切削加工时，刀具一方面切下切屑，另一方面本身也要发生磨损或局部破损。刀具磨损后，可明显地发现切削力加大，切削温度上升，切屑颜色改变，工艺系统产生振动，加工表面粗糙度值增大，加工精度降低。因此，刀具磨损到一定程度后，必须进行重廓或更换新刀。刀具磨损和耐用度直接关系到切削加工的效率、质量和成本，是切削加工中十分重要的问题之一。
刀具磨损主要决定于刀具材料及工件材料的物理机械性能和切削条件。各种条件下刀具磨损有不同的特点。掌握这些特点，才能合理地选择刀具及切削条件，提高切削效率，保证加工质量。
第一节 切削力的计算和影响因素
在切削过程中，切削力直接影响切削热、刀具磨损与耐用度、加工精度和已加工表面质量。在生产中，切削力又是计算切削功率，设计机床、刀具、夹具以及监控切削过程和刀具工作状态的重要依据。研究切削力的规律，对于分析切削过程和生产实际都有重要意义。
一、切削力的来源、切削合力及分力、切削功率
1．切削力的来源
金属切削时，刀具使加工材料变形成为切屑所需的力，称为切削力。
切削力的来源有二方面
(1)切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹性、塑性变形所产生的
抗力。
(2)刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。
2．切削合力及分力
切削力的总和形成作用在车刀上的合力Fr 。
为便于测量和应用，可以将合力Fr 分解成三个互相垂直的分力：
1）Fz ——主切削力或切向力。它垂直于基面，切于切削表面并与切
削速度v 的方向一致。一般，Fz 在分力中最大，是计算切削功率，设计机床零件的主要依据。
2）Fy ——切深抗力，或称背向力、径向力、吃刀力。它在基面里并与进给方向(即工件轴线方向)
垂直。Fy 约为(O.15～0.7)Fz ，它虽不作功，
但能使工件变形或振动，对加工精度和己加
工表面质量影响较大。
3）Fx ——进给抗力，或称轴向力、走刀力。它
在基面里并与进给方向(即工件轴线方向)相
平行。Fx 约为(0.1～0.6)Fz ，是设计走刀机
构时所必需的数据。
22222x y z xy z r F F F F F F ++=+=
3．切削功率
消耗在切削过程中的功率称为切削功率Pm 。切削功率为Fz 和Fx 所消耗功率之和，因Fy 方向没有位移，故不消耗动力。于是: ）（kW V F f n F V F P z w x z m 331010)1000
(--?≈?+= 由于Fx 小于Fz,Fx 方向的运动速度又很小，因此Fx 消耗的功率可略而不计。
根据切削功率选择机床电机时，还要考虑机床的传动效率。机床电机功率P E 应满足：m m E P P η≥
一般机床传动效率ηm 取0.75～O.85。
4．单位切削力：单位切削力是指单位切削面积上的主切削力，用P 表示：
)/(2mm N a a F f a F A F P w
c Z p Z C Z ==＝ 二、切削力计算的经验公式
l ．计算切削力的指数公式
Z Z F Z F z F Z F n y x p F Z K v f
a C F ????= y y F Fy y F y F n y x p F y K v f a C F ????=
Fx n y x p Fx x K v f a C F x F x F x F ????=
2．用单位切削力计算主切削力
查表选用常用材料的单位切削力，可根据单位切削力公式计算。
三、影响切削力的因素
l ．工件材料的影响
工件材料的强度、硬度越高，材料的剪切强度τs 越大，虽然变形系数ξ有所下降，但总切削力
还是增大的。
强度、硬度相近的材料，如其塑性较大，则与刀具间的摩擦系数μ也较大，故切削力增大。 灰铸铁及其他脆性材料，切削时一般形成崩碎切屑，切屑与前面的接触长度短，摩擦小，故切削力较小。
2．切削用量的影响
1）背吃刀量和进给量的影响 背吃刀量a p 或进给量f 加大，均使切削力增大,但两者的影响程度
不同。a p 加大时，变形系数ξ不变，切削力成正比例增大；而f 加大时，ξ有所下降，故切削力
不成正比例增大。
在车削力的经验公式中，加工各种材料，a p 的指数x FZ ≈1，而f 的指数y FZ =0.75～0.9。因此，
切削加工中，如从切削力和切削功率角度考虑，加大进给
量比加大背吃刀量有利。
2)切削速度的影响 在如图的实验条件下加工塑性金属，
切削速度a>27m/min 时，积屑瘤消失，切削力一般随切
削速度的增大而减小。这主要是因为随着v 的增大，切
削温度升高，μ下降，从而使ξ减小。在v<27m/min 时，
切削力是受积屑瘤影响而变化的。约在v=5m/min 时已出
现积屑瘤，随切削速度的提高，积屑瘤逐渐增大，刀具
的实际前角加大，故切削力逐渐减小；约在v=17m ／min
处积屑瘤最大，切削力最小；当切削速度超过v=17m/min ，
一直v=27m/min 时，由于积屑瘤减小，使切削力逐步增
大。
切削脆性金属(灰铸铁、铅黄铜等)时，因金属的塑性变形很小，切屑与前刀面的摩擦也很小，所以切削速度对切削力没有显著的影响。
3．刀具几何参数的影响
1) 前角的影响 前角γ0加大，被切金属的变形减小，变形系数值减小，刀屑间摩擦力和正应力也
相应下降，因此切削力减小。但前角增大对塑性大的材料(如铝合金、紫铜等)影响显著，即材料的塑性变形、加工硬化程度明显减小，切削力降低较多；而加工脆性材料(灰铸铁、脆黄铜等)，
因切削时塑性变形很小，故
前角变化对切削力影响不
大。
2)负倒棱的影响 前刀面上的负倒棱，可以提高刃区的强度，但此时被切金属的变形加大，使切削力有所增加。负倒棱是通过它的宽度b γ1对进给量f 的比值(b γ1/f)来影响切削力的。b γ1/f 增大，切削力增大。当b γ1小于切屑与刀具前面的接触长度l f 时，切屑除与倒棱接触外，还与前面接触，
前面仍起作用。而当切削钢b γ1/f ≥5或切削灰铸铁b γ1/f ≥3，即b γ1大于l f 时，切屑只与倒棱接
触，不与前面接触，切削力趋于稳定，且相当于用负前角为γ01车刀加工时的切削力。
3)主偏角的影响
r xy x r xy y k F F k F F sin cos ==
当主偏角K r 加大时，Fy 减小，Fx
加大。
4)刃倾角的影响 刃倾角对切削力的影
响如图所示。刃倾角λs 减小时，Fy 增
大，Fx 减小。刃倾角在10?～－45?的范围内变化时，Fz 基本不
变。
4．刀具磨损的影响
后刀面磨损量增大，使主后面与加工表面的接触面积增大，
后刀面上的法向力和摩擦力都将增大，故切削力加大。
5．切削液的影响
以冷却作用为主的水溶液对切削力影响很小，而润滑作用强的切削油，有效地减少了刀具前刀面与切屑、后刀面与工件表面之间的摩擦，甚至还能减小被加工金属的塑性变形，从而能显著地降低切削力。
6．刀具材料的影响
刀具材料与被加工材料间的摩擦系数，影响到摩擦力的变化，直接影响着切削力的变化。如在同样的切削条件下，陶瓷刀的切削力最小，硬质合金刀次之，高速钢刀具的切削力最大。
第二节 切削热的产生和影响因素
切削热和由它产生的切削温度，是刀具磨损和影响加工精度的重要原因。高的切削温度使刀具磨损加剧，耐用度下降；工件和刀具受热膨胀会导致工件精度达不到要求。因此，研究切削热和切削温度的产生及其变化规律是十分重要的。
一、切削热的产生和传出
1．切削热的产生
切削热来源于切削层金属发生弹性变形、塑性变形所产生的热和切屑
与前刀面、工件与后刀面间的摩擦热。
切削时所消耗的能量约有98％～99％转换为切削热，故单位时间内
产生的切削热为： v F Q Z =
2.切削热的传出
切削热由切屑、工件、刀具及周围的介质传导出去。影响切削热传导的主要因素是：
1) 工件材料的导热性能。工件材料的导热系数高，由切屑和工件传导出去的热量较多，切削区温
度就较低，刀具耐用度较高；但工件温升快，易引起工件热变形。工件材料的导热系数低，切削热不易从切屑和工件传导出去，切削区温度高，使刀具磨损加剧。
2) 刀具材料的导热性能。刀具材料的导热系数高，切削热易从刀具传导出去，降低了切削区温度，
有利于刀具耐用度的提高。
3) 周围介质。采用冷却性能好的切削液及采用高效冷却方式能传导出较多的切削热。
4) 切屑与刀具的接触时间。外圆车削时，切屑形成后迅速脱离车刀而落入机床的容屑盘中，切屑
的热传给刀具不多。钻削或其他半封闭式容屑的加工，切屑形成后仍与刀具相接触，切屑的热传导给刀具多。
切削热由切屑、刀具、工件和周围介质传出的比例大致如下：
1) 车削加工时，50％～86％由切屑带走，40％～10％由车刀传出，9％～3％传人工件，1％传人介
质(空气)。切削速度越高或切削厚度越大，则切屑带走的热量越多。
2) 钻削加工时，28％由切屑带走，14.5％传给刀具，52.5％传入工件，5％传给周围介质。
二、影响切削温度的主要因素
1．切削用量对切削温度的影响
1)切削速度v 的影响 随着切削速度的提高，切削温度将显著上升。这是因为，切屑沿前刀面流出时，切屑底层与前刀面发生强烈摩擦从而产生大量切削热；由于切削速度很高，在一个很短时间内切屑底层的切削热来不及向切屑内部传导，而是大量积聚在切屑底层，从而使切屑温度显著升高。另外，随着切削速度的提高，单位时间内的金属切除量成正比例增加，消耗的功增大，切削热也会增大，故使切削温度上升。切削温度与切削速度之间的经验关系式为x V v C θθ=，一般x=O.26～0.4l 。
2)进给量f 的影响 随着进给量的增大，单位时间内的金属切除量增多，切削热增多，使切削温度上升。但切削温度随进给量增大而升高的幅度不如切削速度那么显著。这是因为单位切削力和单位切削功率随f 增大而减小，切除单位体积金属产生的热量减少了；同时f 增大后，切屑变厚，切屑的热容量增大，由切屑带走的热量增多，故切削区的温度上升不甚显著。切削温度与进给量之间的经验关系式为14.0f C f θθ=
3）背吃刀量a p 的影响 背吃刀量a p 对切削温度的影响很小。这是因为a p 增大以后，切削区产生的
热量虽增加，但切削刃参加工作长度增加，散热条件改善，故切削温度升高并不明显。切削温度与背吃刀量之间的经验关系式为04.0p a a C p θθ=
切削温度对刀具磨损和耐用度影响很大。由以上规律(切削用量中，v 对θ影响最大，f 次之，a p 最小)可知，为有效控制切削温度以提高刀具耐用度，选用大的背吃刀量或进给量，比选用大的
切削速度有利。
2．刀具几何参数对切削温度的影响
1) 前角γ0 前角γ0的大小直接影响切削过程中的变形和摩擦，对切削温度有明显影响。前角大，切
削温度低；前角小，切削温度高；但前角达18?～20?后，对切削温度影响减小，这是因为楔角变小使散热体积减小的缘故。
2) 主偏角K r 主偏角K r 加大后，切削刃工作长度缩短，切削热相对地集中；同时刀尖角减小，使
散热条件变差，切削温度将升高。若减小主偏角，则刀尖角和切削刃工作长度加大，散热条件改善．从而使切削温度降低。
3．刀具磨损对切削温度的影响
刀具磨损后切削刃变钝，使金属变形增加；同时刀具后刀面
与工件的摩擦加剧。所以，刀具磨损后切削温度上升。后刀面上
的磨损量愈大时，切削温度的上升愈为迅速。
4．工件材料对切削温度的影响
1) 工件材料的硬度和强度越高，切削时所消耗的功越多，产生
的切削热越多，切削温度就越高。
2) 工件材料导热系数的大小，直接影响切削热的导出，如不锈
钢1Crl8Ni9Ti 和高温合金GHl31，不仅导热系数小，且在高
温下仍有较高的强度和硬度，故切削温度高。
3) 灰铸铁等脆性材料，切削时金属变形小，切屑呈崩碎状，与
前刀面摩擦小，产生切削热少，故切削温度一般较切削钢料
时低。
5．切削液对切削温度的影响
切削液对降低切削温度有明显的效果。
第三节刀具磨损和耐用度
切削加工时，刀具一方面切下切屑，另一方面本身也要发生磨损或局部破损。刀具磨损后，可明显地发现切削力加大，切削温度上升，切屑颜色改变，工艺系统产生振动，加工表面粗糙度值增大，加工精度降低。因此，刀具磨损到一定程度后，必须进行重廓或更换新刀。刀具磨损和耐用度直接关系到切削加工的效率、质量和成本，是切削加工中十分重要的问题之一。
刀具磨损主要决定于刀具材料及工件材料的物理机械性能和切削条件。各种条件下刀具磨损有不同的特点。掌握这些特点，才能合理地选择刀具及切削条件，提高切削效率，保证加工质量。一、刀具磨损的形态
切削时，刀具的前刀面与切屑、后刀面和工件接触，产生剧烈摩擦，同时在接触区内有很高的
温度和压力。因此，前刀面和后刀面都会发生磨损。
1．前刀面磨损(月牙洼磨损)
切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，在刀具前刀面上
经常会磨出一个月牙洼。月牙洼的位置发生在刀具前刀面上切削温度最
高的地方。月牙洼和切削刃之间有一条小棱边。在磨损过程中，月牙洼
的宽度、深度不断增大，当月牙洼扩展到使棱边很窄时，切削刃的强度
大为削弱，极易导致崩刃。月牙洼磨损量以其最大深度KT表示。
2．后刀面磨损
由于加工表面和刀具后刀面间存在着强烈的摩擦，后刀面上毗邻切
削刃的地方很快被磨出后角为零的小棱面，即为
后刀面磨损。加工脆性材料或在切削速度较低、
切削厚度较小的情况下切削塑性材料时，主要发
生后刀面磨损。后刀面磨损带往往是不均匀的，
刀尖部分(C区)强度较低，散热条件又差，磨损
比较严重，其最大值为VC。主切削刃靠近工件外
表面处(N区)，由于上道工序的加工硬化层或毛
坯表面硬层的影响，被磨成较严重的深淘，以VN
表示。在后刀面磨损带中间部位(B区)上，磨损
比较均匀，平均磨损带宽度以VB表示，而最大
磨损带宽度以VB
表示。
max
3．边界磨损
切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外皮处
以及副切削刃靠近刀尖处的后刀面上，磨出较深
的沟纹，这就是边界磨损。加工铸、锻等外皮粗
糙的工件，也容易发生边界磨损。
二、刀具磨损的原因
切削过程中刀具的磨损与一般机械零件的磨损有显著的不同：刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面；前、后刀面上的接触压力很大，有时超过被切材料的屈服强度；接触面的温度也很高，如硬质合金加工钢料时可达800～l00O℃。因此，刀具磨损是机械的、热的和化学的三种作用的综合结果。
1．硬质点磨损
切削时，切屑、工件材料中含有的一些碳化物、氮化物和氧化物等硬质点以及积屑瘤碎片等，可在刀具表面刻划出沟纹，这就是硬质点磨损。
硬质点磨损在各种切削速度下都存在，但它是低速刀具(如拉刀、板牙等)磨损的主要原因。因为此时切削温度较低，其他形式的磨损还不显著。高速钢及工具钢刀具的硬质点磨损比较显著；硬质合金刀具硬度高，发生这种磨损较少。
2．粘结磨损
切削时，切屑、工件与前、后刀面之间，存在着很大的压力和强烈的摩擦，形成新鲜表面接触而发生冷焊粘结。由于摩擦面之间的相对运动，冷焊结破裂被一方带走，从而造成冷焊磨损。一般说来，工件材料或切屑的硬度低，冷焊结的破裂往往发生在工件或切屑这一方。但由于交变应力、热应力以及刀具表层结构缺陷等原因，冷焊结的破裂也可能发生在刀具这一方，刀具表面上的微粒逐渐被切屑或工件粘走，从而造成刀具的粘结磨损。
高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具都可能因粘结而发生磨损。硬质合金刀具虽有较高的硬度，但在中等偏低的切削速度下切削塑性金属时，粘结磨损比较严重。高速钢刀具有较高的抗剪和抗拉强度，抗粘结磨损能力强，粘结磨损较慢。
3．扩散磨损
在切削高温下，刀具表面与切出的工件、切屑新鲜表面接触，刀具和工件、切屑双方的化学元素互相扩散到对方去，改变了原来材料的成分与结构，削弱了刀具材料的性能，加速磨损过程。例如用硬质合金刀具切钢时，从800 C开始，硬质合金中的钴便迅速地扩散到切屑、工件中去，碳化钨分解为钨和碳后扩散到钢中；而切屑中的铁会向硬质合金中扩散，形成低硬度、高脆性的复合碳化物。由于钴的扩散，降低了硬质相碳化钨、碳化钛的粘结强度。所有这些，都使刀具磨损加剧。此外，随着切削速度(温度)的提高，元素的扩散速率增加，扩散磨损程度加剧。
扩散磨损的快慢和程度与刀具材料中化学元素的扩散速率关系密切。如硬质合金中，钛元素的扩散速率远低于钴、钨，故YT类合金的抗扩散磨损能力优于YG类合金；YN类合金和涂层合金则更佳，硬质合金中添加钽、铌后形成固溶体，更不易扩散，故具有良好的抗扩散磨损性能。
4．化学磨损
在一定温度下，刀具材料与某些周围介质(如空气中的氧、切削
液中的极压添加剂硫、氯等)起化学作用，在刀具表面形成一层硬度
较低的化合物，如四氧化三钴、一氧化钴、三氧化钨和二氧化钛等，
被切屑或工件擦掉而形成磨损，这称为化学磨损，一般，空气不易
进入刀屑接触区，化学磨损中因氧化而引起的磨损最容易在主、副
切削刃的工作边界处形成，从而产生较深的磨损沟纹。
总之，在不同的工件材料、刀具材料和切削条件下，磨损原因
和磨损强度是不同的。如图所示为硬质合金刀具。加工钢料时，在
不同的切削速度(切削温度)下各类磨损所占的比重。由图可见，在
低速(低温)区以硬质点磨损和粘结磨损为主；在高速(高温)区以扩
散和化学磨损为主。此外，在某一切削速度下，刀具的磨损强度最低。
三、刀具磨损过程及磨钝标准
1．刀具磨损过程
随着切削时间的延长，刀具的后刀面磨损量VB(或前刀面月牙洼
磨损深度KT)随之增加。如图为典型的刀具磨损曲线，其磨损过程可
分为三个阶段：
1)初期磨损阶段因为新刃磨的刀具切削刃较锋利，其后刀面与加
工表面接触面积很小，压应力较大，加之新刃磨的刀具的后刀面
存在着微观不平等缺陷，所以，这一阶段的磨损很快。一般初期
磨损量为0.05～O.10mm，其大小与刀面刃磨质量有很大关系。经
仔细研磨过的刀具，其初期磨损量较小。
2)正常磨损阶段经初期磨损后，刀具的粗糙表面已经磨平，承压面积增大，压应力减小，从而
使磨损速率明显减小，刀具进入正常磨损阶段。这个阶段的磨损比较缓慢均匀。后刀面磨损量随切削时间延长而近似地成比例增加。这是刀具工作的有效阶段。
3)急剧磨损阶段刀具经过正常磨损阶段后，切削刃变钝，切削力、切削温度迅速升高，磨损速
度急剧增加，以致刀具损坏而失去切削能力。生产中应当避免达到这个磨损阶段。要在这个阶段到来之前，及时更换刀具。
2．刀具的磨钝标准
刀具磨损到一定限度就不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。一般刀具的后刀面上都有磨损，它对加工质量和切削力、切削温度的影响比前刀面磨损显著，同时后刀面磨损量易于测量，因此在金属切削的科学研究中多数按后刀面磨损宽度来制定磨钝标准。规定磨钝标准有两种考虑：一种是充分利用正常磨损阶段的磨损量，来充分利用刀具材料，减少换刀次数，它适用于粗加工和半精加工；另一种是根据加工精度和表面质量要求确定磨钝标准，此时，VB 值应取较小值，称为工艺磨钝标准。
当主后面磨损很不均匀时，以VB max 或VC 值作磨钝标准比较合理。
国际标准ISO 推荐硬质合金外圆车刀耐用度的磨钝标准，可以是下列任何一种：
(1)VB ＝0.3mm ；(2)如果主后面为无规则磨损，取VB max ＝0.6mm ； (3)前面磨损量KT=0.06+0.3f 。
自动化生产中用的精加工刀具，常以沿工件径向的刀具磨损尺寸做为衡量刀具的磨钝标准，称为刀具径向磨损量，以NB 表示；在柔性加工设备上，经常用切削力的数值作为刀具的磨钝标准，从而实现对刀具磨损状态的自动监控。
工艺系统刚性较差时应规定较小的磨钝标准。因为当后刀面磨损后，切削力将增大，尤以径向切削力Fy 增大最为显著。
切削难加工材料时，切削温度较高，一般应选用较小的磨钝标准。
四、刀具耐用度及其经验公式
l ．刀具耐用度的定义
刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间称为刀具耐用度，以T 表示。耐用度指净切削时间，不包括用于对刀、测量、快进、回程等非切削时间。
也可以用达到磨钝标准时所走过的切削路程Lm 来定义耐用度。Lm 等于切削速度v 和耐用度T 的乘积，即 T v L m ?=
刀具耐用度是一个重要参数。在相同切削条件下切削某种工件材料时，可以用耐用度来比较不同刀具材料的切削性能；同一刀具材料切削各种工件材料，可以用耐用度来比较材料的切削加工性；还可以用耐用度来判断刀具几何参数是否合理。对于某一切削加工，当工件、刀具材料和刀具几何形状选定之后，切削用量是影响刀具耐用度的主要因素。
2．切削用量对刀具耐用度的影响
1)切削速度与刀具耐用度的关系 切削速度与刀具耐用度的关系是用实验方法求得刀具T-v 关系
曲线。该直线的方程为
A T m v lg lg lg +-=。
m T A v /=
关系式反映了切削速
度与刀具耐用度之间的关
系，是选择切削速度的重
要依据。指数m 表示切削
速度对刀具耐用度的影响程度。对于高速钢刀具，一般m ＝0.1～0.125；硬质合金刀具，m ＝0.2～0.3，陶瓷刀具m 值约为0.4。m 值较小，表示切削速度对刀具耐用度影响大；m 值较大，表明切削速度对耐用度的影响小，即刀具材料的切削性能较好。
2)进给量、背吃刀量与刀具耐用度的关系 按照求T-v 关系式的方法，同样可以求得T-f 和T-a p 关系式： n T B f /=，p p T C a /= 综合得到切削用量三要素与耐用度的关系：P P n m v a f v C T 111=
一般，切削速度v 对刀具耐用度的影响最大，进给量f 次之，背吃刀量a p 最小。这与三者对
切削温度的影响顺序完全一致。这也反映出切削温度对刀具磨损、耐用度有着最重要的影响。
五、刀具耐用度的选择
在实际生产中，刀具耐用度同生产效率和加工成本之间存在着较
复杂的关系。因此，刀具耐用度并不是越高越好，如果把刀具耐用度
选得过高，则切削用量势必被限制在很低的水平，虽然此时刀具的消
耗及其费用较少，但过低的加工效率也会使经济效果变得很差。若刀
具耐用度选得过低，虽可采用较高的切削用量使金属切除量增多，但
由于刀具磨损加快而使换刀、刃磨的工时和费用显著增加，同样达不
到高效率、低成本的要求。因此，住生产实际中就存在着最大生产率
耐用度和最低成本耐用度，以及与它们相适应的切削速度。
1．最大生产率耐用度
最大生产率耐用度是根据单件工时最短的观点来制定的。一个工序所需工时由机动工时、换刀工时和其他辅助工时组成。于是，完成一个工序所需要的工时为
010********)(t T t f
A d L T f A d e L t f n L T t f n e L t m d w m m w m m d m w +?????+????++??+?+=-ππ＝ Lm ——工件被切削表面的长度(mm)； e ——刀具切入、切出空行程长度(mm)； t d —— 换刀时间(min)； t 0——除换刀时间外的其他辅助时间(min)；
01)(t T L K T e L K t m m m m w +??+?+?=-
p d m m T t e
L L m m T =?+?-=1 2．最低成本耐用度
最低成本耐用度是从工序成本最低的观点出发而制定的。一个零件在一道工序中的加工费用由与机动工时有关的费用，与换刀工时有关的费用，与其他辅助工时有关的费用及与刀具消耗有关的费用四部分组成。于是，每个工件的工序成本C 为
t m m d m C f
n T L M t M f n T L t M f n e L C ???+?+????+??+=0 式中M —该工序单位时间内所分担的全厂开支(元／min)；Ct —每次刃磨后刀具分摊的费用(元)。
c t
d m m T M C t
e L L m m T =+?+?-=
)(1 有：p c t d d c p T T C M t M
t T T >+?=
一般情况下，应采用最低成本耐用度，当任务紧迫或生产中出现不平衡环节时，可采用最大生产率耐用度。
常用刀具耐用度的参考值如下：硬质合金焊接车刀的耐用度为3600s(60min)；高速钢钻头的耐用度为4800～7200s(80～120min)；硬质合金端铣刀的耐用度为7200～10800s(120～180min)；齿轮刀具的耐用度为1200O ～18000s(200～300min)。
在选择刀具耐用度时，还应考虑以下几点:
1) 刀具的复杂程度和制造、重磨的费用。简单的刀具如车刀、钻头等，耐用度选得低些；结构复
杂和精度高的刀具，如拉刀、齿轮刀具等，耐用度选得高些。同一类刀具，尺寸大的，制造和刃磨成本均较高，耐用度规定得高些。
2)装卡、调整比较复杂的刀具，如多刀车床上的车刀，组合机床上的钻头、丝锥、铣刀以及自动
机及自动线上的刀具，耐用度应选得高一些，一般为通用机床上同类刀具的2～4倍。
3)生产线上的刀具耐用度应规定为一个班或两个班，以便能在换班时间内换刀。如有特殊快速换
刀装置时，可将刀具耐用度减少到正常数值。
4)精加工尺寸很大的工件时，刀具耐用度应按零件精度和表面粗糙度要求决定。为避免在加工同
一表面时中途换刀，耐用度应规定得至少能完成一次走刀。
六、刀具的破损
刀具破损和磨损一样，也是刀具主要失效形式之一。特别是用陶瓷、超硬刀具材料制成的刀具进行断续切削，或者加工高硬度材料时，刀具的脆性破损就更加严重。刀具破损的形式很多，主要分为脆性破损和塑性破损两类。
1．刀具的脆性破损
硬质合金和陶瓷刀具，在机械应力和热应力冲击作用下，经常发生以下几种形式的脆性破损：1)崩刃指在切削刃上产生小的缺口。一般缺口尺寸与进给量相当或稍大一点时，刀刃还能继续
切削。但在继续切削过程中，刃区崩损部分会迅速扩大，可能使刀具完全失效。用陶瓷刀具切削时，最常发生这种崩刃；用硬质合金刀具断续切削时，也常出现这种崩刃。
2)碎断指在切削刃上发生小块碎裂或大块断裂，不能继续正常切削。硬质合金和陶瓷刀具断续
切削时常出现这种碎断。
3)剥落指在前、后刀面上几乎平行于切削刃而剥下一层碎片，经常连切削刃一起剥落，有时也
在离切削刃一小段距离处剥落。用陶瓷刀具端铣时常见到这种破损。
4)裂纹破损指在较长时间连续切削后，由于疲劳而引起裂纹的一种破损。有因热冲击引起的热
裂纹；也有因机械冲击而发生的机械疲劳裂纹。当这些裂纹不断扩展合并，就会引起切削刃的碎裂或断裂。
2．刀具的塑性破损
切削时，由于高温和高压的作用，有时在前、后刀面和切屑、工件的接触层上，刀具表层材料发生塑性流动而丧失切削能力。这就是刀具的塑性破损。
刀具塑性破损直接与刀具材料和工件材料的硬度比有关。硬度比越高，越不容易发生塑性破损。硬质合金、陶瓷刀具的高温硬度高，一般不容易发生这种破损，高速钢刀具因其耐热性较差，就易出现塑性破损。
3．防止刀具破损的措施
为了防止或减少刀具破损，在提高刀具材料的强度和抗热震性能的基础上，可以采取以下的措施：
1)合理选择刀具材料的牌号。如断续切削刀具，必须具有较高的冲击韧度、疲劳强度和热疲劳抗
力。如铣削专用的硬质合金刀片YTM30，就具有较好的抗破损能力。
2)选择合理的刀具角度。通过调整前角、后角、刃倾角和主、副偏角，增加切削刃和刀尖的强度；
在主切削刃上磨出倒棱，可以有效地防止崩刃。
3)选择合适的切削用量。硬质合金较脆，耍避免切削速度过低时切削力过大而崩刃；也要防止切
削速度过高，因温度太高而产生热裂纹。
4)尽量采用可转位刀具；采用焊接刀具时，要避免焊接、刃磨不当所产生的各种弊病。
5)要尽可能地保证工艺系统有较好的刚性，以减小切削时的振动。
常用的刀具磨损检测方法比较 篇一：刀具的磨损和耐用度浅谈 刀具磨损和耐用度浅谈 刀具在切削金属的同时，本身也逐渐被磨损。当磨损到一定程度时，就需要更换刀具，否则会产生降低加工表面质量等不良后果。让我们先来看看刀具的磨损过程：常用的高速钢和硬质合金钢刀具的磨损过程如图所示，它反映了切削时间和刀具磨损之间的关系。正常磨损 后刀面磨损初期磨损 切削时间/ 1．初期磨损阶段 在该阶段中，由于是新刃磨的刀具，刀后面粗糙不平，后面与工件过渡表面间的实际接触面很小，压力大，磨损速度很快。初期磨损量与刀具刃磨质量有关，经过研磨的刀具初期磨损量小。 2．正常磨损阶段 刀后面经过初期的磨损后，粗糙度值降低，与工件过渡表面实际接触面积增大，压力减小，刀刃仍然比较锋利，磨损速度比较缓慢。该阶段切削过程平稳，持续时间长，是刀具的有效工作阶段。 3．急剧磨损阶段 当刀具磨损到一定程度后，刃口变钝，摩擦力增大，切削力和切削温度迅速上升，刀具材料的性能下降，引起刀具迅速磨损，直至完
全丧失切削性能。所以在切削过程中应避免刀具发生急剧磨损。 刀具的磨损过程又可看为刀具的钝化过程 从上述磨损过程可以看出，刀具在正常磨损阶段即将结束前，刀具必须及时重磨或可转位刀片转换刀刃。否则不仅会损坏刀具，而且会使工件的加工质量变坏。此时的刀具磨损量称为刀具的磨损限度。国家标准规定，把刀具磨损达到正常磨损阶段结束前的某一后面磨损量VB值作为刀具的磨损限度，即磨钝标准。因为刀具磨损后，切削力将增大，在柔性加工系统中，经常用切削力的某一数值作为刀具磨钝标准，以实现对刀具磨损状态的自动控制。 在实际生产中，采用与磨钝标准队赢得切削时间，即刀具耐用度来表示刀具已经磨钝，到了该换刀具的时候。所谓刀具耐用度，是指新磨好的刀具，由开始切削直到磨损量达到磨钝标准的总切削时间，用字母t表示，单位为min。刀具耐用度有时也可用加工同样零件的数量或切削路程长度来表示。 粗加工时，多为切削时间表示耐用度。例如，目前高速钢镗刀的耐用度为30~60min；硬质合金铣刀的耐用度为120~180min。高速钢钻头的耐用度为80~120min；成形刀具耐用度为200~300min。精加工时，常以走刀次数或加工零件个数表示刀具耐用度。 用刀具耐用度衡量磨损量的大小，比直接测量磨损量方便的多，因而在生产中广泛采用。刀具寿命则是指一把新刀从使用到报废为止的总的切削时间，它是刀具耐用度与磨刀次数的乘积。 篇二：刀具磨损原理及耐磨设计
刀具磨损和耐用度浅谈 刀具在切削金属的同时，本身也逐渐被磨损。当磨损到一定程度时，就需要更换刀具，否则会产生降低加工表面质量等不良后果。 让我们先来看看刀具的磨损过程：常用的高速钢和硬质合金钢刀具的磨损过程如图所示，它反映了切削时间和刀具磨损之间的关系。 正常磨损 初期磨损 急剧磨损后刀面磨损量切削时间/ 1． 初期磨损阶段 在该阶段中，由于是新刃磨的刀具，刀后面粗糙不平，后面 与工件过渡表面间的实际接触面很小，压力大，磨损速度很快。初期磨损量与刀具刃磨质量有关，经过研磨的刀具初期磨损量小。 2． 正常磨损阶段 刀后面经过初期的磨损后，粗糙度值降低，与工件过渡表面 实际接触面积增大，压力减小，刀刃仍然比较锋利，磨损速度比较缓慢。该阶段切削过程平稳，持续时间长，是刀具的有效工作阶段。
3．急剧磨损阶段 当刀具磨损到一定程度后，刃口变钝，摩擦力增大，切削力和切削温度迅速上升，刀具材料的性能下降，引起刀具迅速磨损，直至完全丧失切削性能。所以在切削过程中应避免刀具发生急剧磨损。 刀具的磨损过程又可看为刀具的钝化过程 从上述磨损过程可以看出，刀具在正常磨损阶段即将结束前，刀具必须及时重磨或可转位刀片转换刀刃。否则不仅会损坏刀具，而且会使工件的加工质量变坏。此时的刀具磨损量称为刀具的磨损限度。国家标准规定，把刀具磨损达到正常磨损阶段结束前的某一后面磨损量VB值作为刀具的磨损限度，即磨钝标准。因为刀具磨损后，切削力将增大，在柔性加工系统中，经常用切削力的某一数值作为刀具磨钝标准，以实现对刀具磨损状态的自动控制。 在实际生产中，采用与磨钝标准队赢得切削时间，即刀具耐用度来表示刀具已经磨钝，到了该换刀具的时候。所谓刀具耐用度，是指新磨好的刀具，由开始切削直到磨损量达到磨钝标准的总切削时间，用字母t表示，单位为min。刀具耐用度有时也可用加工同样零件的数量或切削路程长度来表示。 粗加工时，多为切削时间表示耐用度。例如，目前高速钢镗刀的耐用度为30~60min；硬质合金铣刀的耐用度为120~180min。高速钢钻头的耐用度为80~120min；成形刀具耐用度为200~300min。精加工时，常以走刀次数或加工零件个数表示刀具耐用度。
1、刀具材料 刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。刀具材料越硬，其耐磨性越好，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度 和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。对于石墨刀具，普通的TiAlN涂 层可在选材上适当选择韧性相对较好一点的，也就是钴含量稍高一点的；对于金刚石涂层石墨刀具，可在选材上适当选择硬度相对较好一点的，也就是钴含量稍低一点的； 2、刀具的几何角度 石墨刀具选择合适的几何角度，有助于减小刀具的振动，反过来，石墨工件也不容易崩缺； （1）前角，采用负前角加工石墨时，刀具刃口强度较好，耐冲击和摩擦的性能好，随着负 前角绝对值的减小，后刀面磨损面积变化不大，但总体呈减小趋势，采用正前角加工时，随着前角的增大，刀具刃口强度被削弱，反而导致后刀面磨损加剧。负前角加工时，切削阻力大，增大了切削振动，采用大正前角加工时，刀具磨损严重，切削振动也较大。 （2）后角，如果后角的增大，则刀具刃口强度降低，后刀面磨损面积逐渐增大。刀具后角过大后，切削振动加强。 （3）螺旋角，螺旋角较小时，同一切削刃上同时切入石墨工件的刃长最长，切削阻力最大， 刀具承受的切削冲击力最大，因而刀具磨损、铣削力和切削振动都是最大的。当螺旋角去较大时，铣削合力的方向偏离工件表面的程度大，石墨材料因崩碎而造成的切削冲击加剧，因而刀具磨损、铣削力和切削振动也都有所增大。因此，刀具角度变化对刀具磨损、铣削力和切削振动的影响是前角、后角及螺旋角综合产生的，所以在选择方面一定要多加注意。 通过对石墨材料的加工特性做了大量的科学测试，PARA刀具优化了相关刀具的几何角度，从而使得刀具的整体切削性能大大提高。 3、刀具的涂层 金刚石涂层刀具的硬度高、耐磨性好、摩擦系数低等优点，现阶段金刚石涂层是石墨加工刀具的最佳选择，也最能体现石墨刀具优越的使用性能；金刚石涂层的硬质合金刀具的优点是综合了天然金刚石的硬度和硬质合金的强度及断裂韧性；但是在国内金刚石涂层技术还处于起步阶段，还有成本的投入都是很大的，所以金刚石涂层在近期不会有太大发展，不过我们可以在普通刀具的基础上，优化刀具的角度，选材等方面和改善普通涂层的结构，在某种程度上是可以在石墨加工当中应用的。
切削加工时，刀具一方面切下切屑，另一方面本身也要发生磨损或局部破损。刀具磨损后，可明显地发现切削力加大，切削温度上升，切屑颜色改变，工艺系统产生振动，加工表面粗糙度值增大，加工精度降低。因此，刀具磨损到一定程度后，必须进行重廓或更换新刀。刀具磨损和耐用度直接关系到切削加工的效率、质量和成本，是切削加工中十分重要的问题之一。 刀具磨损主要决定于刀具材料及工件材料的物理机械性能和切削条件。各种条件下刀具磨损有不同的特点。掌握这些特点，才能合理地选择刀具及切削条件，提高切削效率，保证加工质量。 第一节 切削力的计算和影响因素 在切削过程中，切削力直接影响切削热、刀具磨损与耐用度、加工精度和已加工表面质量。在生产中，切削力又是计算切削功率，设计机床、刀具、夹具以及监控切削过程和刀具工作状态的重要依据。研究切削力的规律，对于分析切削过程和生产实际都有重要意义。 一、切削力的来源、切削合力及分力、切削功率 1．切削力的来源 金属切削时，刀具使加工材料变形成为切屑所需的力，称为切削力。 切削力的来源有二方面 (1)切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹性、塑性变形所产生的 抗力。 (2)刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。 2．切削合力及分力 切削力的总和形成作用在车刀上的合力Fr 。 为便于测量和应用，可以将合力Fr 分解成三个互相垂直的分力： 1）Fz ——主切削力或切向力。它垂直于基面，切于切削表面并与切 削速度v 的方向一致。一般，Fz 在分力中最大，是计算切削功率，设计机床零件的主要依据。 2）Fy ——切深抗力，或称背向力、径向力、吃刀力。它在基面里并与进给方向(即工件轴线方向) 垂直。Fy 约为(O.15～0.7)Fz ，它虽不作功， 但能使工件变形或振动，对加工精度和己加 工表面质量影响较大。 3）Fx ——进给抗力，或称轴向力、走刀力。它 在基面里并与进给方向(即工件轴线方向)相 平行。Fx 约为(0.1～0.6)Fz ，是设计走刀机 构时所必需的数据。 22222x y z xy z r F F F F F F ++=+= 3．切削功率 消耗在切削过程中的功率称为切削功率Pm 。切削功率为Fz 和Fx 所消耗功率之和，因Fy 方向没有位移，故不消耗动力。于是: ）（kW V F f n F V F P z w x z m 331010)1000 (--?≈?+= 由于Fx 小于Fz,Fx 方向的运动速度又很小，因此Fx 消耗的功率可略而不计。 根据切削功率选择机床电机时，还要考虑机床的传动效率。机床电机功率P E 应满足：m m E P P η≥ 一般机床传动效率ηm 取0.75～O.85。 4．单位切削力：单位切削力是指单位切削面积上的主切削力，用P 表示：