刀具磨损的机器视觉监测研究

为提高铣削加工时的刀具利用率、降低刀具成本,提出采用机器视觉技术在机监测铣刀磨损状态,及时更换刀具。建立刀具磨损监测系统,由电荷耦合器件(Charge coupled device,CCD)相机获取刀具磨损图像,通过图像预处理、阈值分割、基于Canny算子和亚像素的边缘检测方法建立刀具磨损边界,提取刀具磨损量。开展GH4169镍基高温合金铣削实验,将监测系统检测的磨损量与超景深显微镜的测量结果进行比对,结果表明:该系统具有较高的检测精度,可实现铣削加工时刀具磨损状态的在机监测。     

钛合金高速铣削刀具磨损机理和预测方法研究

钛合金的加工非常困难,刀具磨损严重。为了尽可能减小刀具磨损,在高速铣削状态下能预测刀具的耐用度,本文研究了在高速铣削钛合金时刀具磨损的机理,并提出了一种基于切削试验的刀具磨损预测方法,建立了粗、精加工两种状态下刀具磨损预测数学模型,研究了顺逆铣方式、刀尖圆弧半径对刀具磨损的影响。     

变参数铣削刀具磨损状态监测研究

针对切削力旧有时域特征易受切削参数变动影响而不适用于变参数铣削刀具磨损状态监测的缺陷,采用了一组新的无量纲切削力时域特征(归一化切削力指标NCF、变异系数Cv和峰值力比MFR)。并以难加工材料TC4钛合金变参数铣削实验来验证新特征在变参数铣削刀具磨损状态监测上的有效性,分别以新旧特征作为SVM分类器的输入,分析和比较结果表明本文提出的无量纲切削力时域特征对切削参数变化不敏感,而仅对刀具磨损状态变化敏感,因此能够实现变参数铣削刀具磨损状态监测。     

基于卷积神经网络的铣刀后刀面磨损状态预测方法研究

为了监测高温合金材料加工时的铣刀后刀面磨损状态,提出了基于卷积神经网络的刀具磨损状态预测方法,建立了基于机床主轴电流与功率信号实时监测的刀具磨损状态预测系统。通过建立与机床数控系统的通信,采集加工过程中的电流和功率信号,采用主成分分析法(PAC)对采集的参数进行特征提取,选择对刀具磨损值影响较大的主成分作为卷积神经网络的输入,实现对刀具磨损状态的准确预测。铣削实验结果表明,该方法具有较高的预测准确率。     

铣削覆膜砂用微型硬质合金铣刀磨损规律的研究

针对覆膜砂复杂铸型铣削加工过程中的刀具磨损问题,以刃口覆Ti Al N涂层的钨钴类硬质合金整体式微型平底铣刀铣削覆膜砂作为试验对象,使用光学影像测量仪观察并分析了刀具在各个磨损阶段的形貌特征及变化,确定了刀具最终的磨损状态。对刀具磨损处进行能谱分析发现,在磨损过程中出现了大量的涂层脱落。利用双对数线性方程对试验数据进行分析得到了铣削覆膜砂时微型硬质合金铣刀寿命与主轴转速之间的对数方程。     

TA15钛合金铣削试验及磨损分析

针对刀具磨损、切削力、粗糙度和铣削长度的关系,在切削液的条件下铣削TA15钛合金,研究硬质合金刀具整个加工过程中的刀具磨损、切削力、表面粗糙度和加工长度的关系,同时研究了刀具磨损对切削力和粗糙度的变化关系。结果表明:切削力随着铣削长度的增加而增加,涂层刀具的初期磨损阶段刀具磨损量及切削力上升缓慢;钛合金工件粗糙度随着铣削长度的增加先显著降低,再平稳上升,后显著上升;切削力随着刀具磨损增加而增加,粗糙度随刀具的磨损先显著降低,再逐渐增加。     

基于刀具磨损映射关系的微细铣削力理论建模与试验研究

微细铣削加工过程中,刀具直径小且磨损较快,刀具磨损对微细铣削力有着明显的非线性影响,同时刀具跳动又对刀具每齿的磨损表现出不同的影响效应,这些影响因素会导致加工过程的不稳定性和精度。然而,目前缺乏考虑具有刀具跳动和磨损效应的通用微细铣削力模型,研究了刀具跳动与刀具每齿磨损量之间的变化规律,提出了一种同时包括刀具跳动和刀具磨损效应的新型的微细铣削力模型。该模型中,根据刀具每齿磨损量与切削位置的几何关系,改进了瞬时切削厚度模型,基于不同切削刃所对应的受力情况,同时将刀具直径方向上磨损变化量与力模型系数相关联,从而来提高力模型的精确度。最后,通过不同铣削参数下的铣削试验,论证了所提出模型的准确性和有效性。利用所提出的模型,可以通过监测铣削力的大小来辨别刀具尺寸是否在可持续铣削的范围内,从而提高微铣削的加工精度和效率。     

铣削条件对高速铣削淬硬钢TiAlN涂层刀具磨损的影响

针对硬度分别为50 HRC和60 HRC的Cr12MoV淬硬钢材料,采用TiAlN涂层刀具进行了高速铣削试验,重点研究了铣削方式、刀具螺旋角以及润滑方式等铣削条件对刀具磨损的影响.结果表明:高速铣削淬硬钢时,导致刀具失效的典型形式是后刀面磨损;铣削方式、刀具螺旋角以及润滑方式对刀具磨损的影响是不同的;材料硬度50 HRC时,刀具螺旋角是刀具磨损的主要影响因素;材料硬度60 HRC时,润滑方式是刀具磨损的主要影响因素.     

基于主轴电流的铣削力间接监测方法

实时准确地监测铣削状态对于提高加工质量与加工效率具有重要意义,切削力作为重要的加工状态监测对象,因其监测设备昂贵且安装不便而受到限制,为此提出一种考虑刀具磨损的基于主轴电流的铣削力监测方法。首先基于切削微元理论建立了考虑后刀面磨损的铣削力模型,并通过铣削实验进行铣削力模型系数标定;然后对主轴电流与铣削力的关系进行理论建模分析,并基于田口实验设计得到了铣削过程中主轴电流与铣削力的二次回归模型,得到了考虑刀具磨损的主轴电流与切削参数关系模型;最后,通过测量不同切削参数下的刀具磨损实验,验证了基于主轴电流的间接监测铣削力方法的准确性,为实际切削加工过程状态监测提供了有效的理论指导。     

铣削加工中刀具磨损间接测量的研究

阐述了钛合金(TC4)的切削性能。通过TC4铣削加工时的刀具磨损试验,研究铣削钛合金时硬质合金刀具磨损情况。对TC4工件在不同的时间间隔内进行铣削试验,将每组试验加工后的刀具磨损情况在铝合金板加工形成一系列有刀具磨损信息的孔,利用三坐标测量机测量铝合金板上孔的信息。采用最小二乘方法处理测量的数据,从而得到刀具磨损的相关信息。     

A study of deformation of the machined workpiece and tool under different low cutting velocities with an elastic cutting tool

To understand the effects of cutting velocity, tool elastic deformation generated by high normal stresses during metal cutting processing and artificial tool flank wear on the cutting process, an iterative mathematical model for calculating the tool–workpiece contact problem was developed in this paper under the assumption of elastic cutting tools. In this model, the finite element method is used to simulate cutting of mild steel by the P20 cutting tool with constant artifical tool flank wear under the condition of three different cutting velocities. The results obtained in the simulation were found to match the experimental data reported by related studies. The simulation results also indicate that the thrust and the cutting forces are functions of cutting velocity. Besides, both the normal stress on the tool rake face and the residual stress of machined workpiece generally decrease with increase in cutting velocity. According to the findings in this study, though the residual stress of the machined workpiece decreases as the cutting velocity increases, its value is still higher than that in ordinary conditions due both to the influence of tool flank wear and tool elastic deformation. Also, the phenomenon of curvature at the workpiece end easily occurs.     

凸曲前刀面插齿刀插削温度与刀具磨损关系数值模拟

基于DEFORM - 3D软件对凸曲前刀面插齿刀插削过程进行仿真,分析插削温度对刀具磨损影响情况.结果表明,在插削刃附近温度梯度很大,温度高,相应刀具磨损量大;刀具前后刀面距插削刃相等地方的温度趋于一致;后刀面温度梯度大,相应刀具磨损量较大,即后刀面磨损较为前刀面严重;在与切屑分离的地方,温度梯度最小,虽有温度变化,但...     

Tool wear and its effect on surface roughness in diamond cutting of glass soda-lime

For the technology of diamond cutting of optical glass, the high tool wear rate is a main reason for hindering the practical application of this technology. Many researches on diamond tool wear in glass cutting rest on wear phenomenon describing simply without analyzing the genesis of wear phenomenon and interpreting the formation process of tool wear in mechanics. For in depth understanding of the tool wear and its effect on surface roughness in diamond cutting of glass, experiments of diamond turning with cutting distance increasing gradually are carried out on soda-lime glass. The wear morphology of rake face and flank face, the corresponding surface features of workpiece and the surface roughness, and the material compositions of flank wear area are detected. Experimental results indicate that the flank wear is predominant in diamond cutting glass and the flank wear land is characterized by micro-grooves, some smooth crater on the rake face is also seen. The surface roughness begins to increase rapidly, when the cutting mode changes from ductile to brittle for the aggravation of tool wear with the cutting distance over 150 m. The main mechanisms of inducing tool wear in diamond cutting of glass are diffusion, mechanical friction, thermo-chemical action and abrasive wear. The proposed research makes analysis and research from wear mechanism on the tool wear and its effect on surface roughness in diamond cutting of glass, and provides theoretical basis for minimizing the tool wear in diamond cutting brittle materials, such as optical glass.     

切削铝基复合材料时的刀具磨损及影响因素

通过采用4种不同种类的刀具车削非连续增强的铝基复合材料（SiCw／2024、SiCp／2024），借助扫描电子显微镜（SEM）检测刀具磨损后的磨损形貌，用工具显微镜测量刀具后刀面的最大磨损值，分析不同切削工况下的刀具磨损。实验结果表明，磨损主要发生在刀具的后刀面，磨损机理为磨料磨损。前刀面上同时存在着磨料磨损和粘结磨损，但都不严重，没有形成月牙洼。刀具的磨损程度与刀具材料、切削用量、复合材料的增强相体积分数及尺寸等因素直接相关。     

Crater and flank wear resistance of cutting tools having micro textured surfaces

We have proposed cutting tools with various textured surfaces to increase cutting tool life. Our previous studies have developed cutting tools having periodical stripe-grooved surfaces on their rake face formed using femtosecond laser technology, which displayed high crater wear resistance in cutting of steel materials. In this study, the mechanism for suppressing the crater wear on the tool surface and the relationship between texture dimensions and wear resistance were investigated to provide a guideline for developing tools with textured surfaces. Furthermore, we newly introduced the textured surfaces into a flank face of cutting tools to improve flank wear resistance. Face milling experiments on steel materials exhibited that the newly developed tool having the textured flank face significantly reduced the flank wear. Moreover, the influences of texture dimensions and cutting conditions on the flank wear resistance were also discussed.     

陶瓷刀具材料切削加工G4335V高强钢时的耐磨性能研究

本文对Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣ陶瓷刀具材料切削加工Ｇ４３３５Ｖ高强钢时的切削性能和耐磨性进行了试验研究。结果表明：在低速切削条件下，Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣ陶瓷刀具和硬质合金刀具（ＹＴ１５）的抗后面磨损能力相差不大，而在高速切削条件下，前者的抗后面磨损能力远高于后者。Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣ陶瓷刀具前面的磨损形式主要为粘结磨损，后面的磨损形式主要为磨粒磨损。     

PCD刀具连续切削花岗岩的性能研究

用三种不同晶粒尺寸的自制PCD刀具,在三种切削速度下进行了花岗岩的湿式连续切削试验。对刀具前、后刀面的显微形貌特征进行了观测,分析了刀具失效机理,比较了不同晶粒尺寸及不同切削条件下刀具的切削寿命。对刀具后刀面磨损的测量结果表明,在三种切削速度下,粗颗粒PCD刀具显示出更长的刀具寿命;随着切削速度的增加,三种刀具的寿命都有所下降。SEM二次电子图像显示,PCD010和PCD005刀具的磨损机制为硬质点的机械磨损,而晶粒较粗的PCD030刀具的主要磨损机制为机械磨损,同时伴有穿晶磨损。     

PCD刀具切削颗粒增强铝基复合材料时刀具磨损研究

通过高颗粒含量铝基复合材料切削加工时PCD刀具的磨损试验,研究了切削该种材料时PCD刀具的磨损形态及磨损机理。刀具磨损区微观形貌的检测分析结果表明,PCD刀具的磨损形态主要表现为前刀面磨损和后刀面磨损,造成刀具磨损的主要原因是磨料磨损和粘结磨损。采用超声波振动切削技术可减小刀具磨损。     

激光超声复合切削硬质合金的刀具磨损及其对工件表面质量的影响

基于激光加热辅助切削和超声椭圆振动切削提出了激光超声复合切削加工工艺。采用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具对YG10硬质合金进行了常规切削,超声椭圆振动切削,激光加热辅助切削和激光超声复合切削对比试验。检测了刀具磨损量、刀具磨损形貌、工件表面粗糙度以及工件表面形貌,并通过扫描电镜(SEM)对刀具磨损区域进行了能谱分析,同时研究了激光超声复合切削硬质合金时PCBN刀具的磨损及其对工件表面质量的影响。最后,与常规切削、超声振动切削及激光加热辅助切削进行了对比试验。结果表明:激光超声复合切削时刀具使用寿命显著增加,加工后的工件表面粗糙度平均值分别降低了79%、60%和64%,且工件表面更加平整光滑。激光超声复合切削硬质合金时,PCBN刀具的前刀面磨损表现为平滑且均匀的月牙洼磨损,后刀面磨损表现为较窄的三角形磨损带和较浅的凹坑和划痕;刀具的失效机理主要为黏接磨损、氧化磨损和磨粒磨损的综合作用。     

涂层刀具前后刀面摩擦下界面应力分析

基于任意拉格朗日欧拉方法(ALE)建立金属正交切削加工的热力耦合的有限元模型,获得不同速度下切削稳定时涂层刀具前后刀面的接触应力、剪应力以及温度场。通过对涂层刀具施加已获得的刀具表面的应力场和温度场,分析了不同速度下摩擦分界点变化的规律以及对涂层基体界面应力的影响。结果表明,随着速度的增大,摩擦分界点逐渐有向前刀面移动的趋势,表明磨损的方式开始从后刀面磨损向前刀面月牙湾磨损转变,这与切削试验结果一致。同时随着速度的增大,涂层界面应力突变更加显著,表明高速条件下涂层更容易破坏,且速度越高,前刀面涂层破坏的几率越大。