基于刀具磨损和切屑形成对切削Ti6Al4V的切削力特性研究

为了研究钛合金Ti6Al4V切削过程中的切削力特性,采用硬质合金涂层和无涂层刀具进行了外圆干车削试验,提取切削力信号,通过研究切削力的静动态特性,揭示了切削力与切削速度、刀具材料、刀具磨损以及切屑形成的关系.结果表明:钛合金切削过程中,切削力的静态分量中径向力Fp最大,直接导致刀具后刀面磨损;随着切削速度的变化,切削力的变化是由刀具磨损、材料本身的特性等多方面因素综合作用的结果,切削力动态分量分形维数可用于刀具状态监控;锯齿形切屑的产生与切削力的高频变化有直接的关系,锯齿生成频率可以作为切削力动态分量频率的一个表征,选取适当的切削参数可以降低由于锯齿屑产生引起的切削力振动.     

基于分形理论和神经网络的刀具磨损监测

提出了一种基于分形理论和神经网络的刀具磨损监测方法,从切削力动态分量中提取分形维数D、从切削力静态分量中提取切削力比R这两个特征量作为监测刀具磨损状态指标,并将这两个特征量及切削速度作为神经网络的输入.试验结果表明,该方法能有效识别刀具的磨损状态.     

高速铣削中切削力动态分量信号分形特征的研究

本文研究了高速铣削调质 45钢时切削力动态分量信号的分形特征 ,通过试验研究了不同刀具材料和不同切削速度对切削力动态分量信号分形维数的影响 ,并对这些影响进行了机理的分析。研究表明 :分形维数可以表征切削力动态分量的随机性和切削状态的平稳性     

基于LabVIEW的刀具磨损监测分形识别平台

将分形应用在刀具状态监测中,随着刀具磨损量的增加,刀具与工件之间的磨损加剧,振动信号的波形变化越来越不规则,信号的分形维数逐渐增大.盒维数和信息维数变化较小,但变化趋势明显;关联维数的变化相对较大,新刀的关联维数最小,报废刀的关联维数明显增大.识别结果表明,刀具在整个磨损历程中振动信号分形维数的变化规律,其大小能较好地反映刀具不同磨损状态,运用振动信号的分形维数可以有效实现刀具磨损状态的监测.     

基于加工表面盒维数的刀具磨损状态研究

在车削加工过程中,随着刀具磨损量的增加,在工件表面的纹理结构发生变化,依据工件纹理的变化能够间接判断刀具的磨损程度。将分形理论引入到基于图像的刀具状态监测领域,研究二维离散图像信号盒维数的具体实现算法以及盒维数与刀具磨损量之间的变化关系。实验表明:随着刀具磨损量的增加,盒维数具有缓慢上升的趋势,利用这一特征可有效实现刀具磨损状态的监测。     

硬质合金刀具车削钛合金时切削力分形特征研究

分别采用硬质合金涂层和非涂层刀具对钛合金Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si(TC11)进行了干车削试验,通过试验中所测实验数据计算了切削力的关联维数,对切削过程中切削力的分形特征进行了研究。结果表明:切削钛合金时,切削力分维数随着刀具磨损状态的改变呈现高—低—高的变化规律;表面粗糙度和切削力分维数随切削时间的延续具有相同的变化趋势。     

刀具磨损监测及破损模式的识别

对于金属切削过程中的刀具磨损,提出了基于隐马尔可夫模型的模式识别理论来识别刀具的不同磨损状态,从而预报刀具破损.该方法对切削过程中切削力信号的动态分量和刀柄振动信号进行快速傅里叶变换特征提取,然后利用自组织特征映射对提取的特征矢量进行预分类编码,把矢量编码作为观测序列引入到隐马尔可夫模型中进行机器学习,建立了3个不同磨损状态的隐马尔可夫模型,并利用最大概率进行模式识别.试验表明,该方法对车刀磨损过程进行识别和预报是有效的.     

刀具磨损监测与车削仿真研究

金属加工过程中,切削刀具的状态对于生产效率和表面加工质量有重要影响,因此刀具磨损监测具有重要意义。刀具磨损监测是柔性制造系统研究工程的一个重要课题。切削力信号作为加工过程中最稳定和最可靠的信号,和刀具磨损密切相关。从实验上分析切削力与刀具磨损的相关性,提出刀具切削力变化与磨损变化是一致的。基于有限元分析软件对车削加工进行仿真研究,模拟了切削力的大小分布,并将模拟结果与实验结果进行了比较分析,为实际工艺参数的选择提供了理论指导。     

长度分形维数在微铣刀磨损状态识别中的应用

针对微铣刀磨损状态在线检测提出了一种新的方法。首先,通过采集待测刀具的铣削振动信号,并采用长度分形维数法提取其特征参量,同时设定微铣刀不同的磨损状态作为参考样本;然后,采集不同样本的多段时域信号,并提取特征参量,进而根据区间估计法确定参考样本的聚类域;最后,将待测刀具的特征参量与参考样本的聚类域进行比较来判断刀具的磨损状态。基于自行研制的微型三轴立式机床,对上述方法进行了实验验证。首先,确定了微铣刀后刀面刀尖处的最大磨损深度分别为0,5,10,15,20和45μm以及主切削刃崩刃7种参考样本下的长度分形维数聚类域;然后,分别提取10把待测刀具的分形维数特征参量,并与7个参考样本的聚类域进行比较。实验结果表明,各个待测刀具的特征参量均落在其实际磨损状态所对应的聚类域内,故采用长度分形维数的方法检测刀具磨损状态切实可行。     

基于小波变换的刀具磨损状态检测

分析切削加工过程中刀具磨损的规律以及在不同的刀具磨损阶段切削力信号的奇异性指数 (即Lipschitz指数 )的变化规律。根据这一变化规律 ,提出自动化生产过程中刀具磨损状态的在线检测的方法。     

分形维数在高速钢和硬质合金刀具磨损中的应用

为了更好地研究现代刀具,将分形理论引入刀具磨损研究。从理论、实践上验证了高速钢刀具和硬质合金刀具后刀面磨损存在着分形结构,并通过实验计算出了刀具磨损的分形维数。     

基于分形理论的玻璃切削力和表面粗糙度研究

基于分形理论研究了玻璃切削时不同切削参数对切削力及其分形维数以及表面粗糙度的影响。试验结果表明:切削力分形维数与玻璃切削过程的四个阶段密切相关,如玻璃切削过程以某一阶段(如大块破碎)为主,则切削力分形维数越小,表面粗糙度越大;如切削过程包含多个阶段,则切削力分形维数越大,表面粗糙度越大。     

滚切刀具的切削过程

阐明了滚切刀具切削速度的不同定义、内在联系及作用,论述了切屑变形中各种现象和理论,分析了刀具磨损机理。     

PCBN刀具干湿切削淬硬钢对比试验研究

通过PCBN刀具干、湿切削淬硬轴承钢GCr15对比试验,对两种条件下的切削力随刀具磨损的变化、刀具寿命及被加工工件表面粗糙度进行了对比。试验表明:干切削状态下金属软化效应占主导地位,湿切削可获得更好的表面粗糙度,切削液在刀具磨损后期开始发挥作用。     

渐变强化刃刀具硬切削过程切屑流动和刀具磨损研究

刃口倒棱结构在提升切削刃强度的同时也进一步增大了切削过程中的热力载荷,进而影响着硬切削加工的切屑流动、刀具磨损和加工表面质量。利用高速摄影方法,对比分析了渐变强化刃和定值倒棱两种结构PCBN刀具的切屑流动特性,发现渐变强化刃结构具有协调切屑流动的作用,能有效地解决硬切削过程切屑积聚问题。结合硬切削试验,开展了渐变强化刃刀具磨损特性研究,结果表明：与定值倒棱刀具相对集中的磨损带不同,渐变强化刃刀具磨损区域则更为狭长,后刀面磨损带呈现为长三角形,具备了更为优异的刃口保持性和耐用度,当进入到刃形改变阶段,其磨损机制由磨粒磨损机制逐渐变化为磨粒、氧化和扩散等多种机制的混合形式。渐变强化刃结构刀具在改善切屑流动和提升刀具耐用度方面均体现出了明显的优势,具备了良好的推广应用前景。     

聚晶金刚石刀具切削各向同性热解石墨过程中的磨损机理

针对各向同性热解石墨切削过程中刀具磨损过快的问题,采用聚晶金刚石（PCD）刀具进行了切削加工试验。研究了切削过程中PCD刀具的磨损形式、磨损规律以及刀具磨损对表面加工质量的影响。试验结果表明：PCD刀具磨损主要发生在后刀面上,磨损形式为磨粒磨损和氧化磨损。磨损区域可以分为平行沟槽和严重磨损两种形貌。初始磨损阶段,磨损带长度急剧增大,并在切削1200m后进入正常磨损阶段。切削过程中还出现了石墨切屑在磨损区域的黏附堆积和刀具崩刃现象。切削初期,随着切削距离的增大,加工表面粗糙度值急剧增大,切削距离为600m时表面粗糙度达到最大值1.7μm。     

在刀-屑界面持续润滑刀具切削45钢的性能及润滑机理

为提高刀具润滑性能,尽量减少切削液的使用,制备出在刀屑界面持续润滑的新型刀具,能够将切削液通过微通道直接输送到刀屑接触界面内部。采用该新型刀具与普通刀具在干切削和浇注切削液条件下分别进行切削45钢试验,测量了切削三向力,对刀具前刀面磨损面进行SEM微观形貌分析及元素检测,分析了刀具的摩擦磨损特性及润滑机理。试验结果表明,与普通刀具在干切削和浇注切削液条件下相比,刀屑界面持续润滑刀具能够有效减少切削过程中的摩擦磨损,而切削液用量只有传统浇注式切削的1/120。分析前刀面的元素可知,切削液能够更加深入到离主切削刃更近的区域,并能持续供给,这是该刀具具有更好的减摩抗磨效果的主要原因。尽管新型刀具的黏结情况大大缓解,但刀具的磨损机理仍然以黏结磨损和氧化磨损为主。