CN103419071B - 一种能够提高刀具切削寿命的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种切削刀具的使用方法，具体的说是一种能够提高刀具切削寿命的方法。包括在刀具进行切削动作之前测量其分形维数的步骤，之后进行多次切削作业，每次切削作业进行完之后，测量出刀具后刀面的磨损量，之后计算出刀具的实时分形维数，并将实时分形维数与原始分形维数对比，从而相应改变切削刀具下次的切削参数，即使其切削不同材质或者对于切削参数要求不同的工件，每次切削作业完成后，均采用上述方法调整，从而达到最大程度上延长切削刀具的使用寿命，降低生产成本的目的，而且有利于产业自动化、统筹化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种切削刀具的使用方法，具体的说是一种能够提高刀具切削寿命的方法。
背景技术
在切削过程中，刀具与工件、金属屑相互接触，受到强烈的摩擦，以及高温、高压等因素的作用，磨损是必然的，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，在实际加工中，多以刀具后刀面平均磨损带宽度值（VB = 0.3 mm）正常磨损时作为衡量刀具的磨钝标准，磨钝标准内加工工件的能力（可以用刀具不经调整或更换的工作时间T op 、加工零件数量N、切削行程长度L T 、加工面积A op 和线性相对磨损hr-s等参数来表示）称为刀具寿命。
通常，刀具失效判据为平均后刀面磨损量VB =0.3mm或最大后刀面磨损量VB max=0.6mm，然而，传统的磨钝标准没有考虑刀具磨损的后刀面的表面粗糙度对后续切削加工的影响，特别是对所加工工件的精度适应性的影响，也就是说，现有刀具寿命参数均为局部量，没有考虑到刀具本身的切削用量及所加工工件的材料去除率，并且，这就使得传统的磨钝标准难以真实、有效的反应出切削刀具的使用寿命，在操作过程中，按传统的标准衡量切削刀具的磨损程度并依此更换刀具往往会实际缩短切削刀具的使用寿命。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明结合全新的切削刀具磨损标准，提供一种能够有效延长切削刀具使用寿命的方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种能够提高刀具切削寿命的方法，包括以下步骤：
a、取切削刀具，计算出其原始分形维数D，之后用此刀具进行切削作业；
b、每次切削作业完成后，检测刀具后刀面平均磨损带宽度值VB，如果VB超过设定的磨钝标准，则该刀具报废；如果VB未超过设定的磨钝标准，则检测刀具后刀面的表面粗糙度，之后计算出该刀具的实时分形维数Dn；
c、将b所得刀具的实时分形维数Dn与原始分形维数D相比，并按下述情形改变刀具的切削使用条件之后再进行切削：
（1）若Dn<D，则提高该刀具的使用切削速度，即将该刀具用于加工切削速度要求高于上次切削速度要求的工件；
（2）若Dn>D，则降低该刀具的使用切削速度，即将该刀具用于加工切削速度要求低于上次切削速度要求的工件；
（3）若Dn=D，则按原切削速度继续使用。
本发明中，当根据切削刀具的实时分形维数改变刀具的切削速度时，例如提高切削速度，将使得切削工件的表面更加精细，同时减小了表面轮廓的波动周期，细微成分增多，后刀面的分形维数就随着转速增大而提高；切深减小时，切削加工表面的纹理变得细腻，更为平滑，空间填充能力增强，后刀面的分形维数也随之增大；车削时刀具痕迹在加工表面占据主要因素，切削进给量的增加，使轮廓波形的周期变长，轮廓信号的低频成分增多，切削加工表面的变得粗糙，所以导致后刀面磨损的分形维数随着进给量增大而降低。每种刀具适合切削的最佳后刀面磨损的分形维数并不相同，它与加工工件的材料关系比较密切。一般来说，后刀面磨损后的分形维数越大，磨损纹理变得细腻，表面粗糙度越低，更为理想；但是这种情况下的刀具不是磨损比较快就是切削效率比较低；所以，可以根据实际切削加工工时要求、加工工件的精度要求和刀具寿命要求提出合理的分形维数要求，能够最大限度地发挥刀具的使用寿命，并提高加工工件表面质量。
本发明不再局限于常规的后刀面磨损测量方法，而且还考虑到后刀面磨损后自身的表面粗糙度。刀具使用过程中，每次检测后刀面磨损时，除了常规的检测后刀面磨损量VB外，用白光干涉仪或粗糙度测试仪来检测后刀面磨损的粗糙度，这样不但可以判定刀具是否达到寿命（VB > 0.3mm），而且可以根据测量得到的粗糙度值来计算刀具的实时分形维数，将其与原始分形维数对比之后，从而相应决定后续加工的切削参数，改善继续加工的工件精度，提高刀具的寿命，带来很高的经济效益。
有益效果：本发明提供一种新式切削刀具磨损的评价方法，即结合刀具的原始分形维数与实时分形维数对比并相应改变切削刀具的切削参数，从而达到最大程度上对刀具的磨损情况进行实时监控，而且本发明结合刀具的切削应用过程，实现了对切削刀具的实时切削变换，将处于不同磨损程度时的切削刀具切削要求不同的工件，最大程度上延长了切削刀具的使用寿命，降低了生产成本，而且有利于产业自动化、统筹化生产。
具体实施方式
下面说明本发明的具体实施方式：一种能够提高刀具切削寿命的方法，包括以下步骤：
a、取切削刀具，计算出其原始分形维数D，之后用此刀具进行切削作业；
b、每次切削作业完成后，检测刀具后刀面平均磨损带宽度值VB，如果VB超过设定的磨钝标准，则该刀具报废；如果VB未超过设定的磨钝标准，则检测刀具后刀面的表面粗糙度，之后计算出该刀具的实时分形维数Dn；
c、将b所得刀具的实时分形维数Dn与原始分形维数D相比，并按下述情形改变刀具的切削使用条件之后再进行切削：
（1）若Dn<D，则提高该刀具的使用切削速度，即将该刀具用于加工切削速度要求高于上次切削速度要求的工件；
（2）若Dn>D，则降低该刀具的使用切削速度，即将该刀具用于加工切削速度要求低于上次切削速度要求的工件；
（3）若Dn=D，则按原切削速度继续使用。
当提高切削速度时，使得切削工件的表面更加精细，同时减小了表面轮廓的波动周期，细微成分增多，后刀面的分形维数就随着工件转速增大而提高；切深减小时，切削加工表面的纹理变得细腻，更为平滑，空间填充能力增强，后刀面的分形维数也随之增大；车削时刀具痕迹在加工表面占据主要因素，切削进给量的增加，使轮廓波形的周期变长，轮廓信号的低频成分增多，切削加工表面的变得粗糙，所以导致后刀面磨损的分形维数随着进给量增大而降低。每种刀具适合切削的最佳后刀面磨损的分形维数并不相同，它与加工工件的材料关系比较密切。一般来说，后刀面磨损后的分形维数越大，磨损纹理变得细腻，表面粗糙度越低，更为理想；但是这种情况下的刀具不是磨损比较快就是切削效率比较低。所以，可以根据实际切削加工工时要求、加工工件的精度要求和刀具寿命要求提出合理的分形维数要求，能够最大限度地发挥刀具的使用寿命，并提高加工工件表面质量。
切削实验
（一）、实验仪器设备
刀具：AZ20陶瓷刀（成分：80%Al2O3+20%ZrB2/ZrO2）、YG6X细晶粒硬质合金刀（成分：94%WC+6%Co）；
切削材料：45号正火钢（硬度为HB175）、45号淬火钢（硬度为HRC 45）；
TR200便携式表面粗糙度测量仪（北京时代公司生产）；
数控机床：CK6132型数控机床（南京肯迈得机床制造有限公司生产）；
（二）、实验目的
测量并对比利用传统的刀具使用方法与利用本发明提供的刀具的使用方法两种情况下同种刀具的使用寿命。
（三）、实验分组及方法
实验一、
A组对照组：AZ20陶瓷刀，45号正火钢，利用AZ20陶瓷刀对45号正火钢进行多次切削作业，设定切削参数为：切削速度v=160m/min，切削深度ap=0.2mm，进给量f=0.1mm/r，测量并记录刀具的使用寿命（即刀具后刀面的磨损量VB> 0.3mm所用切削时间）。
B组实验组：AZ20陶瓷刀，45号正火钢，利用AZ20陶瓷刀对45号正火钢进行多次切削作业，初始切削参数为：切削速度v=160m/min，切削深度ap=0.2mm，进给量f=0.1mm/r，之后根据本发明所用技术方案测量刀具实时分形维数并相应调整刀具的切削参数，记录刀具的使用寿命。
实验二、
C组对照组：YG6X细晶粒硬质合金刀，45号淬火钢，利用YG6X细晶粒硬质合金刀对45号淬火钢进行多次切削作业，设定切削参数为：切削速度 v=120m/min，切削深度ap=0.2mm，进给量f=0.1mm/r，测量并记录刀具的使用寿命（即刀具后刀面的磨损量VB> 0.3mm所用切削时间）。
D组对照组：YG6X细晶粒硬质合金刀，45号淬火钢，利用YG6X细晶粒硬质合金刀对45号淬火钢进行多次切削作业，采用本发明所用技术方案利用AZ20陶瓷刀具对45号正火钢进行切削作业，初始切削参数为：切削速度 v=120m/min，切削深度ap=0.2mm，进给量f=0.1mm/r，之后根据本发明所用技术方案测量刀具实时分形维数并相应调整刀具的切削参数，记录刀具的使用寿命。
（四）、实验数据与结果分析
实验一、
A组对照组测得AZ20陶瓷刀的使用寿命为30min，切削路程为4800m；
B组实验组测得AZ20陶瓷刀的使用寿命为38min，切削路程为6520m。
实验数据分析：将A、B两组所得数据进行对比后可发现，采用本发明提供的刀具使用方法，根据分形维数合理调整切削参数后，刀具的使用寿命由30min延长到了38min，切削路程也由4800m延长到了6520m，比按照普通的刀具失效判据，利用本发明后的刀具的使用寿命提高了26.7%，切削路程提高了35.8%。
实验二、
C组对照组测得YG6X细晶粒硬质合金刀的使用寿命为15min，切削路程为1800m；
D组对照组测得YG6X细晶粒硬质合金刀的使用寿命为25min，切削路程为2800m。
实验数据分析：将C、D两组所得数据进行对比后可发现，采用本发明提供的刀具使用方法，根据分形维数合理调整切削参数，刀具的使用寿命由15min延长到了25min，切削路程由1800m延长到了2800m，比按照普通的刀具失效判据，刀具使用寿命提高了66.7%，切削路程提高了55.5%。
Claims (1)
1.一种能够提高刀具切削寿命的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、取切削刀具，计算出其原始分形维数D，之后用此刀具进行切削作业；
b、每次切削作业完成后，检测刀具后刀面平均磨损带宽度值VB，如果VB超过设定的磨钝标准，则该刀具报废；如果VB未超过设定的磨钝标准，则检测刀具后刀面的表面粗糙度，之后计算出该刀具的实时分形维数Dn；
c、将b所得刀具的实时分形维数Dn与原始分形维数D相比，并按下述情形改变刀具的切削使用条件之后再进行切削：
（1）若Dn<D，则提高该刀具的使用切削速度，即将该刀具用于加工切削速度要求高于上次切削速度要求的工件；
（2）若Dn>D，则降低该刀具的使用切削速度，即将该刀具用于加工切削速度要求低于上次切削速度要求的工件；
（3）若Dn=D，则按原切削速度继续使用。
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