车刀磨损在线检测技术的研究

一、前言随着生产自动化程度的提高,以及柔性制造系统的逐步推广应用,迫切需要解决的问题之一,就是刀具磨损在线检测技术。由于金属切削过程中离线测量刀具磨损办法已远远不能满足现代化生产的需要。为此国内外许多学者对刀具磨损在线检测技术的研究一直很重视,并取得了一定的成果。但由于切削过程的复杂性和刀具磨损的随机性,所以一些科研成果在生产上尚未获得广泛地应用。我们研制了一种特殊的光纤探头作为传感器,用来在线检测刀具径向磨损值。     

基于切削功率的数控车削批量加工刀具磨损在线监测

为了实现数控车削批量加工刀具磨损状态的在线监测,在分析切削功率与刀具磨损量关系的基础上,考虑加工参数对切削功率的影响,基于正交实验设计与响应面法,建立了切削功率与刀具磨损量及加工参数之间的回归模型。提出一种实时更新切削功率阈值的刀具磨损状态在线监测方法。该方法首先对功率信号进行滤波处理,结合数控系统判断机床的运行状态,然后实时计算切削功率阈值并与实际加工过程切削功率进行比较来监测刀具的磨损状况。通过实验案例自动在线监测数控车削过程中刀具磨损的情况,验证了该方法的有效性。     

智能轴承在钻削加工中的应用

在组合机床及自动化生产中,由于切削加工的自动化,要求对切削状态与刀具状态进行在线检测。介绍用于切削加工的刀具状态监控系统－智能轴承监控系统,该系统在大量实验的基础上,根据切削力与磨损之间的关系,制定了刀具状态监控策略,采用多级报警的方式,实现了民具不同状态的在线检测。     

PCBN刀具切削淬硬钢GCr15的磨损实验研究

以PCBN刀具切削淬硬轴承钢GCr15为实验对象，对干湿切削条件下的刀具磨损形式、磨损原因及刀具寿命进行了对比实验研究。实验结果表明：干湿切削磨损形式相似，但干切削时前刀面磨损面积较大；磨损机理主要为摩擦磨损、粘结剂磨损、扩散磨损和氧化磨损；湿切削比干切削的正常磨损时间稍长一些。     

刀具磨损识别方法的分析与研究

在对刀具磨损理论研究的基础上,提出了多种刀具磨损识别方法,为刀具磨损识别及切削过程在线监测提供理论依据。     

用振幅经检测刀具磨损状况

切削机床刀具磨损在线检测,由于测试及信号处理的难度,致使有信号的撮较难。本文通过对GA6140特征频段内的振动信号的振幅比值X／Z的试验与分析,得出监测刀具磨损的特征状况的特征函数,避免了其它方法的复杂伯数学建模工作,具该法直观性强;抗干扰能力强;可靠性高;可有效地检测刀具磨损状况,是实现刀具磨损在线监测的一种好方法。     

硬质合金刀具切削各向同性热解石墨磨损机理

针对各向同性热解石墨切削过程中刀具磨损过快的问题,采用硬质合金刀具进行了切削加工试验,研究了切削过程中硬质合金刀具的磨损形式、磨损过程以及刀具磨损对表面加工质量的影响。通过对试验结果的研究分析表明:硬质合金刀具磨损形式为后刀面磨损以及切削刃崩刃破损,刀具磨损机理为磨粒磨损。刀具的有效切削距离仅为250m左右,已加工表面分布着形状和深度大小不一的凹坑,表面加工质量差,硬质合金刀具作为各向同性热解石墨的切削刀具具有一定的局限性。     

用振幅比检测刀具磨损状况

切削机床刀具磨损在线检测,由于测试及信号处理的难度,致使有用信号的提取较难.本文通过对CA6140特征频段内的振动信号的振幅比值X/Z的试验与分析,得出监测刀具磨损的特征状况的特征函数,避免了其它方法的复杂的数学建模工作,且该法直观性强;抗干扰能力强;可靠性高;可有效地检测刀具磨损状况,是实现刀具磨损在线监测的一种好方法.     

硬质合金刀具车削γ-TiAl合金的失效研究

用YG8硬质合金刀具在不同切削参数下车削γ-Ti Al合金,通过观察刀具失效形貌和测定切削区域的元素成分,分析了切削参数对刀具失效的影响规律,并讨论了不同切削参数下刀具失效机理。结果表明:YG8硬质合金刀具车削γ-Ti Al合金主要有磨损和破损两种失效形式;刀具磨损均以粘结磨损为主,同时会有一定程度的扩散磨损和氧化磨损,氧化磨损和扩散磨损会随着切削参数的提高而加重,导致刀具寿命降低;切削参数过大会导致刀具在极短切削时间内发生破损,同时刀具磨损也会导致刀具在稳定切削一段时间后发生破损。     

铣削508Ⅲ钢硬质合金刀具敏感性分析

508Ⅲ钢材料应用于核岛AP1000蒸发器水室封头中,是一种高强度、高硬度和高断面收缩率的低碳合金钢。硬质合金刀具在切削508Ⅲ钢时,会产生较大的切削力以及切削振动,从而影响刀具使用寿命。本文进行硬质合金刀具铣削508Ⅲ钢试验,探究切削力以及切削振动信号对刀具磨损敏感性的变化趋势的影响,并运用互相关函数分析切削力以及切削振动信号对硬质合金刀具磨损形态的敏感程度。试验结果表明:切削力较切削振动相比,对刀具磨损形态的影响较大,并在切削速度为298m/min时,切削力、切削振动对刀具磨损形态互相关程度较高。为进一步研究通过切削力等信号检测刀具磨损状态提供试验及理论参考。     

数控机床刀具磨损与破损的声发射监测法

数控切削加工过程中刀具的磨损与破损是数控机床常见的故障之一,而刀具的磨损与破损程度直接影响零件的加工质量.所以对刀具状态的实时监测就显得十分关键,阐述了用声发射法对其进行在线监测的方法.     

涂层刀具磨损对工件表面质量的非线性影响关系

在高速硬态切削过程中,涂层刀具高速切削失效形态分为非正常磨损（破损）与正常磨损两种。刀具非正常磨损失效发生在低速切削时,而高速切削过程中的刀具失效形式倾向于后刀面磨损、边界磨损和切削刃斜面磨损等多种一常磨损彤式的组合。本文通过涂层刀具高速车削45#钢的试验,研究了刀具磨损对工件表面质量的影响。试验表明：提高切削速度,工件已加工表面质量并未随刀具磨损情况加剧而呈线性下降,刀具磨损对已加工表面质量负面影响作用的减轻,使表面质量在一定程度上得到了改善。     

数控机床切削过程刀具磨损与破损的振动监测法

数控切削加工过程中刀具的磨损与破损是数控机床常见的故障之一,而刀具的磨损与破损程度直接影响零件的加工质量.所以对刀具状态的实时监测就显得十分关键,本文阐述了从振动分析方面对其进行在线监测的方法.     

车刀磨损破损在线监控技术的研究

分析研究了用切削力信号监控车刀磨损与破损的可行性,提出了用切削合力方向系数法、动态切削力的自相关系数法和摩擦颤振能量法三种在线检测刀具磨损和用切削合力方向系数监控破损的新方法。提出了刀具磨损与破损的监控方案,并研制了刀具磨损与破损的监控系统。     

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。     

切削介质对微细铣刀磨损影响的试验研究

在微细铣削加工中,尚缺乏切削介质对刀具磨损影响的研究.在干切削、浇灌切削液、微量切削液和低温冷风介质下,对6061铝合金进行了微细铣削试验,研究了刀具的磨损形式和机理、不同切削介质对刀具磨损、切削力和表面粗糙度Ra的影响规律.同时,确定出能减小刀具磨损和切削力,提高加工质量的最佳切削介质.结果表明:四种切削介质下刀具磨损的形式不完全相同,粘结磨损与磨粒磨损是造成刀具磨损的主要机理;切削力和表面粗糙度Ra的变化趋势可以辅助判断刀具磨损情况;相比于其它切削介质,微量切削液介质下刀具磨损小,切削力低,工件表面质量好,是微细铣削6061铝合金的最佳切削介质.为深入研究微细铣削刀具磨损和实际加工中选择切削介质有一定的参考价值.     

涂层刀具切削马氏体不锈钢的磨损机理研究

采用Al Ti N涂层硬质合金刀具对1Cr11Ni2W2MoV以及2Cr13两种型号的不锈钢进行车削试验,利用激光共聚焦显微镜观察刀具的前、后刀面磨损形貌,对刀具的主要磨损机理及磨损形式进行分析。研究结果表明:1Cr11Ni2W2MoV的加工难度大于2Cr13;硬质合金刀具切削1Cr11Ni2W2MoV不锈钢时,刀具主要的磨损形式为月牙洼磨损以及边界磨损,失效形式主要为崩刃;切削2Cr13不锈钢时,刀具的主要磨损机理为粘结磨损。     

切削介质对微细铣刀磨损影响的试验研究

在微细铣削加工中,尚缺乏切削介质对刀具磨损影响的研究.在干切削、浇灌切削液、微量切削液和低温冷风介质下,对6061铝合金进行了微细铣削试验,研究了刀具的磨损形式和机理、不同切削介质对刀具磨损、切削力和表面粗糙度Ra的影响规律.同时,确定出能减小刀具磨损和切削力,提高加工质量的最佳切削介质.结果表明:四种切削介质下刀具磨损的形式不完全相同,粘结磨损与磨粒磨损是造成刀具磨损的主要机理;切削力和表面粗糙度Ra的变化趋势可以辅助判断刀具磨损情况;相比于其它切削介质,微量切削液介质下刀具磨损小,切削力低,工件表面质量好,是微细铣削6061铝合金的最佳切削介质.为深入研究微细铣削刀具磨损和实际加工中选择切削介质有一定的参考价值.     

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。     

硬质合金刀具切削Ti6Al4V的磨损机理及特征

为研究硬质合金刀具在不同切削速度下切削钛合金时,刀具材料中的合金成分对刀具磨损机理及特征的影响,采用YG8、YT15和YW2三种牌号的硬质合金刀具进行干切削Ti6Al4V试验。研究切削速度分别为48 m/min、71 m/min、100 m/min时,三种硬质合金刀具的磨损形貌与磨损机理,分析在低、中、高速切削时三种刀具的磨损机理对其磨损速度的影响。结果表明:低速切削时三种刀具均以黏结磨损为主;高速切削时YG8刀具仍以黏结磨损为主,YT15刀具在发生黏结磨损的同时会产生一定程度的扩散磨损和氧化磨损,YW2刀具的磨损中黏结磨损、扩散磨损和氧化磨损占据同样地位;高速切削时选用YW类刀具更为适合。