1 刀具使用壽命

    刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的切削時間，稱為刀具使用壽命，以T表示。為保證零件的加工質(zhì)量和機(jī)床的安全運(yùn)行，一般在機(jī)械加工自動線、多刀切削以及大批量生產(chǎn)中都要求定時人工換刀：而在現(xiàn)代制造技術(shù)中，由于大量采用了數(shù)控等先進(jìn)的自動控制機(jī)床，所以要求根據(jù)刀具使用狀態(tài)進(jìn)行自動換刀。
那么，刀具究竟能夠切削多長時間，即刀具使用壽命應(yīng)取多長才算合適，需通過大量的切削試驗(yàn)才能確定。還有在零件或刀具的新材料和新工藝開發(fā)研究中，刀具的使用壽命是一個重要的影響指標(biāo)，也要進(jìn)行大量的切削試驗(yàn)。
由切削原理可知，刀具的磨損過程可分為3個階段，即初期磨損、正常磨損和劇烈磨損等。在正常磨損階段，刀具后刀面磨損帶平均磨損量VB與切削時間t成正比。通常采用固定其它切削條件，而改變切削速度Vc進(jìn)行刀具磨損試驗(yàn)，由此可得到很多條刀具磨損曲線，從中找出切削速度Vc與刀具使用壽命T的關(guān)系，即泰勒(F.W.Taylor)公式： Vc=A/Tm (1)
式中：m表示切削速度對刀具壽命的影響程度
A為與試驗(yàn)條件有關(guān)的系數(shù)
但這種方法的試驗(yàn)工作量很大。為此，需要尋找一種刀具使用壽命快速試驗(yàn)的方法。

2 快速試驗(yàn)原理

    由于在刀具磨損曲線正常磨損段中刀具后刀面磨損平均磨損量VB與切削時間t成正比，則有VB=VB0+kt，并且不同切削速度Vc的磨損曲線在正常磨損段的延長線都交于縱坐標(biāo)上的同一點(diǎn)VB0，如圖1所示。當(dāng)Vc1c2c3時，VBe-VB0=k1t1=k2t2=k3t3(VBe為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，k為刀具磨損曲線中正常磨損段的斜率，t為切削時間)。
根據(jù)上述關(guān)系設(shè)計一種刀具使用壽命快速試驗(yàn)方法，先以切削速度VcW進(jìn)行切削，測出對應(yīng)于時間t1和t2的刀具后刀面磨損量VB1和VB2，應(yīng)使t1和t2均超過初期磨損階段：再以切削速度Vc2(Vc1c2)進(jìn)行切削，測出時間T3及相應(yīng)的磨損量VBT，如圖2所示不同切削速度Vc的刀具使用壽命試驗(yàn)曲線。

圖1 不同切削速度Vc的刀具磨損曲線

圖2 刀具使用壽命試驗(yàn)曲線
根據(jù)式(1)、圖1和圖2關(guān)系，可以導(dǎo)出如下關(guān)系式：(推導(dǎo)略) k1= VB2-VB1

T2-T1               (2)
k2= VB3-VB2

T3-T2                   (3)
m= lg(Vc2/Vc1)

lg(k2/k1)              (4)
VB0= T2VB1-T1VB2

T2-T1                  (5)
A=Vc( VBe-VB0 )m

k                  (6)

    利用這些關(guān)系式可求得泰勒公式中的兩個系數(shù)m和A

3 試驗(yàn)條件

    設(shè)備：改裝的C620無級變速車床：刀具YT15刀片，前角g0=0°，主偏角kr=75°，副偏角kr’=15°，刃傾角l=0°，后角a=10°：試件材料：45鋼和40MnB兩種，經(jīng)正火處理，其硬度分別為184～189HB和204～205HB：切削用量：進(jìn)給速度f=0.21mm/r，吃刀深度ap=1.5mm，切削速度分別為140和167m/min、136和160m/min及131和155m/min等三組。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

    根據(jù)上述試驗(yàn)原理，固定其它切削條件，改變切削速度Vc。為減小試驗(yàn)誤差，試驗(yàn)選取三組切削速度Vc分別對45鋼和40MnB兩種材料進(jìn)行刀具使用壽命試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用計算機(jī)處理，利用式(2)～(6)計算可獲得三組系數(shù)m1、m2、m3和A1、A2、A3，求平均值得到泰勒公式中的兩個系數(shù)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理結(jié)果如表1(取磨鈍標(biāo)準(zhǔn)VBe=0.5mm)。

    表1 刀具使用壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理結(jié)果(見下面)

    工件材料切削加工性的概念具有相對性，習(xí)慣以碳素結(jié)構(gòu)鋼45鋼為基準(zhǔn)，以一定刀具使用壽命T下的切削速度vT衡量材料的切削加工性。如取刀具使用壽命T=60min，用泰勒公式分別求出45鋼和40MnB的切削速度，分別記為v60和(v60)，它們的比值是kr=v60/(v60)稱為相對加工性。現(xiàn)取T=60、100、200min時比較兩種材料的相對加工性，如表2所示。根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)分析可知，45鋼和40MnB兩種材料的相對加工性約在0.85～1.15之間。屬普通金屬材料(kr=0.65～1.6)。它們的切削加工性能差別不大。

    表2 刀具使用壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理結(jié)果(見下面)

5 結(jié)論

    通過上述試驗(yàn)可得出以下結(jié)論：
    1.用快速試驗(yàn)方法只需在兩種切削速度下進(jìn)行試驗(yàn)，即可得泰勒公式中的兩個系數(shù)。但在實(shí)際試驗(yàn)中為減少試驗(yàn)誤差，可多選三組切削速度進(jìn)行試驗(yàn)，將其結(jié)果取平均：
    2.用快速試驗(yàn)方法可以節(jié)省試驗(yàn)時間和試驗(yàn)材料：
    3.對45鋼和40MnB兩種材料的試驗(yàn)結(jié)果分析可知，它們的切削加工性能差別不大。