小直径立铣刀后刀面磨损带的研究

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1、小直径立铣刀后刀面磨损带的研究刀具的磨损不仅影响机床的切削状态，而且与工件加工质量密切相关，因此刀具状态的实时监测是保证加工质量的一项重要措施，而刀具磨损程度的评价指标是刀具状态监测的基础。本文通过分析立铣刀后刀面磨损带的磨损规律及特点，研究了后刀面和副后刀面磨损带宽度VB和磨损带面积AVB在铣刀渐进磨损过程中的变化特点，提出了衡量刀具磨损程度的两个评价指标。1铣刀磨损量的评价指标刀具后刀面的磨损对加工精度和切削力的影响较前刀面更为显著。由于后刀面磨损量比较容易测量，因此在刀具管理和金属切削研究中，多按后刀面磨损带

2、中间部分平均磨损量允许达到的最大值(通常以VB表示)来制定磨钝标准。刀具的磨损不仅影响机床的切削状态，而且与工件加工质量密切相关，因此刀具状态的实时监测是保证加工质量的一项重要措施，而刀具磨损程度的评价指标是刀具状态监测的基础。本文通过分析立铣刀后刀面磨损带的磨损规律及特点，研究了后刀面和副后刀面磨损带宽度VB和磨损带面积AVB在铣刀渐进磨损过程中的变化特点，提出了衡量刀具磨损程度的两个评价指标。1铣刀磨损量的评价指标刀具后刀面的磨损对加工精度和切削力的影响较前刀面更为显著。由于后刀面磨损量比较容易测量，因此在刀具

3、管理和金属切削研究中，多按后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的最大值(通常以VB表示)来制定磨钝标准。ISO制定了外圆车刀使用寿命实验中的刀具磨钝标准，但该标准只适用于切削实验。在实际加工过程中，存在许多影响刀具磨损的不可预见和难以控制的因素。虽然可将铣刀的每一刀齿看成一把车刀，但铣刀的磨损比车刀的磨损更为复杂，在不同的切削条件下将产生不同的磨损方式。因此，ISO制定的刀具磨钝标准很难在实际生产中推广应用。实验研究结果表明，影响刀具后刀面磨损带的因素很多，如加工条件、工件材料、刀具安装、机床性能、刀具几何角度等

4、，仅以刀具后刀面磨损带中间部分磨损量作为评价指标很难真实、准确和完整地评价刀具磨损状态。图1为在两种不同加工条件下(①主轴转速n=360r/min，切削宽度Rd=9mm，切削深度Ra=2mm，每齿进给量ft=0.0933mm/齿；②主轴转速n=420r/min，切削宽度Rd=9mm，切削深度Ra=4mm，每齿进给量ft=0.1190mm/齿。刀具为HSSf10三刃立铣刀，工件材料均为铸铁)铣刀一个刀齿后刀面的不同磨损带示意图。(a)加工条件①(b)加工条件②1.三角形磨损带2.梯形磨损带3.多边形磨损带图1铣刀一个

5、刀齿后刀面磨损带示意图而在这两种加工条件下，铣刀副后刀面的磨损带是相似的，如图2所示。图2铣刀一个刀齿副后刀面磨损带示意图为了更准确地判断铣刀磨损情况，可采用后刀面磨损带面积AVB作为衡量刀具磨损程度的另一个指标，主要基于以下原因：1）铣刀为多切削刃刀具，以断续切削方式工作，每个刀齿的磨损模式、磨损带形状都不一致，因此铣刀磨损比车刀磨损更为复杂。VB仅为磨损带的一维度量值，而磨损带面积AVB是磨损带的二维度量值，能更准确地反映磨损带的真实状况。2）加工条件、切削材料的多样性使磨损带形状经常变化。轴向切削深度的变化会

6、影响磨损带的长度和宽度，有可能造成磨损带宽度不变而长度变化的情况。VB只能反映磨损带宽度的变化，无法反映磨损带长度的变化，而AVB则可反映磨损带长度和宽度两个方向的变化。3）目前对VB和磨损带尺寸(计算AVB需要多个尺寸)的测量都只能采用离线测量方式，还无法通过在线测量实时监测铣刀的磨损及破损情况。因此，测量多个磨损带尺寸可使采用间接测量法监测刀具磨损、破损具有更高的准确性和可靠性。在图1a中，AVB的计算可简化为三角形磨损带、梯形磨损带、多边形(可简化为正方形)磨损带三部分。在图1b中，AVB的计算可简化为三角形

7、磨损带和梯形磨损带两部分。图1a中，一个刀齿后刀面的磨损带面积AVB，i、平均磨损面积AVB、总磨损带面积AVB分别为图2中，铣刀每一刀齿副后刀面的磨损带面积RAi、平均磨损面积RA、总磨损带面积RA分别为式中，i为刀齿序号(i=1，2，…，Nf)。2小直径立铣刀渐进磨损过程试验1）试验条件加工机床：XHK5140立式加工中心；工件材料：铸铁、铸钢(尺寸190mm×90mm×50mm)；刀具：φ直柄立铣刀，螺旋角θh=30°，刀齿数Nf=3；不使用切削液；用JC10型读数显微镜测量每一刀齿后刀面和副后刀面磨损带尺寸

8、。试验切削参数见表1。表1铣刀渐进磨损过程试验切削参数试验组号主轴转速n(r/min)切削宽度Rd(mm)切削深度Ra(mm)每齿进给量ft(mm/齿)工件材料136092.00.0833铸铁242094.00.1190铸铁342094.00.0952铸铁242092.00.0476铸钢242094.00.0476铸钢2）试验方法用20把新铣刀，每5把铣刀分