紋擴(kuò)散到其他切削刃，其他切削刃的壽命降低。4、刀具壽命內(nèi)加工的工件數(shù)量能否增加？由于刀具壽命為15～20分鐘，刀具的有效切削長度決定了刀具壽命范圍內(nèi)實(shí)際加工的工件數(shù)量。增加工件吞吐量意味著減少單個(gè)工件的加工時(shí)間和切割長度。通過適當(dāng)調(diào)整刀具的切削參數(shù)，可以縮短工件的加工時(shí)間。在合理的線速度范圍內(nèi)適當(dāng)提高線速度并不能減少工件的加工長度，但可以縮短工件的加工時(shí)間。通過增加切削深度，可以減少粗加工次數(shù)，縮短被加工材料的有效切削長度，縮短加工時(shí)間。此外，通過適當(dāng)提高進(jìn)給速度，可以有效減少切削長度，縮短加工時(shí)間。