刀具使用寿命的定义
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，称为刀具使用寿命，以T表示。它是指净切削时间，不包括用于对刀、测量、快进、回程等非切削时间。
也有用达到磨钝标准前的切削路程lm。来定义刀具使用寿命的。lm等于切削速度Vc和刀具使用寿命(时间)T的乘积，即
lm=Vc·T (6—3)
这 里需要指出，以往把上述定义的刀具使用寿命称为刀具耐用度。过去刀具使用寿命刀具耐用度曾有过不同的含义。刀具使用寿命表示一把新刀(如焊接车刀或麻花钻 等)用到报废之前的总切削时间，其中包括多次重磨。因此刀具使用寿命等于刀具耐用度乘以重磨次数，但按现行的推荐标准精神，应称为刀具总使用寿命。
刀 具使用寿命是很重要的数据。在同一条件下切削同一工件材料时，可以用刀具使用寿命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，又可以用 刀具使用寿命来比较工件材料的切削加工性；也可以用刀具使用寿命来判断刀具几何参数是否合理。工件材料、刀具材料的性能对刀具使用寿命影响最大。在切削用 量中，影响刀具使用寿命最主要的因素是切削速度，其次是进给量、切削深度。此外，刀具几何参数对刀具使用寿命也有重要影响。
二、切削用量对刀具使用寿命的影响
1.切削速度与刀具使用寿命的关系
切削速度与刀具使用寿命的关系是用实验方法求得的。实验前先选定刀具后刀面的磨钝标准。为了节约材料，同时又要能反映刀具在正常工作情况下的磨损强度，按照IS0的规定：当主切削刃参加工作部分的中部磨损均匀时，磨钝标准取VB＝0.3mm；在磨损不均匀时，取VBmax＝0.6mm[106]。
选定好磨钝标准后，在固定其他切削条件的情况下，只改变切削速度（如取V=Vc1，Vc2，Vc3，Vc4，…等）作磨损试验，得出在各种速度下的刀具磨损曲线(图6—11)；再根强选定的磨钝标准VB求出在各切削速度下所对应的刀具使用寿命T1，T2，T3，T4，…等。然后在对数坐标纸上定出(T1，Vc1)；(T2，Vc2)；（T3，Vc3），(T4，Vc4)；…等点(图6—12)。在一定的切削速度范围内，这些点基本上分布在一条直线上。这条在双对数坐标图上的直线可用下列方程式表示：
lgVc=-mlgT+lgA
式中m＝tgφ，即该直线的斜率；A为当T=1s(或1min)时直线在纵坐标上的截距。m及A均可从图中实测。因此Vc—T(或T—Vc)关系可写成：
Vc＝A／Tm (6—4)①
或
(z＝1／m) (6—5)
这个关系式是20世纪初由美国工程师泰勒(F．W．Taylor)建立的，人们常称之为泰勒公式。式6—4表示了切削速度与刀具使用寿命之间的关系，它是选择切削速度的重要依据。指数m或z，表示切削速度对刀具使用寿命的影响程度。对于高速钢刀具，m= 0.1—0.125；对于硬质合金刀具，m＝0.1—0.4；对于陶瓷刀具，m＝0.2—0.4。m大或z小，表明切削速度对使用寿命的影响小，即刀具的切削性能较好。
m值只是近似地为常数。当切削速度变化范围较大时，m值是变动的。切削速度高时，m值有减小的趋势。
2．进给量、切削深度与刀具使用寿命的关系
按照求Vc—T关系式的方法，同样可以求得f—T和ap—T关系式：
f＝B／Tn (6—6)
ap＝C／Tp (6—7)
式中 B、C——系数；
n、p——指数。
综合式6—4、式6—6及式6—7、可以得到刀具使用寿命的三因素公式：
（6—8a）
或
（6—8b）
式中 CT，Cv—与工件材料、刀具材料和其他切削条件有关的系数；
指数xv＝m／p，yv=m/n。
对于不同的工件材料和刀具材料，在不同的切削条件下，式6—8中的系数和指数，可在资料[73]中查得。实际上，式6-8就是刀具使用寿命或一定刀具使用寿命下切削速度的预报方程。 例如，用硬质合金外圆车刀切削σb＝0.75GPa(75kgf／mm2)的碳素钢时，当f＞0.75mm／r，经验公式为：
由上式可知，切削速度对刀具使用寿命的影响最大，其次是进给量，切削深度影响最 小。所以在优选切削用量以提高生产率时，其选择先后顺序应为：首先尽量选用大的切削深度ap，然后根据加工条件和加工要求选取允许的最大进给量f，最后才在刀具使用寿命或机床功率所允许的情况下选取最大的切削速度Vc
三、T—Vc关系的驼峰性
式6—5所示了T—Vc关系的经验公式只在一定的切削速度范围内适用。如在很宽的切削速度范围内进行刀具使用寿命实验，则所得的T—Vc曲线往往不是单调的函数关系，而是形成驼峰形的曲线(图6—13)。在较低的速度范围内，当Vc提高时，T不但不减小，反而增大；到达某一速度时，T有最大值。速度继续提高，T才单调下降。对应曲线下降部分，就是泰勒公式有效的速度范围。同样，lm—Vc关系也具有驼峰性。
驼峰处的刀具使用寿命最高或切削路程最长，能否说明此处的切削速度是“最佳的切削速度”呢?不是。此处的切削速度偏低，金屑切除率也较低，在生产中往往没有实用价值。一般生产中常选用位于驼峰以右的切削速度。
四、刀具使用寿命的分布
下 面介绍的是在正常磨损条件下的刀具使用寿命分布。在工件、刀具和切削条件固定时，刀具使用寿命并不是常数。如果重复进行切削实验或加工，刀具使用寿命在一 定范围内按一定规律变动。因为工件、刀具材料的制造质量、微观组织、机械(力学)性能、几何参数、刃磨质量以及机床运动和其他工艺条件，都是随机变化的。 每一个因素的变化不可能不影响刀具使用寿命，故刀具使用寿命也是随机变量。数理统计研究表明，在一定切削条件下，刀具使用寿命的变化规律服从正态分布或对 数正态分布[146]。
正态分布的概率密度函数为
式中 μ——均值；
σ——标准差。
对数正态分布的概率密度函数为
（当T>0）
式中 μ——位置参数，
σ——尺度参数。
作者用P10硬质合金刀片车削38CrNi3MoVA调质钢，取ap＝1mm，f＝0.2mm/r，Vc＝150m/min，磨钝标准VB＝0．2mm。用60个切削刃，重复切削60次。统计在不同区间刀具使用寿命出现的频率，绘制出刀具使用寿命分布曲线(图6—14)。经检验，认为服从正态分布。μ＝15.284，σ＝1.34。
掌握刀具使用寿命分布，对生产有指导意义。在现代化加工中，对刀具使用寿命需进行科学管理，定时换刀，必须了解刀具使用寿命的分布情况。例如，在图6—14所用的切削条件下，要求P10刀具满足刀具使用寿命T≥12mm的概率为
这样的概率说明P10刀具能满足该工序加工要求。
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