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    如何估算数控加工中心的刀具寿命?
    1)对于失效极限的确定,也就是说,刀具使用到什么情况下不能用了。除了崩刃、破裂等极端状况。主要是指磨损,特别是精加工时,一般认为精加工刀片后刀面磨损0.2毫米以内是正常的。但是如果是定径刀具,后刀面磨损会造成工件直径变化,一旦出现径向尺寸变化达到危险情况就要换刀了。又如,对表面粗糙度有特殊要求,刀具略有磨损,表面粗糙度略有下降即不能满足要求时,也必须换刀。估算时就必须按一定比例酌情降低估算值。如果径向尺寸有调整或可补偿的时候、表面粗糙度要求比较低的加工,则可按比例提高估算值。2)切削速度对刀具的磨损有相当大的影响,一般的来说,线速度越快,刀具寿命越短,但是线速度太低的话,一方面影响加工效率,同时也不一定对刀具寿命有利,所以切削速度的选择,必须参考刀具制造厂提供的切削参数,再结合现场情况确定一个*合理的速度。3)被加工工件的材料,对刀具寿命也有相当大的影响。看似相同的材料,内部所含材料成分比例略有不同,可能切削性能就有很大的区别。即使完全相同的材料,如部件结构不同、成型方法不同、热处理设备或工艺不同、前道工序加工刀具不同,都会造成刀具寿命有显著差别。如不锈钢件加工,如前道工序粗加工的刀具不锋利,在工件表面因冷作硬化效应,形成一层硬化层,致使后道工序的精加工刀具急剧磨损,对精加工刀具寿命造成严重的影响。4)合理、准确使用切削液,能明显提高刀具寿命。首先切削液必须准确、干净、充分、有效。不同的刀具材料、不同的工件、不同的加工形式,应该根据目的要求,如粗加工时的冷却、精加工时的润滑,加注不同的切削液。5)地基、机床、夹具、工件、刀具等所有一切,构成一个系统,整个系统的刚性对刀具寿命的影响,也非常大。因为微小的震动使刀具和工件产生非正常微距位移,而使刀具无谓的增加了无效摩擦,*后导致刀具磨损,刀具寿命迅速下降。
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    刀具电流与功率信号
    当刀具破损时,切削力会增大,导致切削功率增大,机床的电机电流和负载功率增大。所以,电机的负载功率、电流电压的相位差以及波形变化等参数可以反映刀具磨损的信息。电流与功率信号的刀具磨损监测归根到底是切削力的刀具磨损监测,但相比于切削力的刀具磨损监测,电流与功率信号的刀具磨损监测具有成本低、传感器安装方便的优点。Lin X.等提出了一种基于顺序主轴电流信号的刀具状态监测方法,并应用支撑向量机进行刀具破损识别;Pal S.等利用小波包树和主成分分析从电机电流中提取刀具磨损敏感特征,训练了一个人工神经网络,将切削条件与刀具磨损特征相关联,从而可以根据切削条件预测刀具磨损量;提出了一种基于主成分分析(PCA)与支撑向量机相结合的刀具磨损状态监测模型,通过功率传感器采集切削过程中的电流和功率信号,采用PCA对采集的参数进行特征提取,选择对刀具磨损状态影响*大的主成分作为支撑向量机的输入样本,实现对刀具磨损状态的准确识别。但是也存在一些缺点,例如由于是通过电流与功率反映切削力变化进而间接反映刀具磨损状态,所以对于刀具磨损的敏感度较低;此外,采用电流传感器会有延迟效应。多种信号结合的监测单一信号的监测已广泛应用于刀具磨损监测,然而单一的传感信号有各自的缺陷以及易受到加工参数、机床刚度、工件材料特性以及周围环境噪声的影响。为了避免这种影响,多个传感器信号的刀具磨损监测方法逐渐被广泛采用。每种信号对于不同刀具磨损的状态敏感度有所不同,所以一种信号对于某个刀具磨损状态的敏感度损失可以被另一种信号弥补,从而提高刀具磨损状态分类精度,这是多种信号结合的监测手段被应用的*主要原因。
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    关于刀具磨损之“不良”磨损
    刀具磨损是切削加工中基本的问题之一。了解刀具磨损的形式和原因,可以帮助大家在日常作业中延长刀具使用寿命,避免施工异常。钢质刀体冲蚀严重 状况:相对于刀尖,钢质刀体和垫片已经严重磨损。从图片可以看出,刀具旋转状况良好。原因和结果:导致这种形态磨损的原因之一是在大行走速度下铣刨松软材质。这种铣刨条件往往会导致刀体磨损严重,刀尖磨损轻微。解决办法:一是使用刀体较大或刀尖直径较大的刀具;二是降低铣刨时的行进速度。刀尖断裂原因和结果:首先可能是机械过载,例如被铣刨的路面上有不能被铣切或破碎的坚硬物体或材料,如钢筋、大石块或井盖等。其次可能是铣刨过程中因热量聚集过多导致的热过载,刀头铣切时洒水量不足会导致这种状况。解决办法:因机械过载导致的损坏难以避免,因为在铣刨之前大家不能够探测出路面基层中的钢筋或者大石块。为避免热过载,应该检查洒水系统(水泵、喷洒梁及其零部件,如喷嘴和滤清器等)。另一个可能的解决办法是降低铣刨机的行进速度,因为行进速度以及铣刨鼓的转速决定了刀具的铣切长度。铣切长度越长,摩擦力越大,这也会*终导致刀具过热。当可能会出现高冲击负荷时,使用GENERATION Z刀具也可以达到较好的效果。遭受巨大冲击负荷时,由于它的韧性和抗冲击能力显著提高,碳化物刀尖的低硬度也相对提高。过度纵向磨损状况:刀具完全磨损,已超出*大使用寿命,因为刀具上已经没有任何用于铣刨的碳化物材料。没有垫片和刀头的保护,或许刀座已被严重损坏。原因和结果:刀具早已过度磨损,但是发现太晚。解决办法:为防止错过更换刀具的*佳时间,铣刨作业暂停时应进行常规检查。旋转不佳状况:图片中是配有铅笔状刀尖的刀具,刀头和刀尖发生了严重偏磨,这很可能是刀头旋转不充分导致的。原因和结果:旋转不充分的原因之一是刀座内孔存有异物,供水不足时也会发生这种情况。另一个原因可能是刀座过度磨损导致刀头旋转不佳。解决办法:首先,检查洒水系统的状况。其次,更换刀头时,必须清洁刀座内孔,并确保刀座的接触面没有发生偏磨。卡簧磨损状况:此图是一个传统型卡簧,因其设计(不带双向止动功能)问题,长时间使用后会发生变形。原因和结果:刀具使用时间过长。即使从刀头和刀尖无法看出,从垫片和卡簧的磨损程度也可以判断出来。解决办法:为普遍降低这种风险,维特根刀具都采用了双向止动功能(精确控制纵向间隙)。
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    加工使用的刀片如何来判断是否需要替换?
    在刀片有破损的情况下肯定是要替换正在使用的刀片之外,其实在其他的情况下也需要替换刀片。比如:加工后的工件尺寸超出了标准的允许范围、加工后工件的表面不符合加工面粗糙度要求等情况。而且在发生这些情况时,刀片刀尖也一般会有摩损和崩损的情况发生。就算刀尖的损伤一般肉眼比较难以判断,大家可以使用放大镜来确定损伤情况。刀尖损伤为什么也会影响加工的工件的表面粗糙度和尺寸呢?其实刀尖有损伤的时候也意味着刀片的锋利性减弱,这样的刀尖加工的工件表面是凹凸不平的。就像,刨刀在加工木材的时候,如果刀的状况不好是会影响到加工的木材的表面的平滑的。关于工件的尺寸,如果刀片在加工时后刀角发生摩损,那么会影响到刀尖的位置,如果刀尖的位置后退了10μm的话,那么加工时的切深量会减少一倍。大家来看下面这张图↓而且,不光是后刀面摩损会造成影响,月牙洼摩损也会造成加工问题。如果产生月牙洼磨损一直不处理的话,可能会造成刃尖直接崩损的情况,如果崩损的情况再继续使用下去的话,不仅是刀片,连车刀杆也会发生损坏,还是需要注意这一点的。那么替换刀片的时机如何把握呢?如果刀具发生损伤对加工的工件也会造成影响,所以要在这之前就替换掉刀具。当然,*主要的还是要尽量不发生刀具的损伤,所以刀具的耐摩损性能很大程度上影响了刀具的品质。而且在加工时经常观察刀具是否受损还是很麻烦的事情,所以在加工时决定加工多少个之后替换刀具是*好的办法,这就需要稳定加工的刀具,而且刀具寿命延长可以加工更多的工件,所以可以稳定加工并且长寿命才是检测刀具品质的标准。
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    木材切削原理与木工刀具
    木工刀具的切削对象是木材和人造板。木材是由多种复杂有机物质组成的复合体其中绝大部分是高分子化合物或复合物。木材除了含有纤维素、半纤维素、木素之外还含有水分和各种浸提物,包括生物碱及有机弱酸(单宁、醋酸、多元酚类化合物等弱酸),有些树种还含有石英砂(SiO2)等。木质人造板,如纤维板、刨花板、石膏刨花板、胶合板和细木工板等,还添加了各种胶合材料(如胶黏剂、水泥、石膏等)、固化剂和缓凝剂等。因此,木工刀具的加工对象是多组分的、复杂的混合体。当刀具在切削时,如同将刀具置于复杂的介质中,既有造成刀具机械擦伤的硬质点,即节子、树脂、石英砂、胶合材料,又有引发刀具产生化学腐蚀的酸性介质,还有促进刀具和工件材料相互作用的切削温度、切削压力和水分等环境因素。因而,刀具磨损实质是刀具与工件材料发生机械、热和化学腐蚀作用,刀具前后面的金属材料不断损失的过程。刀具磨损越大,工件表面的材料被搓起、撕裂和挖切就越利害,工件表面质量降低。刀具破损到定程度时,切削过程不得不中断,增加换刀、磨刀的次数和机床的停机频率,降低了机床的使用效率。因此,提高刀具耐磨性具有重要的实用价值。使用已磨损的刀具继续切削时,会引起加工面质量的下降及尺寸精度的下降,并导致切削力的增大。因此,在刀具达到一定的磨损开始到不能满足加工者对质量精度的要求,这一段时间或切削距离被称为刀具寿命。
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