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数控刀具使用寿命是怎么估算的

作者:
来源:
2019/07/31 09:22
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在制定项目工作中,常常要对刀具使用寿命做一个估算,将此作为预算、规划的参考依据。通常应该对相同行业,相同产品类似加工形式刀具消耗情况调查和了解,依此作为基础,进行成熟度、准确性评估后,做出本企业相应刀具寿命的预定值。但因种种原因,很多时候希望用更直接的形式,得到刀具寿命数据。

在机械加工专业理论学科内,通常用泰勒(F.W.Taylor)公式来表示刀具耐用度(T)与线速度(V)之间的关系。

VTm=C1

称为T-V关系式,不同的工件材料、不同的刀具材料、不同的切削条件有不同的系数和指数。可以再双双曲线坐标系内划出不同的刀具耐用度关系图表,叫做T-V图。同样,还有T与f(进给量),ap(切深)的关系式、图表。

泰勒公式被用在课堂上合实验室内,很少有在工厂使用。工厂习惯用估算的方法来得到刀具耐用度,或者叫刀具使用寿命。

一般有以下几种估算方法:

1、按切削时间计:

金属切削刀具行业内,以刀具寿命15分钟来推荐切削线速度。在实际使用时,一般取刀具品牌制造厂推荐值的75%,此时刀具寿命约为60分钟。

一个刀刃可加工工件数量可按下式估算:

N=(19100XVXf)/(DXh)

式中:

N - 刀具寿命,可加工工件数,单位:个 V – 刀具选用切削线速度,单位:米/分钟 f – 加工时的进给量,单位:毫米/转 D – 被加工件工件直径,单位:毫米 h - 加工长度,毫米

例:车削一个直径50毫米的工件,长度100毫米,刀具制造厂推荐线速度200米/分钟,预定刀具切削时间寿命T=60分钟,实际使用线速度150米/分钟,进给量0.1毫米/转,估算刀具寿命:

N=(19100X150X0.1)/(50X100)=57.3

即,按上述条件计算,每刃可加工57个工件。

2、以切削距离计:

切削距离是指,假设一个刀刃,在一个非常大的工件上连续不断地按一定的速度切削,这把刀从开始到失效所走过的路程全长,称为切削距离寿命。用L来表示。

一个刀刃可加工工件数量可按下式估算:

N=(318300XLXf)/(DXh)

式中:

N - 刀具寿命,可加工工件数,单位:个 L - 切削距离预计寿命,单位:千米 f – 加工时的进给量,单位:毫米/转 D – 被加工工件直径,单位:毫米 h - 加工长度,毫米

例:车削一个直径50毫米的工件,长度100毫米,进给量0.1毫米/转,刀具制造厂介绍的切削距离寿命10千米,估算刀具寿命:

N=(318300X10X0.1)/(50X100)=63.66

即,按上述条件计算,每刃可加工63个工件。

3、以经验值计:

有经验的从业人员,对一些常用材料、常用刀具在加工某一类特定材料工件的使用寿命,有丰富的经验积累,能直接地估算刀具的使用寿命。

如直径在Ф25~Ф30之间的涂层硬质合金钻头,加工普通碳钢时钻孔长度约20~30米累计长。加工铸铁时一般在80~100米累计总长。

上面所说的三种估算方法,仅是通常情况下,大致的估计算。无论是按切削时间来算,还是按切削距离来算,都是比较保守的。因为很少有刀具制造厂家提供这些数据。即使提供,也仅仅是提供者在实验室里特定环境条件下的特例,不一定具有普遍指导意义。

而以经验值估算,有相当大的局限性,不一定具有普遍的共性,也只能在基本同的条件下,粗略的估计。但就某个品牌某种刀具在某类材料的加工方面,这种估算方法比较贴近实际。在相同、或接近条件下,可以作为参考。

实际估计时,还必须考虑如下条件:

(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毫米以内时正常的。钛浩机械是以回转顶尖、丝杠、机床主轴、轴加工、高精刀柄、刀杆、弹性夹头、非标件加工、机床接杆为公司的主打产品!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最合理的速度。

(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。钛浩机械是以回转顶尖、丝杠、机床主轴、轴加工、高精刀柄、刀杆、弹性夹头、非标件加工、机床接杆为公司的主打产品!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,最后导致刀具磨损,刀具寿命迅速下降。提高系统刚性是提高刀具寿命的重要措施和手段,但是要有效提高系统刚性,必须不断地进行细致而又复杂的调查、分析、研究工作。很多人认为要改变某个局部的结构要花费很大的经济成本,其实不然,一次性的人力物力投入,换来的可能是几年,甚至十几年长期的耗材成本的降低。

上面所说的,是车削、镗削情况,钻、扩、铰等的加工也可参考。铣削加工与其有较大的不同:

1、铣削是断续切削,刀具刃部材料要耐冲击,韧性比较好,硬度相对较低,耐磨性相对较差。

2、铣削是间息性加工,刃部实际切削时间只有全部加工时间的30%~50%,有利于刃部散热,可有效延长刀具寿命。

3、在加工过程中,不同的加工形式,如端面铣、圆周铣,铣面、铣槽;不同的部位如主切削刃、副切削刃;不同的加工要求,如粗铣、精铣等,失效形式有很大的不同。刀具寿命情况也就不同了。

4、铣刀是多刃刀具,计算时不能简单套用上述公式。一般只能根据实际情况,分析借用,做近似估算。