刀具的磨損不僅影響機床的切削狀態(tài)，而且與工件加工質(zhì)量密切相關(guān)，因此刀具狀態(tài)的實時監(jiān)測是保證加工質(zhì)量的一項重要措施，而刀具磨損程度的評價指標是刀具狀態(tài)監(jiān)測的基礎。本文通過分析立銑刀后刀面磨損帶的磨損規(guī)律及特點，研究了后刀面和副后刀面磨損帶寬度VB和磨損帶面積AVB在銑刀漸進磨損過程中的變化特點，提出了衡量刀具磨損程度的兩個評價指標。

(a)加工條件① (b)加工條件② 1.三角形磨損帶 2.梯形磨損帶 3.多邊形磨損帶

1 銑刀磨損量的評價指標刀具后刀面的磨損對加工精度和切削力的影響較前刀面更為顯著。由于后刀面磨損量比較容易測量，因此在刀具管理和金屬切削研究中，多按后刀面磨損帶中間部分平均磨損量允許達到的最大值(通常以VB表示)來制定磨鈍標準。ISO制定了外圓車刀使用壽命實驗中的刀具磨鈍標準，但該標準只適用于切削實驗。在實際加工過程中，存在許多影響刀具磨損的不可預見和難以控制的因素。雖然可將銑刀的每一刀齒看成一把車刀，但銑刀的磨損比車刀的磨損更為復雜，在不同的切削條件下將產(chǎn)生不同的磨損方式。因此，ISO制定的刀具磨鈍標準很難在實際生產(chǎn)中推廣應用。實驗研究結(jié)果表明，影響刀具后刀面磨損帶的因素很多，如加工條件、工件材料、刀具安裝、機床性能、刀具幾何角度等，僅以刀具后刀面磨損帶中間部分磨損量作為評價指標很難真實、準確和完整地評價刀具磨損狀態(tài)。在兩種不同加工條件下(①主軸轉(zhuǎn)速n=360r/min，切削寬度Rd=9mm，切削深度Ra=2mm，每齒進給量ft=0.0933mm/齒；②主軸轉(zhuǎn)速n=420r/min，切削寬度Rd=9mm，切削深度Ra=4mm，每齒進給量ft=0.1190mm/齒。刀具為HSSf10三刃立銑刀，工件材料均為鑄鐵)銑刀一個刀齒后刀面的不同磨損帶示意圖。而在這兩種加工條件下，銑刀副后刀面的磨損帶是相似的。  為了更準確地判斷銑刀磨損情況，可采用后刀面磨損帶面積AVB作為衡量刀具磨損程度的另一個指標，主要基于以下原因：

銑刀為多切削刃刀具，以斷續(xù)切削方式工作，每個刀齒的磨損模式、磨損帶形狀都不一致，因此銑刀磨損比車刀磨損更為復雜。VB僅為磨損帶的一維度量值，而磨損帶面積AVB是磨損帶的二維度量值，能更準確地反映磨損帶的真實狀況。

加工條件、切削材料的多樣性使磨損帶形狀經(jīng)常變化。軸向切削深度的變化會影響磨損帶的長度和寬度，有可能造成磨損帶寬度不變而長度變化的情況。VB只能反映磨損帶寬度的變化，無法反映磨損帶長度的變化，而AVB則可反映磨損帶長度和寬度兩個方向的變化。

試驗組號 主軸轉(zhuǎn)速n

(r/min) 切削寬度Rd

(mm) 切削深度Ra

(mm) 每齒進給量ft

(mm/齒) 工件材料 1 360 9 2.0 0.0833 鑄鐵 2 420 9 4.0 0.1190 鑄鐵 3 420 9 4.0 0.0952 鑄鐵 2 420 9 2.0 0.0476 鑄鋼 2 420 9 4.0 0.0476 鑄鋼

目前對 VB和磨損帶尺寸(計算AVB需要多個尺寸)的測量都只能采用離線測量方式，還無法通過在線測量實時監(jiān)測銑刀的磨損及破損情況。因此，測量多個磨損帶尺寸可使采用間接測量法監(jiān)測刀具磨損、破損具有更高的準確性和可靠性。

AVB的計算可簡化為三角形磨損帶、梯形磨損帶、多邊形(可簡化為正方形)磨損帶三部分。AVB的計算可簡化為三角形磨損帶和梯形磨損帶兩部分。一個刀齒后刀面的磨損帶面積AVB，i、平均磨損面積AVB、總磨損帶面積AVB分別為，銑刀每一刀齒副后刀面的磨損帶面積RAi、平均磨損面積RA、總磨損帶面積RA分別為 式中，i為刀齒序號(i=1，2，…，Nf)。 2 小直徑立銑刀漸進磨損過程試驗表1 銑刀漸進磨損過程試驗切削參數(shù)

試驗條件 加工機床：XHK5140立式加工中心；工件材料：鑄鐵、鑄鋼(尺寸190mm×90mm×50mm)；刀具：f直柄立銑刀，螺旋角qh=30°，刀齒數(shù)Nf=3；不使用切削液；用JC10型讀數(shù)顯微鏡測量每一刀齒后刀面和副后刀面磨損帶尺寸。試驗切削參數(shù)見表1。

試驗方法 用20把新銑刀，每5把銑刀分為一組，分別對應表1所示的5組切削用量進行銑刀漸進磨損過程試驗，每把銑刀從新刀開始切削，直至刀具磨鈍(或破損、折斷)為止，每組試驗重復4次。在新刀時以及刀具急劇磨損階段，測量刀具后刀面和副后刀面磨損帶尺寸的間隔時間應短一些；在刀具正常磨損階段，測量間隔時間可稍長一些。

試驗結(jié)果 按表1所示切削參數(shù)進行銑刀漸進磨損過程試驗，計算Ai和RAi。在4種不同加工條件下。

(a)銑刀后刀面、副后刀面磨損帶面積

(a)銑刀后刀面、副后刀面磨損帶寬度 加工條件：見表1試驗組號1

(a)銑刀后刀面、副后刀面磨損帶面積

(a)銑刀后刀面、副后刀面磨損帶寬度 加工條件：見表1試驗組號2

(a)銑刀后刀面、副后刀面磨損帶面積

(a)銑刀后刀面、副后刀面磨損帶寬度 加工條件：見表1試驗組號3

(a)銑刀后刀面、副后刀面磨損帶面積

(a)銑刀后刀面、副后刀面磨損帶寬度 加工條件：見表1試驗組號4

試驗結(jié)果分析 分析上述試驗結(jié)果可知：

在立銑刀漸進磨損過程中，每一個刀齒的后刀面磨損帶寬度和磨損帶面積變化曲線與車刀的典型磨損過程曲線相似，同樣存在磨損過程的三個階段，即初期磨損階段、正常磨損階段和急劇磨損階段。 初期磨損階段的磨損曲線斜率較大。由于刃磨后新刀的后刀面與加工表面間的實際接觸面積小，壓強大，故磨損很快；新刃磨后刀面上的微觀粗糙度也加劇了磨損。對應于不同的加工條件，初期磨損階段經(jīng)歷的時間不同(從幾分鐘到幾十分鐘)，初期磨損量的大小也不相同。 正常磨損階段是刀具工作的有效階段，磨損曲線基本上是一條向上的斜線，其斜率代表刀具正常工作時的磨損強度。刀具經(jīng)過初期磨損后，后刀面上被磨出一條狹窄的不規(guī)則磨損帶，壓強減小，故磨損量的增加也減緩，且比較穩(wěn)定。磨損帶形狀與切削參數(shù)、工件材料、刀具材料和幾何參數(shù)等因素有關(guān)。 急劇磨損階段的磨損曲線斜率很大，即磨損強度大。刀具經(jīng)過正常磨損階段后，切削刃顯著變鈍，切削力增大，切削溫度升高；此時刀具如繼續(xù)工作，不但不能保證加工質(zhì)量，且刀具材料消耗增多，加工成本上升。因此應避免使刀具發(fā)生劇烈磨損。

后刀面磨損帶面積AVB作為衡量刀具磨損程度的另一個指標，比后刀面磨損帶寬度VB能更真實、準確和完整地評價刀具磨損狀態(tài)。因為立銑刀的主切削刃是圓柱面上的螺旋切削刃，在切削刃參加工作的各點上切削載荷不均勻，后刀面磨損也不均勻。在刀尖部分，由于強度和散熱條件較差，磨損較為劇烈。在切削刃上靠近工件外表面處，強度和散熱條件較好，磨損較輕微，磨損帶寬度也較小。磨損帶形狀及磨損模式與許多因素有關(guān)，切削深度不同，磨損帶的中間位置也不同，因此用VB表示刀具磨鈍程度和制定磨鈍標準不能完整、準確地衡量刀具磨損狀態(tài)。而后刀面磨損帶面積AVB在計算時即考慮了整個磨損帶的變化情況，考慮了因加工條件和刀具安裝等因素的改變(或誤差)而引起的磨損帶改變，因此能比較真實地反映銑刀的磨損狀態(tài)。當?shù)毒哌_到急劇磨損階段時，切削過程與磨損帶面積的曲線斜率比切削過程與磨損帶寬度的曲線斜率大，表明磨損帶面積比磨損帶寬度增加更快，因此磨損帶面積比磨損帶寬度能更準確地反映刀具磨損狀態(tài)。

立銑刀加工一般不能沿軸向進給，因此立銑刀副切削刃(端面上的切削刃)和副后刀面所受切削載荷較小。副后刀面的磨損主要是由加工過程中刀具與工件的摩擦造成的，磨損帶形狀呈三角形，隨著刀具磨損的增加，三角形磨損帶不斷加大。刀齒副后刀面的磨損帶面積和磨損帶寬度的變化曲線也存在與車刀磨損過程類似的三個階段，即初期磨損、正常磨損和急劇磨損階段。

3 結(jié)語加工方式和切削條件的多樣性使刀具磨損狀態(tài)的評價復雜化。本文采用 "#和!?作為衡量刀具磨損程度的兩個評價指標，從磨損帶的一維和二維度量兩個方面評價磨損狀態(tài)。通過切削試驗與研究分析，證明這種評價方法在生產(chǎn)中是切實可行的。