1．刀具磨損的形態(tài)（1）前刀面磨損 切削塑性材料時(shí)，如果切削速度和切削厚度較大，切屑在前刀面上經(jīng)常會磨出一個月牙洼，這種磨損形式稱作前刀面磨損。出現(xiàn)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(dāng)月牙洼擴(kuò)展到使棱邊變得很窄時(shí)，切削刃強(qiáng)度降低，極易導(dǎo)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(qiáng)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(shí)，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(qiáng)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(shí)，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(jī)制（1）硬質(zhì)點(diǎn)劃痕 由工件材料中所含的碳化物、氮化物和氧化物等硬質(zhì)點(diǎn)以及積屑瘤碎片等在刀具表面上劃出一條條溝紋，造成機(jī)械磨損。硬質(zhì)點(diǎn)劃痕在各種切削速度下都存在，它是低速切削刀具產(chǎn)生磨損的主要原因。（2）冷焊粘結(jié) 切削時(shí)，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(jié)形成冷焊粘結(jié)點(diǎn)，在切屑相對于刀具前刀面的運(yùn)動中冷焊粘結(jié)點(diǎn)處刀具材料表面微粒會被切屑粘走，造成粘結(jié)磨損。上述冷焊粘結(jié)磨損機(jī)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(jié)是產(chǎn)生磨損的主要原因。（3）擴(kuò)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(xué)元素相互擴(kuò)散，使刀具材料化學(xué)成分發(fā)生變化，耐磨性能下降，造成擴(kuò)散磨損。例如，用硬質(zhì)合金刀具切削鋼質(zhì)工件時(shí)，切削溫度超過800℃，硬質(zhì)合金刀具中的Co、C、W等元素就會擴(kuò)散到切屑和工件中去，由于Co元素減少，硬質(zhì)相的粘結(jié)強(qiáng)度下降，導(dǎo)致刀具磨損加快。擴(kuò)散磨損在高溫下產(chǎn)生，且隨溫度升高而加劇。（4）化學(xué)磨損 在一定溫度作用下，刀具材料與周圍介質(zhì)起化學(xué)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(chǎn)生的刀具磨損稱為化學(xué)磨損?；瘜W(xué)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(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颍业礁驹虿拍芨玫亟鉀Q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，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)，也會產(chǎn)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(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?；静粫l(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。

一、概述  隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，企業(yè)對生產(chǎn)的優(yōu)化，自動加工設(shè)備的廣泛運(yùn)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常現(xiàn)象。因此客戶往往采用固定加工次數(shù)換刀來避免此類狀況，卻任需在加工過程中定時(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/砂輪加工過程中的信號變化，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)也可用于評價(jià)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(jìn)行實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)測量功率信號，利用功率信號處理算法對功率進(jìn)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(shí)時(shí)檢測振動信號，利用振動信號處理算法對振動進(jìn)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(xué)傳感器實(shí)時(shí)檢測刀具磨損時(shí)產(chǎn)生的聲音信號，利用聲學(xué)信號處理算法對聲學(xué)進(jìn)行分析和識別，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(chǎn)品效果和價(jià)值1，生產(chǎn)過程中為保證加工工件質(zhì)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(tǒng)通過刀具加工工件所產(chǎn)生的信號變化，來判斷當(dāng)前刀具狀態(tài)，提高刀具壽命、節(jié)省成本。2，通過設(shè)置刀具的磨損極限，實(shí)時(shí)監(jiān)測刀具的磨損狀態(tài)，當(dāng)?shù)毒叩哪p到達(dá)極限時(shí)，及時(shí)給出換刀信號，避免因?yàn)榈毒咛崆笆Ф鴮?dǎo)致的零件批量性缺陷。3，通過刀具磨損監(jiān)控系統(tǒng)采集到的實(shí)時(shí)加工數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，可以評價(jià)刀具的性能。通過實(shí)時(shí)檢測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。通過各項(xiàng)檢測技術(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(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，因而會發(fā)生冷焊。由于摩擦副之間有相對運(yùn)動，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小；金屬化合物比單質(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，這種熱電勢有促進(jìn)擴(kuò)散的作用而加速刀具的磨損。這種在熱電勢的作用下的擴(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

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，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)，也會產(chǎn)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(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。