在CNC加工中，刀具壽命是指切削刀具從刀尖處開(kāi)始初次切削到磨損所經(jīng)過(guò)的時(shí)間或從工件表面開(kāi)始測(cè)量的實(shí)際長(zhǎng)度。刀具切削時(shí)間是刀具制造商計(jì)算刀具壽命的關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)。

顯著影響刀具壽命的兩個(gè)主要因素：

切割速度（線速度）

切削速度對(duì)刀具壽命有顯著影響。如果切削速度超過(guò)所加工材料的規(guī)定速度 20%，刀具壽命將縮短至原來(lái)使用壽命的一半。如果切削速度增加到規(guī)定速度以上 50%，刀具壽命將縮短至原來(lái)使用壽命的五分之一。

振動(dòng)

除了切削速度外，振動(dòng)對(duì)刀具壽命也有顯著影響。振動(dòng)的主要原因是加工裝置的剛性。工件表面的振動(dòng)表現(xiàn)為刀具與工件之間的持續(xù)錘擊，而不是正常切削。這會(huì)增加刀具崩裂和斷裂的程度，從而大大縮短刀具的使用壽命。

數(shù)控刀具使用壽命的估算方法

根據(jù)切割時(shí)間估算

在金屬切削刀具行業(yè)，切削速度建議通?；?CNC 刀具壽命 15 分鐘。在實(shí)際應(yīng)用中，通常使用 CNC 刀具制造商提供的推薦值的 75%。在此降低的切削速度下，CNC 刀具的預(yù)計(jì)刀具壽命約為 60 分鐘。

單個(gè)切削刃可加工的工件估計(jì)數(shù)量可采用以下公式計(jì)算：

N = (19100 * V * f) / (D * h)

其中：N：刀具壽命，即可加工的工件數(shù)量（單位：件）V：刀具選擇的切削速度（單位：米/分）f：加工時(shí)的進(jìn)給速度（單位：毫米/轉(zhuǎn)）D：被加工工件的直徑（單位：毫米）h：加工長(zhǎng)度（單位：毫米）

車(chē)削直徑為 60 毫米、長(zhǎng)度為 110 毫米的工件。刀具制造商建議切削速度為每分鐘 200 米。計(jì)劃刀具切削時(shí)間壽命 T 為 60 分鐘。實(shí)際使用的切削速度為每分鐘 150 米，進(jìn)給率為每轉(zhuǎn) 0.1 毫米。計(jì)算預(yù)計(jì)刀具壽命：

N = (19100 * 150 * 0.1) / (60 * 110) = 43.4

在給定的條件下，每個(gè)切削刃大約可以加工43個(gè)工件。

根據(jù)切削距離計(jì)算數(shù)控刀具壽命

切削距離是指切削刃行進(jìn)的總距離，假設(shè)單個(gè)切削刃從開(kāi)始到失效以恒定速度連續(xù)切削非常大的工件。該距離稱(chēng)為切削距離壽命，用“L”表示。

單個(gè)切削刃可加工的工件估計(jì)數(shù)量可采用以下公式計(jì)算：

N = (318300 * 長(zhǎng) * 寬) / (深 * 高)

其中： N：刀具壽命，可加工的工件數(shù)量 L：估計(jì)的切削距離壽命，以公里為單位 f：加工時(shí)的進(jìn)給速度，以每轉(zhuǎn)毫米為單位 D：加工工件的直徑，以毫米為單位 h：加工的長(zhǎng)度，以毫米為單位

例如，當(dāng)車(chē)削直徑為50毫米、長(zhǎng)度為100毫米的工件時(shí)，進(jìn)給率為每轉(zhuǎn)0.1毫米，而刀具制造商建議的切削距離壽命為10公里，則預(yù)計(jì)刀具壽命可計(jì)算如下：

N = (318300 * 10 * 0.1) / (50 * 100) = 63.66

在給定的條件下，每個(gè)切削刃大約可以加工63個(gè)工件。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值估算刀具壽命

業(yè)內(nèi)資深的專(zhuān)業(yè)人士憑借其豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于采用常見(jiàn)材料和常用數(shù)控刀具加工特定材料，可以直接估算出刀具的使用壽命。

例如，直徑為φ25～φ30的涂層硬質(zhì)合金鉆頭，在鉆削普通碳鋼時(shí)，累計(jì)鉆孔長(zhǎng)度大約為20～30米；在加工鑄鐵時(shí)，累計(jì)總長(zhǎng)度一般在80～100米左右。

上述三種估算方法只是典型情況下的粗略估算。無(wú)論是基于切削時(shí)間還是切削距離的估算，這些方法都趨于保守。一般情況下，刀具制造商不提供這些估算方法，因?yàn)?CNC 刀具的計(jì)算方法是在特定的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中確定的，可能不適用于作為一般準(zhǔn)則。

提高刀具壽命的方法

改善矩陣

通過(guò)在 1-5μm 范圍內(nèi)改變碳化鎢的顆粒尺寸，工具制造商可以改變硬質(zhì)合金工具的基體特性?；w材料的顆粒尺寸對(duì)切削性能和工具壽命起著至關(guān)重要的作用。較小的顆粒尺寸可使工具具有更好的耐磨性，而較大的顆粒尺寸可提高工具的韌性。

此外，硬質(zhì)合金數(shù)控刀具材料中鈷含量由6%提高至12%，可提高韌性，因此，無(wú)論是韌性還是耐磨性，都可以通過(guò)調(diào)整鈷含量來(lái)滿足特定的切削工藝要求。

通過(guò)在外表面附近形成富鈷層或在硬質(zhì)合金材料中選擇性添加其他合金元素（如鈦、鉭、釩、鈮等），也可以提高刀具基體的性能。富鈷層可以顯著提高切削刃強(qiáng)度，從而提高粗加工和斷續(xù)切削刀具的性能。

選擇合適的涂層

涂層也有助于提高硬質(zhì)合金數(shù)控刀具刀片的切削性能。當(dāng)前的涂層技術(shù)包括：

1氮化鈦（TiN）涂層：這是一種通用的PVD和CVD涂層，可提高工具的硬度和氧化溫度。

2碳氮化鈦（TiCN）涂層：通過(guò)向TiN中添加碳元素，該涂層可提高硬度和表面光滑度。

3氮化鋁鈦 (TiAlN) 和氮化鋁鈦 (AlTiN) 涂層：這些涂層與氧化鋁 (Al2O3) 層結(jié)合使用可延長(zhǎng)高溫切削過(guò)程中的刀具壽命。氧化鋁涂層特別適合干切削和近干切削。

4氮化鉻（CrN）涂層：該涂層具有良好的抗粘附性能，可作為解決碎屑粘附問(wèn)題的解決方案。

珩磨刃

在許多情況下，刀片切削刃的制備（或刃口珩磨）已成為決定加工成功的關(guān)鍵因素。珩磨工藝參數(shù)需要根據(jù)具體的加工要求確定。珩磨量可從小到0.007mm，大到0.05mm。通常，用于大多數(shù)鋼和鑄鐵的連續(xù)車(chē)削和銑削的刀片需要進(jìn)行相當(dāng)程度的刃口珩磨。珩磨量取決于硬質(zhì)合金的牌號(hào)和涂層類(lèi)型（CVD或PCD涂層）。對(duì)于重載斷續(xù)切削刀片，大量的刃口珩磨或T形刃口加工已成為先決條件。

相反，加工不銹鋼、高溫合金用的刀片由于容易形成切屑堆積，要求切削刃鋒利，且只能進(jìn)行輕微珩磨（低至0.01mm），甚至可定制更小的珩磨量。同樣，加工鋁合金用的刀片也要求切削刃鋒利。