钻削加工状态在线检测方法研究

无人值守的加工过程需要在线地自动识别机器健康状态.对钻削过程中钻头的磨损情况的检测可及时诊断出钻头过度磨损时刻,提醒及时换刀,在保证加工质量的前提下,尽可能地利用钻头的有效加工能力.鉴于电流易于获取,代价较低的特点,通过闭环电流(霍尔元件)传感器检测主轴电机的电流,并同时安装力传感器作对照,首先基于小波包分解的方法进行滤波,然后再次分解后提取出各节点的能量特征,并按照识别磨损或豁口的要求定义了两种特征选择的方法,筛选出最佳识别特征.实验结果表明,本文所述方法可有效识别出过度磨损及刃口破损时刻,提醒及时换刀,保障了加工过程的正常进行.     

TC4钛合金钻削力试验研究和数学模型建立

针对TC4钛合金钻孔加工过程中的钻削轴向力和扭矩进行了试验研究,通过多次试验进行数据评估和统计学分析,得出加工过程中钻削力和扭矩数据及其不同条件下的变化规律.分析了钻头直径、主轴转速和进给速度对钻削力的影响规律,然后运用SPSS多元线性回归分析得出钻削力数学模型,并对其准确性和可靠性进行了评价.本研究结果对TC4钛合金及其他均质金属材料钻孔加工的钻削力分析具有较高的参考价值.     

整硬麻花钻横刃轴向前角对TC4钛合金钻削性能的影响研究

TC4钛合金在钻削加工过程中存在切削力大、切削温度高、刀具磨损严重以及寿命短等问题,属于典型的难加工材料。采用三款不同横刃轴向前角的整体硬质合金麻花钻对TC4钛合金进行钻削实验,分析不同轴向前角对切削力、切屑形态、刀具磨损与寿命的影响。结果表明：正轴向前角的钻头切削更锋利,切削阻力小;正轴向前角钻头的寿命高于0°轴向前角和负轴向前角钻头。在TC4钛合金的钻削加工中,横刃轴向前角取正值可以提升刀具寿命。     

采用BP神经网络预测碳纤维增强树脂基复合材料的钻削力

采用双锋角钻头对碳纤维复合材料进行钻削试验,基于反向传播算法的人工神经网络建立钻削轴向力与主轴转速、进给速度之间的非线性关系模型,对比分析三种不同第二主切削刃与第一主切削刃之比的双锋角钻头在试验加工参数下钻削轴向力变化规律。结果表明:与多元线性回归预测模型对比,在相同试验数据为基础的预测计算下,BP神经网络预测值相对误差明显减小,网络预测值误差均在3%之内,而多元线性回归模型最大误差值达到了12.46%,BP神经网络能建立更精准轴向力预测模型。从降低钻削轴向力的角度分析,应采用第二主切削刃与第一主切削刃之比为1的双锋角钻头进行钻削加工。     

硬质合金钻头绿色钻削镍基高温合金的试验研究

通过硬质合金钻头YG10在常规干钻削、气冷、低温二氧化碳(LCO₂)冷却三种绿色切削条件下钻削镍基高温合金GH4169,研究镍基高温合金的钻削性能和钻头磨损机理,旨在提高钻头加工寿命。通过分析不同切削条件下的钻头寿命、钻削力、钻削温度、钻头磨损形貌和加工表面粗糙度,结果表明,气冷与LCO₂冷却均能改善切削工况,降低钻削力和钻削温度,并延长钻头寿命。气冷切削和LCO₂冷却可使钻头寿命比常规干钻削分别延长33%和2.33倍。硬质合金钻头钻削镍基高温合金时对工况要求较高,不适宜工况的主要失效形式是崩刃甚至断刃,在工况适宜时的主要失效形式是黏结磨损。     

钨钢涂层钻头钻削QT700-10的钻削力及质量研究

QT700-10球墨铸铁具有良好的减振性和自润滑功能,抗压和抗拉能力强于灰铸铁,但是QT700-10的塑形和韧性比钢低很多,可加工性不高。为了研究QT700-10的钻削力和加工质量,设计正交试验,使用硬质合金钨钢涂层钻头钻削QT700-10工件。利用极差分析方法,对钻削合力及孔圆度误差进行影响因素评价。影响钻削合力的因素依次为每齿进给量>钻头直径>主轴转速;影响孔圆度误差的因素依次为每齿进给量>主轴转速>钻头直径。钻头的主要磨损形式是黏结磨损,10mm钻头的磨损宽度最大。综合考虑钻削合力、孔圆度误差和钻头磨损后,提出QT700-10的钻削加工关键参数组合为：钻头直径为8mm,主轴转速为3000r/min,每齿进给量为0.18mm/r。     

基于虚拟仪器的微孔钻削在线监测自动控制系统

为防止微孔钻削过程中钻头折断,开发了基于虚拟仪器的微孔钻削在线监测系统.该系统能够完成主轴电动机电流信号的采集、数据处理、存储显示以及报警退刀等操作.具有硬件结构简单、监测精度高、抗干扰能力强等优点.实验结果表明,应用该系统进行微孔钻削在线监测,可以有效避免微钻头的折断,提高钻头的利用率.     

电沉积金刚石钻头的结构优化设计与试验

在钻削高硬度材料时，钻头结构的合理选择关系到工件钻削的加工效率和成本。对钻削过程中的钻头磨损及寿命进行分析，并对不同结构的电沉积金刚石钻头使用有限元软件进行仿真分析及优化，以提高电沉积金刚石钻头在钻削SiC陶瓷材料时的钻削性能。从多个角度分析排屑对于提高电沉积金刚石钻头钻削高硬度陶瓷材料的可钻削性和钻头寿命的重要性，通过两种试验得出钻削扭矩、钻头磨损、工件表面质量与钻头结构的关系趋势，并据此设计出最佳电沉积金刚石钻头结构。     

可进行斜孔加工的FLEXO钻头

可进行斜孔加工的ＦＬＥＸＯ钻头最近日本市场上销售一种新型钻削工具，商品名为“ＦＩＥＸＯ钻头”。该钻头的钻夹部分带一种特殊的万能联轴节，可向任意角度转动。除了可进行直孔加工外，根据主轴的上下运动和工作台进给的变化，一次装卡不用换刀，即可进行倾斜孔的加工...     

基于伺服电机与PLC自动控制的深孔钻设计

深孔的长径比（L／D）越大,钻削时加工难度也越大。为了提高深孔加工精度和工作效率,需要从刀具、工艺和控制等多方面加以改进。文章提出了一种基于伺服电机检测钻头扭矩、用PLC对加工过程进行自动控制、用人机屏实现人机交互的深孔钻加工系统。调试结果表明：采用该系统既能提高钻削效率和加工精度又能延长钻头的寿命。     

基于小波包能量谱的HMM钻头磨损监测

从工程应用的角度论述了小波包分解原理及其能量谱监测理论，并将该理论应用于钻削力信号特征提取中，针对钻削过程特征矢量与钻头磨损之间具有较强的随机性和不确定性的特点，提出一种基于隐马尔可夫模型（HMM）的钻头磨损监测方法。实验结果表明，通过对钻削力信号进行多层小波包分解，提取各频段能量谱作为特征矢量可准确刻画工艺系统随钻头磨损的演化规律，利用HMM建立的各钻头磨损状态小波包能量谱的统计模型可有效跟踪钻头磨损的发展趋势，实现钻头磨损状态和寿命的监测。     

Tool wear monitoring in drilling using force signals

Utilization of force signals to achieve on-line drill wear monitoring is presented in this paper. A series of experiments were conducted to study the effects of tool wear as well as other cutting parameters on the cutting force signals and to establish the relationship between force signals and tool wear as well as other cutting parameters when drilling copper alloy. These experiments involve four independent variables; spindle rotational speed ranging from 600 to 2400 rev min⁻¹, feed rate ranging from 60 to 200 mm min⁻¹, drill diameter ranging from 5 to 10 mm, and average flank wear ranging from 0.1 to 0.9 mm. A statistical analysis provided good correlation between average thrust and drill flank wear. The relationship between cutting force signals and cutting parameters as well as tool wear is then established. The relationship can then be used for on-line drill flank wear monitoring. Feasibility studies show that the use of force signal for on-line drill flank wear monitoring is feasible.     

振动立钻及其工艺效果

介绍了振动立钻ＺＤ５１２５的基本原理及结构特点，测试了机床主轴系统固有频率和对应振型，从机床动态性能的角度分析了振动参数的合理选择范围，通过钻削实验证明振动立钻具有先进的工艺效果。     

基于粗糙集模糊控制的微孔钻削在线监测

提出了一种基于粗糙集模糊控制的微孔钻削在线监测的方法。克服了当模糊系统输入维数高时,系统模糊规则过多,计算过于复杂的缺点。在MATLAB环境下,应用构造好的模糊系统对主轴电机三相电流信号进行实时数据处理,获取隐含微细钻头磨损状态的信息值,对微孔钻削过程进行在线监测实验,结果表明,适当选择监测阈值,可以有效避免微细钻头的折断。     

基于电流信号钻头磨损状态预报系统

介绍了一个钻头磨损状态在线预报系统。通过监测主电机电流信号建立神经网络动态预报模型 ,对钻头后刀面磨损量分类建立在不同磨损类别下的神经网络模型 ,以神经网络模型估算的电流值作为模糊聚类中心 ,根据预报电流值对钻头磨损状态进行模糊分类 ,从而预报磨损状态。实验表明 ,此预报系统具有较高的成功率和可靠性     

TiSiC涂层钻头钻削CFRP/TC4钛合金叠层材料的研究

为解决碳纤维复合材料/钛合金叠层材料制孔刀具使用寿命短的问题,本文提出采用Ti Si C涂层来提高刀具耐用度,并研究了Ti Si C涂层钻头钻削碳纤维复合材料/钛合金叠层材料时的轴向力、刀具磨损和孔出口质量。结果表明,Ti Si C涂层刀具能减小钻削钛合金的轴向力,延长刀具寿命和改善孔出口质量,且制孔一致性良好,有利于提高钻孔质量和刀具寿命。     

Artificial neural network based tool condition monitoring in micro mechanical peck drilling using thrust force signals

Micro scale machining process monitoring is one of the key issues in highly precision manufacturing. Monitoring of machining operation not only reduces the need of expert operators but also reduces the chances of unexpected tool breakage which may damage the work piece. In the present study, the tool wear of the micro drill and thrust force have been studied during the peck drilling operation of AISI P20 tool steel workpiece. Variations of tool wear with drilled hole number at different cutting conditions were investigated. Similarly, the variations of thrust force during different steps of peck drilling were investigated with the increasing number of holes at different feed and cutting speed values. Artificial neural network (ANN) model was developed to fuse thrust force, cutting speed, spindle speed and feed parameters to predict the drilled hole number. It has been shown that the error of hole number prediction using a neural network model is less than that using a regression model. The prediction of drilled hole number for new test data using ANN model is also in good agreement to experimentally obtained drilled hole number.     

基于切削力信号的钻头磨损状态实时监测

研究了钻削过程中刀具在线磨损状态特征信号的提取方法。以轴向力和扭矩为监测信号,在普通钻床上建立起相应的实时信号数据采集系统,通过对信号进行幅域和频域分析,提取了特征信号随刀具磨损量增加的变化规律,为实现机械加工过程刀具状态的智能识别提供了依据。试验结果表明,该方法具有较好的抗干扰能力和较高的识别精度。     

浅孔钻钻削过程中的有限元动态仿真

基于Deform 3D有限元软件平台,采用数值仿真技术,建立了浅孔钻钻削加工45钢的有限元模型。动态模拟了浅孔钻钻削过程,获得了浅孔钻钻削加工过程中变形工件的等效应力和温度,分析预测了加工过程中硬质合金刀具所受的主切削力、径向力以及两刀片所受的扭矩及评估刀片的磨损情况。     

现代高性能钻头在压板零件上的应用

针对压板零件2-φ7孔的技术要求及前期加工中出现的疑难问题,结合现代高性能合金钻头的优势,对压板零件钻孔刀具进行了一系列的优化,取得一定的成效.通过刀具改进,解决了钻头的崩损问题,同时提升了本工序的加工效率,降低了刀具成本.