1．刀具磨損的形態(tài)（1）前刀面磨損 切削塑性材料時，如果切削速度和切削厚度較大，切屑在前刀面上經常會磨出一個月牙洼，這種磨損形式稱作前刀面磨損。出現月牙洼的部位就是切削溫度＊高的部位。月牙洼和切削刃之間有一條小棱邊，月牙洼隨著刀具磨損不斷變大，當月牙洼擴展到使棱邊變得很窄時，切削刃強度降低，極易導致崩刃。月牙洼磨損量以其深度KT表示。（2）后刀面磨損 由于后刀面和加工表面間的強烈摩擦，后刀面靠近切削刃部位會逐漸地被磨成后角為零的小棱面，這種磨損形式稱作后刀面磨損。切削鑄鐵和以較小的切削厚度、較低的切削速度切削塑性材料時，后刀面磨損是主要形態(tài)。后刀面上的磨損棱帶往往不均勻，刀尖附近因強度較差，散熱條件不好，磨損較大；中間區(qū)域磨損較均勻，其平均磨損寬度以VB 表示。（3）邊界磨損 切削鋼料時，常在主切削刃靠近工件外皮處和副切削刃靠近刀尖處的后刀面上磨出較深的溝紋，這種磨損稱作邊界磨損。溝紋的位置在主切削刃與工件待加工表面、副切削刃與已加工表面接觸的部位。2．刀具磨損機制（1）硬質點劃痕 由工件材料中所含的碳化物、氮化物和氧化物等硬質點以及積屑瘤碎片等在刀具表面上劃出一條條溝紋，造成機械磨損。硬質點劃痕在各種切削速度下都存在，它是低速切削刀具產生磨損的主要原因。（2）冷焊粘結 切削時，切屑與前刀面之間由于高正壓力和高溫度的作用，切屑底面材料與前刀面發(fā)生冷焊粘結形成冷焊粘結點，在切屑相對于刀具前刀面的運動中冷焊粘結點處刀具材料表面微粒會被切屑粘走，造成粘結磨損。上述冷焊粘結磨損機制在工件與刀具后刀面之間也同樣存在。在中等偏低的切削速度條件下，冷焊粘結是產生磨損的主要原因。（3）擴散磨損 切削過程中，刀具后刀面與已加工表面、刀具前刀面與切屑底面相接觸， 由于高溫和高壓的作用，刀具材料和工件材料中的化學元素相互擴散，使刀具材料化學成分發(fā)生變化，耐磨性能下降，造成擴散磨損。例如，用硬質合金刀具切削鋼質工件時，切削溫度超過800℃，硬質合金刀具中的Co、C、W等元素就會擴散到切屑和工件中去，由于Co元素減少，硬質相的粘結強度下降，導致刀具磨損加快。擴散磨損在高溫下產生，且隨溫度升高而加劇。（4）化學磨損 在一定溫度作用下，刀具材料與周圍介質起化學作用，在刀具表面形成硬度較低的化合物，易被切屑和工件擦掉造成刀具材料損失，由此產生的刀具磨損稱為化學磨損。化學磨損主要發(fā)生在較高的切削速度條件下。

對于加工中心來說，刀具屬于一種消耗品工具，在加工過程中它會產生破損、磨損和崩刃等現象。這些現象不可避免，但也有如操作不科學不規(guī)范、維護保養(yǎng)不當等可控原因，找到根本原因才能更好地解決問題。刀具破損的表現1） 切削刃微崩當工件材料組織、硬度、余量不均勻，前角偏大導致切削刃強度偏低，工藝系統剛性不足產生振動，或進行斷續(xù)切削，刃磨質量欠佳時，切削刃容易發(fā)生微崩，即刃區(qū)出現微小的崩落、缺口或剝落。出現這種情況后，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大，導致更大的破損。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生，或者是微崩的進一步的發(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力時，加上操作不慎等因素，可能造成刀片或刀具產生折斷。發(fā)生這種破損形式后，刀具不能繼續(xù)使用，以致報廢。4） 刀片表層剝落對于脆性很大的材料，如含量很高的硬質合金、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力，在切削過程中不夠穩(wěn)定或刀具表面承受交變接觸應力時極易產生表層剝落。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度小硬度低，在其切削部位可能發(fā)生塑性變型。硬質合金在高溫和三向壓應力狀態(tài)直工作時，也會產生表層塑性流動，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基硬質合金的彈性模量小于基硬質合金，故前者抗塑性變形能力加快，或迅速失效?；静粫l(fā)生塑性變形現象。6） 刀片的熱裂當刀具承受交變的機械載荷和熱負荷時，切削部分表面因反復熱脹冷縮，不可避免的產生交變的熱應力，從而使刀片發(fā)生疲勞而開裂。例如，硬質合金銑刀進行高速銑削時，刀齒不斷受到周期性地沖擊和交變熱應力，而在前刀面產生梳狀裂紋。有些刀具雖然并沒有明顯的交變載荷與交變應力，但因表層、里層溫度不一致，也將產生熱應力，加上刀具材料內部不可避免地存在缺陷，，故刀片也可能產生裂紋。裂紋形成后刀具有時還能繼續(xù)工作一段時間，有時裂紋迅速擴展導致刀片折斷或刀面嚴重剝落。

一、概述  隨著時代的發(fā)展，科技的進步，企業(yè)對生產的優(yōu)化，自動加工設備的廣泛運用使得自動批量加工模式越來越普及。但在切削加工過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象。因此客戶往往采用固定加工次數換刀來避免此類狀況，卻任需在加工過程中定時多次檢查刀具狀態(tài)以及工件各尺寸的要求。  刀具磨損監(jiān)控系統能夠實時記錄刀具/砂輪加工過程中的信號變化，據此確定優(yōu)化的換刀時間，提醒操作人員進行換刀，同時也可用于評價刀具性能。二，工作原理通過加工過程中的功率，振動和聲音三種模式來進行實時檢測磨損情況：1，功率：通過安裝功率傳感器在加工過程中實時測量功率信號，利用功率信號處理算法對功率進行分析和識別，判斷刀具磨損情況。2，振動：通過安裝震動傳感器在加工過程中實時檢測振動信號，利用振動信號處理算法對振動進行分析和識別，判斷刀具磨損情況。3，聲音：利用高靈敏度聲學傳感器實時檢測刀具磨損時產生的聲音信號，利用聲學信號處理算法對聲學進行分析和識別，判斷刀具磨損情況。特點：1，提供三種特征進行刀具磨損監(jiān)控。2，學習一把新刀和磨損刀具的功率曲線，即可生成監(jiān)控邊界。3，可長期記錄刀具磨損的特征曲線，可用于刀具性能的評估，為客戶提供成本決策。三，產品效果和價值1，生產過程中為保證加工工件質量，通常選擇保守使用刀具，無法＊大化的利用刀具。刀具磨損監(jiān)控系統通過刀具加工工件所產生的信號變化，來判斷當前刀具狀態(tài)，提高刀具壽命、節(jié)省成本。2，通過設置刀具的磨損極限，實時監(jiān)測刀具的磨損狀態(tài)，當刀具的磨損到達極限時，及時給出換刀信號，避免因為刀具提前失效而導致的零件批量性缺陷。3，通過刀具磨損監(jiān)控系統采集到的實時加工數據進行對比分析，可以評價刀具的性能。通過實時檢測判斷刀具磨損的情況，及時更換磨損的刀具，避免加工材料的損耗，時間的流失以及設備的損壞等，因刀具磨損產生的加工質量下降的問題。四，產品適用范圍  刀具磨損監(jiān)控系統適用于各種（磨削、車削、銑削、鉆孔、鉸孔、鏜孔、攻絲等）形式的加工場景，更適用于如汽車制造，航天航空等領域的批量加工生產。六，總結刀具磨損監(jiān)控是一項重要的技術，可以幫助企業(yè)提高生產效率和產品質量。通過各項檢測技術的廣泛應用和不斷進步，刀具磨損監(jiān)控系統也在日益創(chuàng)新發(fā)展，為工業(yè)生產帶來更大的便利和效益。

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，但對于低速切削時，由于切削溫度較低，其它原因產生的磨損都不明顯，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重。2）冷焊磨損切削時，工件、切削與前后刀面之間，存在很大的壓力和強烈的摩擦，因而會發(fā)生冷焊。由于摩擦副之間有相對運動，冷焊將產生破裂被一方帶走，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重。根據實驗表明，脆性金屬比塑性金屬的抗冷焊能力強；多相金屬比單向金屬?。唤饘倩衔锉葐钨|冷焊傾向小。高速鋼與硬質合金低速切削時冷焊比較嚴重。3）擴散磨損在高溫下切削、工件與刀具接觸過程中，雙方的化學元素在固態(tài)下相互擴散，改變刀具的成分結構，使刀具表層變得脆弱，加劇了刀具的磨損。擴散現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)擴散。PCD刀具在切削鋼、鐵材料時當切削溫度高于800℃時，PCD中的碳原子將以很大的擴散強度轉移到工件表面形成新的合金，刀具表面石墨化。鈷、鎢擴散比較嚴重，鈦、鉭、鈮的抗擴散能力較強。故YT類硬質合金耐磨性較好。陶瓷和PCBN切削時，當溫度高達1000℃-1300℃時，擴散磨損尚不顯著。 工件、切屑與刀具由于材料的同，切削時在接觸區(qū)將產生熱電勢，這種熱電勢有促進擴散的作用而加速刀具的磨損。這種在熱電勢的作用下的擴散磨損，稱為“熱電磨損”。4）氧化磨損當溫度升高時刀具表面氧化產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℃時空氣中的氧與硬質合金中的鈷及碳化物、碳化鈦等發(fā)生氧化反應，形成較軟的氧化物;在1000℃時PCBN與水蒸氣發(fā)生化學反應。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，前刀面上靠近切削力的部位，在切屑的作用下，會磨損成月牙凹狀，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，但當月牙洼進一步加大時，切削刃強度大大削弱，＊終可能會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，一般不會產生月牙洼磨損。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

刀具破損切削刃微崩當工件材料組織、硬度、余量不均勻，前角偏大導致切削刃強度偏低，工藝系統剛性不足產生振動，或進行斷續(xù)切削，刃磨質量欠佳時，切削刃容易發(fā)生微崩，即刃區(qū)出現微小的崩落、缺口或剝落。出現這種情況后，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大，導致更大的破損。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生，或者是微崩的進一步的發(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力時，加上操作不慎等因素，可能造成刀片或刀具產生折斷。發(fā)生這種破損形式后，刀具不能繼續(xù)使用，以致報廢。刀片表層剝落對于脆性很大的材料，如TiC含量很高的硬質合金、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力，在切削過程中不夠穩(wěn)定或刀具表面承受交變接觸應力時極易產生表層剝落。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度小硬度低，在其切削部位可能發(fā)生塑性變型。硬質合金在高溫和三向壓應力狀態(tài)直工作時，也會產生表層塑性流動，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基硬質合金的彈性模量小于WC基硬質合金，故前者抗塑性變形能力加快，或迅速失效。PCD、PCBN基本不會發(fā)生塑性變形現象。刀片的熱裂當刀具承受交變的機械載荷和熱負荷時，切削部分表面因反復熱脹冷縮，不可避免的產生交變的熱應力，從而使刀片發(fā)生疲勞而開裂。例如，硬質合金銑刀進行高速銑削時，刀齒不斷受到周期性地沖擊和交變熱應力，而在前刀面產生梳狀裂紋。有些刀具雖然并沒有明顯的交變載荷與交變應力，但因表層、里層溫度不一致，也將產生熱應力，加上刀具材料內部不可避免地存在缺陷，，故刀片也可能產生裂紋。裂紋形成后刀具有時還能繼續(xù)工作一段時間，有時裂紋迅速擴展導致刀片折斷或刀面嚴重剝落。