基于声发射信号监测的高速准干切削试验研究

声发射信号可以及时地反映出高速切削加工过程中工件和刀具材料的内部缺陷变化和扩展情况.为了对其进行监测和分析,建立了一套基于虚拟仪器的信号采集系统,采集高速切削铝合金加工过程中的声发射信号.对采集到的声发射信号进行小波变换并重构后,发现铝合金切削过程中的声发射信号与切削速度密切相关.随着切削速度的增大,声发射也随着增大.     

多尺度卷积胶囊网络在刀具破损监测中的应用

刀具状态监测是实现加工过程智能化的关键技术之一,其状态直接影响到工件的表面质量和加工效率。在切削加工过程中刀具的细微崩刃不易察觉但却对工件表面质量影响较大,针对该问题提出了一种基于多尺度卷积胶囊网络的方法实现刀具破损状态监测。首先通过采集振动信号来表征刀具的状态,然后在模型中通过多尺度卷积层初步提取信号特征,随后将特征胶囊化输入胶囊层中进一步挖掘特征中的隐藏信息,最终通过分类层识别刀具在不同切削参数下是否发生细微崩刃。实验结果表明,该方法能够在噪声环境中准确识别不同切削参数下切削刃是否微崩,并且识别精度优于卷积神经网络（Convolutional neural network, CNN）和宽核卷积神经网络（Convolution neural network with wide first-layer kernels, WDCNN）。     

基于传感器增强的测力仪实验平台扩展方法

针对现有测力平台无法满足大尺寸特征实验、微细切削实验以及缺乏多信号融合等问题,提出了基于传感器增强的测力仪实验平台扩展方法。以Kistler 9257B压电测力仪为基础,对测力平台进行扩展。通过增加大尺寸测力板满足大尺寸特征的切削实验要求。同时增加加速度传感器,通过测量加工过程中工件的加速度,对切削力进行惯性力补偿,提高切削力的测量精度,并可用于微细切削实验。此外通过将声发射传感器监测加工过程中的声发射信号同切削力和振动信号融合,为加工过程中刀具状态的辨识提供依据。验证表明,经过扩展的测力平台可以达到预期的效果。     

数控加工状态声谱特征的研究

机械加工过程中会产生大量的声信号，鉴于声谱分析技术在工程中的成功应用，研究了凸轮曲面轮廓在数控加工中心上加工过程中的切削声信号，对其进行了时频分析。研究结果表明，数控机床的进给速度、切削用量、曲面形状和铣削方式等变化与其声信号存在对应关系，这些变化对声信号的幅值、频率分量产生了不同的影响。以幅值、频率分量作为监测量，可以很好地监测机械加工的状态，这为采用切削声音的方法在线监测加工状态、优化加工参数提供了另一种途径。     

基于声发射技术的微切削加工表面形貌监测

采用声发射技术对工件材料为A16061-T6的微切削表面轮廓进行了实时测量.采集监控微切削加工表面时产生的声发射均方根信号,并与表面轮廓仪测得的结果进行对比.研究表明,声发射均方根信号与微切削表面形貌很好的相对应,因此,声发射技术适于微切削表面形貌的监测.研究了切削用量(每齿进给量和主轴转速)与表面形貌之间的关系,微切削的每齿进给量对表面粗糙度影响较大.     

数控车床加工过程中的刀具声发射试验研究

利用SWAES声发射检测仪提取数控加工过程中金属切削声发射信号,对信号进行频谱分析,找出主要频段,并利用金属切削过程中的声发射模型及试验数据,对影响声发射信号的因素进行分析,指出进给速度和主轴转速对声发射信号影响较大.     

切削刃数量对工件切削力及温度影响的仿真研究

通过仿真软件对切削过程建模,并采用不同数量的切削刃对工件进行切削仿真计算,查看其切削数目对加工工件影响。通过仿真计算可以看出,不同数量的切削刃对刀具的温度和作用力有一定的影响:随着切削刃的增加主轴的受力更为平稳,但是其温升加剧;而采用少切削刃则能够获得较少的温升但是其受力波动较大。随着切削速度的提升,多切削刃的温度随着转速提升显著上升。     

基于DEFORM的铝合金切削力仿真与试验

基于DEFORM-3D分析铝合金6061的切削过程,并将仿真结果与试验结果相比较,结果表明:仿真结果与试验结果之间的误差较小,仿真结果较为准确地预测实际切削加工过程中的切削力大小;切削过程中背吃刀量、进给量、切削速度均会引起切削力的变化,但影响程度不同,背吃刀量最大,切削速度最小;最大应力分布在第一变形区及刀尖周围,且应力沿着刀尖及工件两侧逐渐减小;最大温度在距切削刃有一定距离的切屑上。     

PCBN刀具车削铸造高温合金的失效机理研究

对PCBN刀具车削铸造高温合金K423A进行了切削试验研究及有限元仿真研究,观察和分析了刀具的磨损/破损形态,并从应力场和温度场分布的角度对刀具的失效机理进行了深入分析。在四种不同的切削条件下,主切削刃的失效形式主要为刀具材料的剥落和粘结磨损;在切削速度60m/min时,PCBN刀具容易发生破损;随着切削速度的增加,副切削刃的磨损/破损带宽度减小。切削速度的提高引起切削温度的增加,使得工件材料的强度降低,同时刀具脆性降低而韧性增加,这是副后刀面破损减少的可能原因之一。采用修正的莫尔理论对有限元仿真结果中刀具复杂的应力状态进行分析,推断了刀具材料破坏的起始位置。     

基于LS-DYNA的单颗磨粒超高速磨削成屑动态研究

磨削过程是由砂轮表面成千上万个形状各异的磨粒共同参与的切削过程。考虑到材料的本构关系、切屑与工件的分离准则及切屑与磨粒间的接触和摩擦,利用非线性显式动力学分析软件LS-DYNA对单颗磨粒切削过程进行了数值仿真模拟,得到了工件内部应力的变化规律。结果表明:成屑过程是材料受到切削刃挤压产生剪切滑移的过程;在切削初始,切削力急剧增大,当切削达到稳定状态时,材料的最大等效应力在某一值附近波动;当切削速度增大时,材料的最大等效应力将增大。运用此方法可以直观地观察切削过程的变化,进而可对磨削工艺参数进行优化。     

微切削加工中切削力的理论与实验

微切削过程中的切削力严重影响刀具寿命及零件的加工精度,因此,深入研究微切削过程中的切削力变化规律及影响因素是确定合理的加工参数、加工工艺及提高加工系统性能的基础.本文在考虑刀具钝圆半径存在的条件下,采用轴对称原理建立了微切削力理论公式及微切削模型,实验研究了切削用量、刀具材料及工件材料对切削力的影响,验证了理论分析的正确性.研究结果表明:在切深ap为0.002～0.032 mm,进给量f为0.01～0.20 mm/r,切削速度v为20～120 m/min情况下,切削力Fz的变化范围为100～1030 N,Fy的变化范围为40～700 N;减小刀具钝圆半径会减小刀具后刀面与工件的接触长度,并且会减小切削刃以下部分金属的变形,有利于获得高质量的加工表面;控制切削速度对切削力的影响可以通过控制切削层厚度与刀具钝圆半径的比值来实现,控制切削力比值Fz/Fy则可以通过控制走刀量、切深与刀具钝圆半径的比值来实现.     

切削参数与刀具几何形状对Inconel 718加工残余应力的影响

对Inconel 718高速切削加工过程中合金加工表面的残余应力进行研究,为优化材料切削参数提供参考。由试验结果可知,最大切削速度、最小进给量、中等切削深度和使用珩磨切削刃可以确保减少加工表面的残余应力,相应的表面也没有划痕区和粘附的碎屑。     

基于ABAQUS的导电切削GCr15切削温度研究

为了研究GCr15钢在导电加热条件下的切削温度,利用ABAQUS软件对GCr15钢的导电加热切削过程进行有限元仿真,建立有限元模型,研究了加热电阻通以加热电流产生的焦耳热、工件在外力作用下的弹塑性变形产热以及刀—屑摩擦产热引起工件材料的温升变化;利用有限元仿真模型分别对刀具前角、切削速度及切削深度进行单因素试验,研究三者对切削温度的影响。结果表明:当刀具前角增加时,刀具前角与切削温度呈负相关;当切削速度和切削深度分别增加时,两者均与切削温度呈正相关。     

涂层刀具高速铣削淬硬钢的声发射信号特征

通过测量不同涂层铣刀高速铣削不同硬度淬硬钢材料时的声发射信号和切屑形态,得到了电压-时间声发射信号以及声发射信号RMS值与切削工艺参数之间的关系。研究结果表明：声发射信号与淬硬钢材料硬度、刀具涂层类型及工艺参数有关;声发射信号可用来评价淬硬钢材料硬度的变化,随着淬硬钢材料硬度的增大,采集的声发射信号电压值呈逐渐增大的趋势;TiAlN涂层产生的锯齿形切屑的剪切带长度最小,切屑易于折断,从而导致其产生过程中的声发射RMS值偏小;随着切削速度和每齿进给量的增大,TiSiN、TiAlN、AlCrN和CrSiN四种涂层铣刀的声发射信号均快速增大,而随着轴向和径向铣削深度的增大,4种涂层铣刀的声发射信号变化不明显;在同一种切削参数条件下,可根据淬硬钢切屑变形特征的变化来间接评价刀具涂层的切削性能;声发射信号波形图的峰值大小可较好地反映锯齿形切屑的生成状态,进而可用来监控淬硬钢加工过程切削稳定性。     

Inconel718合金高速切削加工的工艺参数优化

高温合金Inconel718（铬镍铁合金）的高速切削加工具有重要意义。对高速切削加工过程中Inconel718的可切削性进行试验研究,通过对切削力、切削温度、切屑形貌和材料声发射（AE）状态的观察,进行加工参数优化。试验中使用嵌入式碳化钨硬质合金（K20）刀具,在高速精密VDF车床干切削条件下进行Inconel718ff金的高速切削。结果表明,能够获得最佳加工质量的切削速度为45～55m／min。进给量为0．08mm／r,切削深度为0．5mm。     

高速切削温度动态变化规律的数值模拟

切削温度与刀具磨损、工件加工表面完整性及加工精度密切相关,其变化规律反映出高速切削过程本质的重要方面。本文应用数值模拟,对高速切削加工过程中切屑、工件和刀具三方面的温度随切削速度、进给量、切削深度的动态变化进行了研究,探讨了其变化规律,其结论有助于优化高速切削工艺及建立高速切削数据库。     

声发射监测切屑状态的可行性研究

金属切削过程中产生丰富的声发射。用声发射技术监测切屑状态是一个很有潜力的新方法。本文通过实验研究了车削时切屑状态和声发射信号间的相互关系,结果表明：1.声发射DC包络信号脉冲能准确反映断屑情况;2.声发射加权计数率波形和包络信号均值能反映切屑形状和异常切屑状态;3.不同类型切屑的形成过程具有不同的声发射信号波形。     

基于DEFORM 3D的钛合金高速车削有限元仿真

应用DEFORM 3D软件对钛合金高速车削进行仿真研究,分析了不同切削参数下切削力和切削温度的规律,研究发现背吃刀量和进给量对主切削力的影响较大,切削力与主切削力变化基本一致,切削速度对主切削力的影响不明显,但后者对切削温度具有显著影响;研究了工件和刀具温度场的变化规律以及工件所受应力和刀具的磨损情况,发现最高温度出现在切削刃邻近2mm区域内,且温度最高处刀具磨损程度最大,工件最大应力在第一变形区和工件接触区邻近。     

采用小波包能量熵的铣削振动状态分析方法研究

颤振是影响机床加工质量的重要原因之一。为实现切削颤振的实时在线识别与评价,采用加速度传感器,获取主轴振动信号,以小波包能量熵值为指标,对铣削加工的稳定状态及振动形式进行识别。通过多传感器对加工过程进行监测,确定加工的稳定性;对主轴振动信号进行频谱分析,了解不同加工状态下的信号频谱特点,分析其振动形式。对信号进行小波包分解,发现在不同的振动状态下,信号的能量分布有显著规律。试验表明,切削从稳定状态到不稳定状态,本质上是强迫振动和颤振的能量强度和分布发生了变化。能量熵描述能量分布的变化,是识别切削状态和振动状态变化的有效方法。     

纳米尺度单晶铜材料表面切削特性分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究单晶铜材料表面纳米切削特性。通过对单晶铜纳米切削过程进行分子动力学建模、计算与分析,研究了不同切削速度及切削厚度对单晶铜材料表面纳米切削过程中微观接触区域原子状态和切削力变化的影响规律。研究结果发现：在单晶铜表面纳米切削过程中,切削速度越高,切屑堆积体积越大,切屑里原子的排列越紧密,位错缺陷分布区域越大;在同种切削速度下,切削厚度越大,在刀具前方堆积的切屑体积越大,位错缺陷越多。不同切削速度及切削厚度下,切削力曲线均在切削初期呈上升趋势,达到稳定切削状态后围绕稳定值进行波动,但在切削初期,切削速度及切削厚度越大,切削力上升幅度越大;达到稳定切削状态后,切削速度、切削厚度越大,切削力越大。