刀具磨损监测技术及其在重型切削中的应用

在现代化切削加工系统中,刀具的磨损和破损会导致工件的报废甚至机床的损坏.刀具状态监测可以有效地改善磨损和破损给切削过程带来的不利影响,将刀具状态监测应用到重型切削水室封头过程中对于提高大型零件的加工效率及加工质量具有重要的意义.为了深入探讨刀具磨损监测技术及其在重型切削中的应用,以普通切削刀具磨损监测为研究对象,从信号...     

微细钻孔的模糊神经网络在线监测

建立了以压电钻削测力仪作为测量元件的微孔钻削力在线监测系统,构造了用于对微孔钻削力进行实时数据处理的4层模糊神经网络。网络经训练后用于实时获取隐含微细钻头磨损状态信息的钻削力值,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。     

自动化加工中车刀磨损实时监测的新方法

提出了一种新的车刀磨损实时监测方法，归一化无量纲参数－－径切两向分力二次比Ｐ随车刀后刀面磨损ＶＢ的增加而增大，但不随刀具材料／工件材料、刀具几何角度及切削用量的改变而变化，利用Ｐ的这种特性可实现自动化加工车刀磨损的实时监测。     

时序分析在可转位钻头磨损预测中的应用

在计算机对轴向力、径向力和扭矩进行采样并进行时序建模的基础上，提出了用钻头的轴向力的均值及其格林函数Ｇ１（ｔ）来监测刀具磨损的新见解．此信号效果显著，重复性好，因此有可能做为生产线上钻头磨损时监测信号．     

基于小波分析的钻头破损检测

采用小波分析技术对钻削过程中由于钻头破损导致的进给电机电流信号变化进行处理,运用了小波分析具有的自适应滤波特点,有效地提取了刀具破损信号特征,并与声发射信号融合,建立了方法简单、可靠度高的刀具破损检测系统,这种方法克服了单独使用电机电流法和声发射法的缺点。利用研制的系统在Makino Fanuc74-A20上进行了实测,测量结果表明利用所研制的系统检测φ1mm以上的钻头破损检出率达到了99％,完全能满足实际自动化加工系统的需求,从而证明小波分析的时－频特性能有效地显现出信号的局部变化,在融合声发射信号的条件下能大幅度减少刀具破损检测的误报率。     

基于机器视觉的加工刀具磨损监测方法

为了对加工过程中刀具的磨损状态进行监测,针对麻花钻的磨损形式,提出基于机器视觉的加工刀具磨损监测方法. 根据磨损刀具图像的灰度分布特点,提出基于积分图加速和Turky bi-weight核函数的非局部均值去噪方法;采用单、双阈值大津法获取磨损区域的灰度区间,实现对图像的自适应对比度增强;提出基于形态学重构方法的磨损区域局部极值点提取方法,有效完成对磨损区域的检测和边界提取. 该刀具磨损检测方法成功应用于麻花钻头磨损状态的监测过程,实验结果表明,相较于目前已有的机器视觉监测方法,所提出的方法具有更高的检测精度和效率,准确地提取磨损轮廓,从而有效实现对刀具磨损状态的监测和自动化监控加工过程,达到降低人工成本和产品不合格率的目的.     

磨料水射流钻头破岩过程的力学分析

研究发现钻孔孔底凸台是限制钻头钻进速度的关键因素,为了消除凸台,提高钻进速度,提出利用磨料水射流钻头破碎硬岩.对原三翼钻头和磨料水射流钻头破岩过程进行了受力分析得出原三翼钻头硬岩钻进时破岩方式为磨削,磨料水射流钻头破岩方式为切削.实验室硬岩钻进实验表明:缩小前导钻头刀片间距的改良型钻头钻进速度是原三翼钻头的1.57倍,扭矩比原三翼钻头增大了11.3%,且磨损加剧;磨料水射流钻头钻进速度是原三翼钻头的3.72倍,扭矩比原三翼钻头减小34.0%,未见明显磨损.理论分析和实验结果表明,磨料水射流钻头从根本上解决了硬岩钻进时速度慢,刀具磨损大的问题.     

振动钻削过程监控系统的研究

介绍了一种麻花低频复合振动钻削在线监控系统，该系统以刀具状态为主要监测对象，以切削力为监测参数，具有预报刀具破损、监测刀具磨损，并在异常状态下适时地控制切削过程等功能。     

时序分析在可转位钻头磨损预测中的应用

在计算机对轴向力，径向力和扭矩进行采样并进行时序建的基础上，提出了用钻头的轴向力的均值及其格林函数G1（t)来监测刀具磨损的新见解，此信号效果显著，重复性好，因此有可能做为生产线上钻头磨损的监测信号。     

数控机床液压换向滑阀磨损监测系统设计

文章以数控机床液压换向滑阀为研究对象,以传感器模块、DSP处理器模块、数据采集模块、数据处理模块、数据显示模块为硬件设计了数控机床液压换向滑阀磨损监测系统,并采用无线ZigBee通信实现数控机床液压换向滑阀磨损的监测.通过实验得出所设计系统的磨损监测误差与信号畸变度均小于基于云服务的磨损监测系统和基于SOA架构的磨损监测系统.该研究具有实际应用意义,可为数控机床液压领域的相关研究提供可靠参考.     

金刚石圆锯片切割石材过程研究

将金刚石圆锯片切割石材过程中的加工对象、加工刀具、加工工艺作为一个有机研究对象，提出金刚石对石材的切割作用主要为挤压、滑擦和压碎；金刚石颗粒的损耗过程可分为正常损耗和异常损耗；探讨了加工工艺对金刚石颗粒损耗的影响。     

CVD复合涂层刀具在天然大理石切削中的磨损特性

目的分析CVD复合涂层刀具在天然石材加工中的磨损特性,探讨涂层刀具在石材加工中参数选择的合理性．方法使用CVD复合涂层刀具对天然大理石进行了高速铣削试验,利用测力仪测量出不同加工参数下的切削力,分析不同参数对切削力的影响,利用扫描电子显微镜观察刀具磨损形貌,通过能谱分析刀具组成．结果CVD复合涂层刀具切削天然大理石过程中,切削力随切削深度和进给速度的增大而增大,随主轴转速的增大而减小,切削深度对切削力的影响程度最大．刀具磨损量随主轴转速的增大而减小,与切削深度和进给速度之间为非线性关系,进给速度高于2000mm／min时出现整体磨损,磨损量不随进给速度的增大而变化．结论CVD复合涂层刀具铣削天然大理石时的磨损机理是：涂层和刀具基体的机械损耗去除（剥落和崩刃）、高温下的氧化磨损和粘结磨损．由于工件和刀具表面存在摩擦产生热量,刀具涂层发生粘结磨损,在周期性冲击力作用下造成后刀面涂层和基体的机械损耗去除,裸露的刀具基体与空气中的氧发生氧化磨损,其中机械损耗去除磨损和粘结磨损伴随整个刀具磨损过程．     

PDC刀具切削花岗岩的过程研究

采用新型刀具ＰＤＣ（聚晶金刚石复合片）切削花岗岩，观察花岗岩的切削破碎过程和ＰＤＣ刀具的磨损过程、形貌及切削力的变化．研究结果表明：ＰＤＣ刀具切削花岗岩的过程即为岩石破碎的循环过程，当切削深度较小时，岩石的矿物特性对破碎过程的裂纹扩展起着主导作用；采用浸水切削方式，能有效地降低花岗岩切削过程的切削力；ＰＤＣ刀具的磨损机理主要是机械作用引起聚晶金刚石层微裂纹产生并扩展而导致的金刚石颗粒的微观解理破碎．研究结果为优化花岗岩的切削条件、合理设计切削花岗岩的ＰＤＣ刀具及合理使用低压水射须辅助切削技术提供了理论依据。     

基于最小表面磨损率的铁基高温合金车削加工研究

根据最小表面磨损率理论,使用涂层硬质合金刀具对铁基高温合金GH2132进行了干式车削试验。采用单因素法优选切削参数,建立了最小表面磨损率条件下切削力、切削温度及表面粗糙度与切削用量之间的关系,借助电子扫描显微镜(SEM)对试验中产生的加工现象和刀具磨损机理进行了阐述。试验结果表明:刀具在进给量f=0.1 mm/r,切削深度ap=0.1 mm,切削速度v=90 m/min条件下切削时,刀具磨损强度最低,消耗最少,切削路程最长,加工精度最高;刀具的磨损机理前期以涂层剥落为主,后期主要表现为疲劳引起的切削刃崩刃。     

模具钢Cr12MoV精密硬态切削过程刀具磨损

模具钢Cr12Mo V硬态切削过程中,工件材料的高硬度导致了刀具在切削过程中受到剧烈的热力耦合作用,刀具的磨损机制也明显不同于常规的切削过程.本研究以PCBN刀具精密硬态切削模具钢Cr12Mo V过程为对象,分析了刀具前刀面和后刀面的磨损规律,通过元素变化分析得到刀具不同位置的磨损机制;通过揭示不同切削速度和进给量下的刀具磨损规律为合理选择切削参数提供理论依据;研究揭示了切削合力和切削三分力受刀具磨损量的影响机制;通过建立磨损刀具的几何模型,采用有限元仿真软件Deform对不同刀具磨损量下的切削过程进行了仿真分析,得到了刀具磨损对切削温度场的影响机制.     

微铣削Ti6Al4V刀具磨损机理研究

采用直径1mm带涂层硬质合金微铣刀在Ti6Al4V材料表面展开微铣削刀具磨损试验,研究三个主要切削参数即主轴转速、每齿进给量、切削深度对切削力及刀具磨损量的影响;试验利用扫描电子显微镜与能谱仪观察刀具磨损形貌,分析其化学元素的变化,研究微铣削刀具的磨损机理。结果表明:每齿进给量与切削深度的增大造成切削力、刀具磨损量均变大,为了减小微铣刀磨损,延长使用寿命,可提升主轴转速,选用较小的每齿进给量及切削深度进行加工。微铣削Ti6Al4V刀具磨损主要发生在刀尖部位,并且多种磨损形式同时出现,粘结磨损是造成刀具磨损的主要原因,低速条件下微铣削刀具的损伤机理以磨粒磨损和粘结磨损为主,切削速度增大后发生粘结磨损的同时微铣刀刀尖处有一定程度的氧化磨损。     

实验研究喷嘴磨损规律的新方法

喷嘴属深长孔结构,传统方法难以得到喷嘴磨损随时间的变化关系。设计了拆分喷嘴,便于直观地观察喷嘴磨损情况。对总长35 mm的喷嘴进行磨损实验,得出喷嘴磨损随时间的变化关系,结果表明:喷嘴的磨损依次发生在收敛段与直线段过渡段、距直线段进口5～10 mm段、距直线段进口20～22 mm段;在上述3段中各选取1个典型断面进行分析,得到典型断面腔室直径随时间的变化关系,分析了各断面在不同时间磨损量不同的原因;分析了喷嘴磨损对切割能力的影响,结果表明:距直线段进口5～10 mm段磨损到一定程度后,磨料会发生严重的偏转,导致切割能力下降,喷嘴下游急速磨损,表明距直线段进口5～10 mm段为延长喷嘴使用寿命的关键部位。     

硬切削加工表面完整性及预测方法研究

硬切削取代磨削加工的关键是如何获得理想的加工表面完整性,以硬切削加工的表面粗糙度、白层、残余应力分布等表面完整性因素的形成机制、影响作用规律、预测方法和服役性能为对象,总结了PCBN刀具切削淬硬钢表面完整性的研究状况,提出了从零件使役性能角度来控制和优化硬切削加工表面完整性的研究思路,为硬切削加工表面完整性的控制及其疲劳磨损性能的提高,提供了理论和实用基础.     

基于小波分析的刀具磨损状态监测方法

为了实现车削过程刀具磨损状态的实时在线监测 ,使用离散二阶小波变换对切削过程声发射信号进行分解 ,以不同尺度下信号分量的均方根值组成的特征向量为样本 ,利用模糊模式识别技术实现对刀具磨损状态的在线识别 .实验表明 ,在选择适当的标准样本基础上 ,所提出的基于声发射信号小波分解的模糊模式识别方法能准确实现刀具磨损状态的正确识别 ,具有较高的可靠性和准确性 .     

滚切刀具的切削速度与切屑变形

从理论上阐明了滚切刀具切削时名义切削速度、相对切削速度和实际切削速度的定义与作用;推导了它们之间的相互关系式,并证明了实际切削速度较低的原因;论述了切屑变形中各种现象和理论;根据速度变化和散热条件,分析了刀具的磨损机理,得出了滚切刀具切削时以磨料磨损为主的结论.