一、概述  隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)的優(yōu)化，自動(dòng)加工設(shè)備的廣泛運(yùn)用使得自動(dòng)批量加工模式越來(lái)越普及。但在切削加工過(guò)程中由于刀具磨損狀態(tài)的不可控性，刀具破損便容易引起不良或是批量廢品的異?，F(xiàn)象。因此客戶往往采用固定加工次數(shù)換刀來(lái)避免此類狀況，卻任需在加工過(guò)程中定時(shí)多次檢查刀具狀態(tài)以及工件各尺寸的要求。  刀具磨損監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)記錄刀具/砂輪加工過(guò)程中的信號(hào)變化，據(jù)此確定優(yōu)化的換刀時(shí)間，提醒操作人員進(jìn)行換刀，同時(shí)也可用于評(píng)價(jià)刀具性能。二，工作原理通過(guò)加工過(guò)程中的功率，振動(dòng)和聲音三種模式來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)磨損情況：1，功率：通過(guò)安裝功率傳感器在加工過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量功率信號(hào)，利用功率信號(hào)處理算法對(duì)功率進(jìn)行分析和識(shí)別，判斷刀具磨損情況。2，振動(dòng)：通過(guò)安裝震動(dòng)傳感器在加工過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)，利用振動(dòng)信號(hào)處理算法對(duì)振動(dòng)進(jìn)行分析和識(shí)別，判斷刀具磨損情況。3，聲音：利用高靈敏度聲學(xué)傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)刀具磨損時(shí)產(chǎn)生的聲音信號(hào)，利用聲學(xué)信號(hào)處理算法對(duì)聲學(xué)進(jìn)行分析和識(shí)別，判斷刀具磨損情況。特點(diǎn)：1，提供三種特征進(jìn)行刀具磨損監(jiān)控。2，學(xué)習(xí)一把新刀和磨損刀具的功率曲線，即可生成監(jiān)控邊界。3，可長(zhǎng)期記錄刀具磨損的特征曲線，可用于刀具性能的評(píng)估，為客戶提供成本決策。三，產(chǎn)品效果和價(jià)值1，生產(chǎn)過(guò)程中為保證加工工件質(zhì)量，通常選擇保守使用刀具，無(wú)法＊大化的利用刀具。刀具磨損監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)刀具加工工件所產(chǎn)生的信號(hào)變化，來(lái)判斷當(dāng)前刀具狀態(tài)，提高刀具壽命、節(jié)省成本。2，通過(guò)設(shè)置刀具的磨損極限，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)刀具的磨損狀態(tài)，當(dāng)?shù)毒叩哪p到達(dá)極限時(shí)，及時(shí)給出換刀信號(hào)，避免因?yàn)榈毒咛崆笆Ф鴮?dǎo)致的零件批量性缺陷。3，通過(guò)刀具磨損監(jiān)控系統(tǒng)采集到的實(shí)時(shí)加工數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，可以評(píng)價(jià)刀具的性能。通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)判斷刀具磨損的情況，及時(shí)更換磨損的刀具，避免加工材料的損耗，時(shí)間的流失以及設(shè)備的損壞等，因刀具磨損產(chǎn)生的加工質(zhì)量下降的問(wèn)題。四，產(chǎn)品適用范圍  刀具磨損監(jiān)控系統(tǒng)適用于各種（磨削、車削、銑削、鉆孔、鉸孔、鏜孔、攻絲等）形式的加工場(chǎng)景，更適用于如汽車制造，航天航空等領(lǐng)域的批量加工生產(chǎn)。六，總結(jié)刀具磨損監(jiān)控是一項(xiàng)重要的技術(shù)，可以幫助企業(yè)提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。通過(guò)各項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和不斷進(jìn)步，刀具磨損監(jiān)控系統(tǒng)也在日益創(chuàng)新發(fā)展，為工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)更大的便利和效益。

刀具破損按磨損原因可分為1）磨料磨損被加工材料中常有一些硬度極高的微小顆粒，能在刀具表面劃出溝紋，這就是磨料磨砂損。磨料磨損在各個(gè)面都存在，前刀面＊明顯。而且各種切削速度下都能發(fā)生麻料磨損，但對(duì)于低速切削時(shí)，由于切削溫度較低，其它原因產(chǎn)生的磨損都不明顯，因而磨料磨損是其主要原因。另處刀具硬度越低磨料麻損越嚴(yán)重。2）冷焊磨損切削時(shí)，工件、切削與前后刀面之間，存在很大的壓力和強(qiáng)烈的摩擦，因而會(huì)發(fā)生冷焊。由于摩擦副之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，冷焊將產(chǎn)生破裂被一方帶走，從而造成冷焊磨損。冷焊磨損一般在中等切削速度下比較嚴(yán)重。根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，脆性金屬比塑性金屬的抗冷焊能力強(qiáng)；多相金屬比單向金屬?。唤饘倩衔锉葐钨|(zhì)冷焊傾向小。高速鋼與硬質(zhì)合金低速切削時(shí)冷焊比較嚴(yán)重。3）擴(kuò)散磨損在高溫下切削、工件與刀具接觸過(guò)程中，雙方的化學(xué)元素在固態(tài)下相互擴(kuò)散，改變刀具的成分結(jié)構(gòu)，使刀具表層變得脆弱，加劇了刀具的磨損。擴(kuò)散現(xiàn)象總是保持著深度梯度高的物體向深度梯度低物體持續(xù)擴(kuò)散。PCD刀具在切削鋼、鐵材料時(shí)當(dāng)切削溫度高于800℃時(shí)，PCD中的碳原子將以很大的擴(kuò)散強(qiáng)度轉(zhuǎn)移到工件表面形成新的合金，刀具表面石墨化。鈷、鎢擴(kuò)散比較嚴(yán)重，鈦、鉭、鈮的抗擴(kuò)散能力較強(qiáng)。故YT類硬質(zhì)合金耐磨性較好。陶瓷和PCBN切削時(shí)，當(dāng)溫度高達(dá)1000℃-1300℃時(shí)，擴(kuò)散磨損尚不顯著。 工件、切屑與刀具由于材料的同，切削時(shí)在接觸區(qū)將產(chǎn)生熱電勢(shì)，這種熱電勢(shì)有促進(jìn)擴(kuò)散的作用而加速刀具的磨損。這種在熱電勢(shì)的作用下的擴(kuò)散磨損，稱為“熱電磨損”。4）氧化磨損當(dāng)溫度升高時(shí)刀具表面氧化產(chǎn)生較軟的氧化物被切屑摩擦而形成的磨損稱為氧化磨損。如：在700℃~800℃時(shí)空氣中的氧與硬質(zhì)合金中的鈷及碳化物、碳化鈦等發(fā)生氧化反應(yīng)，形成較軟的氧化物;在1000℃時(shí)PCBN與水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。按磨損形式可分為1）前刀面損在以較大的速度切削塑性材料時(shí)，前刀面上靠近切削力的部位，在切屑的作用下，會(huì)磨損成月牙凹狀，因此也稱為月牙洼磨損。在磨損初期，刀具前角加大，使切削條件有所改善，并有利于切屑的卷曲折斷，但當(dāng)月牙洼進(jìn)一步加大時(shí)，切削刃強(qiáng)度大大削弱，＊終可能會(huì)造成切削刃的崩碎毀損的情況。在切削脆性材料，或以較低的切削速度及較薄的切削厚度切削塑性材料時(shí)，一般不會(huì)產(chǎn)生月牙洼磨損。2）刀尖磨損刀尖磨損為刀尖圓弧的后刀面及鄰近的副后刀面上的磨損，它是刀具上后刀面的磨損的延續(xù)。由于此處的散

在制定項(xiàng)目工作中，常常要對(duì)刀具使用壽命做一個(gè)估算，將此作為預(yù)算、規(guī)劃的參考依據(jù)。通常應(yīng)該對(duì)相同行業(yè)，相同產(chǎn)品類似加工形式刀具消耗情況調(diào)查和了解，以此作為基礎(chǔ)，進(jìn)行成熟度、準(zhǔn)確性評(píng)估后，做出相應(yīng)刀具壽命的預(yù)定值。一般的數(shù)控機(jī)床本身不具體記錄刀具壽命，但數(shù)據(jù)機(jī)床都可以設(shè)定一個(gè)壽命值。刀具在選型和測(cè)試的過(guò)程中往往可以和刀具提供者一起確定一個(gè)常規(guī)的當(dāng)前加工場(chǎng)景下的可生產(chǎn)刀具壽命。該壽命有兩種表達(dá)方式：如被加工材料屬于難加工材料且耗刀換刀時(shí)間短的，可采用加工工作的數(shù)量作為刀具壽命的設(shè)定值；如被加工材料屬于易加工材料即換刀時(shí)間很長(zhǎng)的，如鋁合金等材料，可采用加工工時(shí)作為刀具壽命的設(shè)定值。數(shù)據(jù)機(jī)床是可以將工作數(shù)量、工時(shí)時(shí)間作為刀具壽命的設(shè)定值輸入進(jìn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的。機(jī)床會(huì)采用自動(dòng)計(jì)數(shù)或計(jì)時(shí)長(zhǎng)的方式來(lái)完成刀具壽命的統(tǒng)計(jì)。但在此過(guò)程中，若因材料、加工參數(shù)、工人、機(jī)床、刀具等原因?qū)е聣勖贿_(dá)出現(xiàn)的加工異常是數(shù)控機(jī)床不能控制的，需要工人根據(jù)實(shí)際情況選擇停機(jī)增加零件的檢測(cè)。

刀具破損切削刃微崩當(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。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。刀片或刀具折斷當(dāng)切削條件極為惡劣，切削用量過(guò)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。刀片表層剝落對(duì)于脆性很大的材料，如TiC含量很高的硬質(zhì)合金、陶瓷、PCBN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(guò)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)生在前刀面，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。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WC基硬質(zhì)合金，故前者抗塑性變形能力加快，或迅速失效。PCD、PCBN基本不會(huì)發(fā)生塑性變形現(xiàn)象。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。

刀具破損1.后刀面磨損：進(jìn)給量過(guò)小，或者切削速度偏大2.破損：加工粘性（碳含量低）的材料時(shí)，切屑積累在刃頂形成積屑瘤，導(dǎo)致刀片涂層收到拉應(yīng)力剝落失效3.溝槽磨損：在＊大切深時(shí)出現(xiàn)局部損壞，一般加工硬化或者毛刺導(dǎo)致4.月牙洼磨損：切屑和前刀面接觸，造成磨損5.裂紋：溫度波動(dòng)大，導(dǎo)致涂層出現(xiàn)梳妝裂紋，可能延伸波及基底6.斷裂：切削力過(guò)大，或者裝夾不穩(wěn)定7.塑性變形：切削力過(guò)大，或者溫度過(guò)高8.崩刃：溫度，機(jī)械，粘附都可能導(dǎo)致，但刀具仍可繼續(xù)使用。怎么辦1、刃口磨損。改進(jìn)辦法：提高進(jìn)給量；降低切削速度；使用更耐磨的刀片材質(zhì)；使用涂層刀片。2、崩碎。改進(jìn)辦法：使用韌性更好的材質(zhì)；使用刃口強(qiáng)化的刀片；檢查工藝系統(tǒng)的剛性；加大主偏角。3、熱變形。改進(jìn)辦法：降低切削速度；減少緊急；減少切深；使用更具熱硬性的材質(zhì)。4、切深處破損。改進(jìn)辦法：改變主偏角；刃口強(qiáng)化；更換刀片材質(zhì)。5、熱裂紋。改進(jìn)辦法：正確使用冷卻液；降低切削速度；減少緊急；使用涂層刀片。6、積屑。改進(jìn)辦法：提高切削速度；提高進(jìn)給；使用涂層刀片或金屬陶瓷刀片；使用冷卻液；使刃口更鋒利。7、月牙洼磨損。改進(jìn)辦法：降低切削速度；降低進(jìn)給；使用涂層刀片或金屬陶瓷刀片；使用冷卻液。8、斷裂。改進(jìn)辦法：使用韌性更好的材質(zhì)或槽型；減少緊急；減少切深；檢查工藝系統(tǒng)的剛性。