數控銑床刀具切除工件余量的同時,本身也逐漸被磨損。當磨損到一定程度時,如不及時重磨、換刀或刀片轉位,刀具便喪失切削能力,從而影響已加工表面質量和生產率。
刀具磨損是指刀具與工件或切屑的接觸面上,刀具材料的微粒被切屑或工件帶走的現象,這種磨損現象稱為正常磨損。若由于沖擊、振動、熱效應等原因使刀具崩刃、碎裂而損壞,則稱為非正常磨損。刀具正常磨損形式有以下三種:
(1)前刀面磨損(月牙洼磨損)。切削塑性材料,當切削厚度較大時(hD>0.5mm),刀具前刀面承受巨大的壓力和摩擦力,而且切削溫度很高,使前刀面產生月牙洼磨損。隨著磨損的加劇,月牙洼逐漸加深加寬,當接近刃口時,會使刃口突然破損。前刀面磨損量大小,用月牙洼的寬度KB和深度KT表示。
(2)后刀面磨損。刀具后刀面雖然有后角,但由于切削刃不是理想的鋒利狀態,而是有一定的鈍圓,因此,后刀面與工件實際上是面接觸,磨損就發生在這個接觸面上。在切削鑄鐵等脆性金屬或以較低的切削速度、較小的切削厚度(hD<0.1mm)切削塑性金屬時,由于前刀面上的壓力和摩擦力不大,主要發生后刀面磨損。由于切削刃各點工作條件不同,其后刀面磨損帶是不均勻的。C區和N區磨損嚴重,中間B區磨損較均勻。
(3)前刀面和后刀面同時磨損。前刀面和后刀面同時磨損是一種兼有上述兩種情況的磨損形式。在切削塑性金屬時(hD=0.10.5mm),經常會發生這種磨損。
刀具磨損的原因很復雜,在高溫(700—1200℃)和高壓(大于材料的屈服強度)下,有力、熱、化學、電等方面作用,產生的磨損主要有以下幾個方面:硬質點磨損、粘結磨損、擴散磨損、化學磨損、相變磨損、熱電偶磨損等。
1、刀具的磨損過程。在正常條件下,隨著刀具的切削時間增長,刀具的磨損量將增加。通過實驗得到刀具后刀面磨損量VB與切削時間的關系曲線。由圖可知,刀具磨損過程可分為三個階段:
(1)初期磨損階段。初期磨損階段的特點是磨損快,時間短。一把新刃磨的刀具表面尖峰突出,在與切屑摩擦過程中,峰點的壓強很大,造成尖峰很快被磨損,使壓強趨于均衡,磨損速度減慢。
(2)正常磨損階段。正常磨損階段比初期磨損階段磨損得慢些,經歷的切削時間較長,是刀具的有效工作階段。刀具表面峰點基本被磨平,表面的壓強趨于均衡,刀具的磨損量VB隨著時間的延長而均勻地增加。
(3)劇烈磨損階段。當刀具磨損量達到一定程度,磨損量VB劇增,切削刃已變鈍,切削力、切削溫度急劇升高,刀具很快失效,即進人劇烈磨損階段。應在此階段之前及時更換刀具,以合理使用刀具并保證加工質量。
2、刀具的磨鈍標準。刀具磨損到一定限度后就不能繼續使用,否則將影響切削力、切削溫度和加工質量,這個磨損限度稱為磨鈍標準。
國際標準ISO統一規定以1/2背吃刀量處后刀面磨損帶寬度作為刀具的磨鈍標準。磨鈍標準的具體數值可查閱有關手冊。
在實際生產中,不可能經常停機去測量后刀面上的VB值,以確定是否達到磨鈍標準,而是采用與磨鈍標準相對應的切削時間,即刀具壽命來表示。刀具壽命是指刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達到刀具的磨鈍標準所經過的凈切削時間,用T表示,單位為S(或min)。刀具總壽命是指刀具從開始投入使用到報廢為止的總切削時間。刀具壽命T長,表示刀具磨損慢。
1、切削用量與刀具壽命的關系。因為切削速度對切削溫度影響最大,故對刀具磨損影響也最大,即對刀具壽命影響也最大。在一定切削條件下,切削速度越高,刀具壽命越低。其次是進給量,背吃刀量影響最小。
2、一定刀具壽命T允許的切削速度υT計算。在一般條件下,刀具壽命為T時,所允許的切削速度為υT。
3、刀具壽命的合理選擇。在生產中,選擇刀具壽命的原則是根據優化目標確定的。一般按最大生產率、最低成本為目標選擇刀具壽命。
(1)最大生產率壽命。最大生產率是指工件(或工序)加工所用時間最短。最大生產率壽命是指以單位時間內生產數量最多的產品或加工每個零件所消耗的生產時間最少為原則確定的刀具壽命。
(2)最低成本壽命。最低成本壽命是指以每個零件(或工序)加工費用最低為原則確定的刀具壽命。
因此,數控銑床選擇刀具壽命時,當需要完成緊急任務或產品供不應求以及完成限制性工序時,可采用最大生產率壽命;而一般情況下,通常采用最低成本壽命,以利于市場競爭。