切削加工刀具磨损及其预测建模技术研究进展

刀具磨损不仅影响工件加工表面质量和加工精度,而且频繁地换刀还会降低加工效率、增加生产成本,通过研究刀具磨损机理,影响刀具磨损的因素以及刀具磨损预测模型建模技术,为降低刀具磨损提供技术支持。对切削加工过程中刀具磨损及其预测建模技术的研究进展进行了综述。首先,基于近年来刀具磨损机理研究进展,分别对几种主要刀具磨损机理的表现形式及特征进行了分析。其次,重点论述了切削加工过程中切削参数、刀具几何参数、刀具和工件材料特性及加工方法等因素对刀具磨损影响规律,总结分析了刀具磨损预测建模方法和形式。最后,结合制造业绿色节能的发展理念和高速发展的计算机技术,指出降低刀具磨损的加工方法和刀具磨损预测建模技术的未来发展方向。     

刀具磨损图象检测与分析

计算机辅助刀具磨损测量技术对加工过程自动化和最优化的研究具有重要意义。本文介绍了一种以微型计算机为中心，包括图象传感器和图象捕获器的刀具磨损直接测量系统，该系统成功地把视频图象数据采集与处理技术应用于刀具磨损量的测量。     

难加工材料刀具磨损检测技术研究与应用

利用刀具磨损检测技术,拍摄刀具后刀面磨损图像,以磨损图像为基础,分析刀具磨损状况、确定刀具磨损量,然后采用离散刀具磨损过程与有限元仿真相结合的方法实现长时间切削刀具磨损的仿真。对刀具磨损检测仪的原理、构成及检测过程等做了简要介绍,并对其在难加工材料切削参数优化、新刀具选用试切方面进行了初步应用。     

在车间环境下实现刀具耐用度模型参数的辨识

为了方便地进行刀具磨损检测,特别设计了一套便携式刀具磨损检测装置,可以方便地在不拆卸刀具的条件下实现铣刀后刀面磨损量VB的测量,很适合于车间环境实现刀具耐用度模型的辨识.本实验中进行刀具耐用度模型参数辨识的方法可以成为工厂中进行刀具磨损检测的一种实用方法.     

钛合金TB6刀具磨损铣削实验研究

使用硬质合金刀具对钛合金TB6进行正交铣削实验,对比分析不同切削参数下的刀具磨损情况,并用实验结果进行回归分析得到刀具磨损的回归公式。结果表明:刀具主要磨损在后刀面,其磨损大都呈现一条带状磨损带,在速度增大时大磨损带变长,刀具易发生脆性破损,且在刀具表面会出现钛合金粘连;对刀具耐用度的影响大小依次为切削速度、进给量、切削宽度和切削深度;刀具磨损回归方程具有良好的回归方差,能够很好的对刀具寿命进行预测。     

高速铣削SiC_p/Al复合材料PCD刀具磨损研究

通过3种不同几何结构的PCD刀具高速铣削65%体积分数的Si C_p/Al(Al/Si C/65p)复合材料的对比试验,建立了磨损曲线,并对PCD刀具的磨损形貌、磨损类型及原因进行了研究和分析。研究结果表明,刀片之间留有间隙能有效减少磨损,提高刀具使用寿命,小螺旋角的存在会加速磨损;PCD刀具主要磨损形式是机械磨损(磨粒磨损)。     

PCD刀具车削钛基复合材料刀具磨损研究

使用PCD刀具对钛基复合材料进行切削速度单因素车削试验,研究了PCD刀具的磨损形态和磨损机理.结果表明:在15 ～ 60m/min范围内,随着切削速度的增大,切削力从473N逐渐减小到367N,切削温度从274℃逐渐升高到564℃;刀具切削路程随着切削速度的增大从390m先增大到702m然后减小至467m,在切削速度为45m/min时达到最大值;PCD刀具前刀面并未出现典型的月牙洼磨损,而是前后刀面同时磨损,后刀面均呈典型的带状磨损带,且前后刀面均有犁沟出现和钛合金粘结;刀具磨损的主要原因是磨粒磨损和粘结磨损,随着切削速度的增大,磨粒磨损减弱,粘结磨损增强.     

碳/环氧复合材料钻孔刀具磨损机理研究

对高速钻削碳／环氧复合材料的刀具磨损特性、刀具磨损对钻削力的影响等进行了研究。结果表明：钻削彬环氧复合材料时，刀具磨损的原因主要是磨粒磨损（或质点磨损），随着刀具磨损的加剧，轴向力持续增加，扭矩的增加逐渐趋于平缓，因此控制刀具磨损是减小轴向力最有效的手段之一。     

人工神经网络与刀具磨损监测

介绍了人工神经网络的基本概念及在刀具磨损监测中的应用，例举了两种典型网络（ＢＰ网络、ＳＯＭ网络）的结构与学习算法。研究表明，应用前馈神经网络构造的刀具磨损状态二分类器、三分类器及磨损估计网络，检验效果很好。文中提出的ＳＯＭ网络在磨损估计方面具有学习快、精度高的优点，有实际应用价值。     

虚拟制造系统中刀具磨损预测技术分析

虚拟制造系统中刀具磨损仿真作为物理仿真的一个模块,对加工精度和表面粗糙度等仿真模块都有影响,是影响虚拟制造系统发展的关键技术。本文综述了虚拟制造系统中刀具磨损技术的发展过程,列举出几种典型的刀具磨损计算方法,对比分析了各种方法的优缺点,提出以二维值来描述刀具磨损乃至刀具磨损的三维仿真将成为虚拟制造系统中刀具磨损预测技术新的发展方向。     

整体叶盘盘铣加工切削力及刀具磨损实验研究

本文对整体叶盘开槽粗加工时从切削速度、进给量、径向切深等切削参数对切削力的影响进行研究。选用正交实验的方法进行盘铣切削实验,得到切削参数对切削力的影响变化规律,并对刀具在切削过程中的磨损进行分析,进一步验证优化的切削参数,为整体叶盘的盘铣加工参数的合理制定与加工工艺的优化提供参考。     

Tool wear during high speed turning in situ TiCp/TiBw hybrid reinforced Ti-6Al-4V matrix composite

Chipping, adhesive wear, abrasive wear and crater wear are prevalent for both the polycrystalline diamond(PCD) and the carbide tools during high speed turning of TiC_p/TiB_w hybrid reinforced Ti-6Al-4V(TC4) matrix composite(TMCs). The combined effects of abrasive wear and diffusion wear caused the big crater on PCD and carbide tool rake face. Compared to the PCD, bigger size of crater was found on the carbide tool due to much higher cutting temperature and the violent chemical reaction between the Ti element in the workpiece and the WC in the tool.However, the marks of the abrasive wear looked much slighter or even could not be observed on the carbide tool especially when low levels of cutting parameters were used, which attributes to much lower hardness and smaller size of WC combined with more significant chemical degradation of carbide. When cutting TC4 using PCD tool, notch wear was the most significant wear pattern which was not found when cutting the TMCs. However, chipping, adhesive wear and crater wear were much milder when compared to the cutting of titanium matrix composite. Due to the absence of abrasive wear when cutting TC4, the generated titanium carbide on the PCD protected the tool from fast wear, which caused that the tool life for TC4 was 6–10 times longer than that for TMCs.     

PCD刀具车削不同颗粒含量SiCp/Al复合材料试验研究

碳化硅铝基复合材料具有优良的导热性、较高的比强度和比刚度,在航空航天领域具有广泛的应用前景。由于此复合材料中含有增强相,导致材料的切削加工性能变差。通过试验分析了不同颗粒体积分数(纳米级5%、微米级25%)SiCp/Al复合材料和切削参数(切削速度、背吃刀量、进给量)对刀具磨损和工件表面质量的影响,并对刀具磨损机理进行了研究。试验结果表明,车削微米级25%SiCp/Al材料时聚晶金刚石PCD(Polycrystalline Diamond)刀具磨损更严重,且工件表面质量更差。随着进给量和背吃刀量的增大,工件表面粗糙度值增大,刀片前刀面磨损严重;随着切削速度的增大,工件表面粗糙度值减小,刀片前刀面磨损量增大。选取本文切削参数进行SiCp/Al复合材料的切削加工时,发现刀具磨粒磨损、微崩刃是PCD刀具后刀面磨损的主要成因,且刀具前刀面也会产生积屑瘤。研究结果可为SiCp/Al复合材料PCD车削工艺的优化提供理论基础。     

TC4的铣削加工中铣削力和刀具磨损研究

通过TC4铣削加工时的铣削力试验,研究了干切削时和有氮气介质铣削时影响铣削力大小的几个因素,为提高金属去除率优化了切削参数。同时通过刀具磨损试验,对上述两种铣削方式,比较了在不同的切削速度下铣削时铣刀后刀面的磨损,证实了以氮气为切削介质能够大大地改善刀具的磨损状况和提高刀具的寿命。     

基于多参量状态信息融合的刀具磨损状态智能识别

鉴于刀具磨损监控在自动化生产中的重要性,建立了基于切削力和基于相对切削时间的两种磨损检测模型．切削力模型是利用回归算法和模糊分类技术建立的,通过检测切削力信号可在线识别刀具磨损状态．基于相对切削时间模型利用回归技术直接建立刀具磨损量与切削参数及时间的关系,可在较大的切削条件变化范围内实现对刀具磨损的识别．     

电火花铣削加工中工具电极损耗补偿策略研究

在电火花铣削加工中,由于工具电极作旋转运动,其损耗呈轴对称分布,使工具电极的补偿成为可能。本文对工具电极的损耗形状进行了研究,提出一种在线工具损耗补偿措施,从而避免了工具损耗形状的检测,极大地提高了生产效率和加工精度     

Tool Materials Rapid Selection Based on Initial Wear

Based on a large amount of literature about tool wear research, 873 tool wear curves are taken as samples, and statistical analysis is carried out to select the most suitable tool from all the tool materials suggested by the tool manufacturers. Statistical relationships between the initial wear and uniform wear periods are obtained. The results show that there is qualitative relationship between wear rate during initial wear period (WRIWP) and wear rate in uniform wear period (WRUWP) to certain extent. On this basis, a tool material rapid selection method based on the initial wear is put forward, and suitable tool materials for machining titanium alloy are selected. The experimental results indicate that this method is effective and useful. The new tool materials rapid selection can be used to select suitable cutting tool materials quickly before carrying out systematic machinability tests with the most suitable tool materials. The technology can be applied to doing the initial selection of cutting tool materials in either the machinability research or the workshop production.     

铣削过程多参数监测策略研究

 通过在时域和频域对端铣过程铣削力和铣削振动信号特征的分析,提取出对铣刀磨损和破损状态变化十分敏感的特征参量,在此基础上提出了由基于铣削力的“时段比值”监测策略和基于铣削振动的“硬件比较”监测策略组成的多参数监测策略。     

超高强度钢立铣工件温度分析及对加工表面质量的影响

以航空难加工材料300M钢为研究对象,基于立铣加工中的工件温度判断在铣削加工中是否出现了金相组织转变,进而分析不同工况下影响加工表面质量的因素。首先,将移动热源法应用于铣削加工中,计算考虑后刀面磨损的立铣加工工件温度,实验表明,计算值与实验值相比误差在10%以内。然后,分析了工件温度在时间上与空间上的分布,以及不同刀具磨损和加工参数条件下工件表面的温升规律,据此预测加工表面是否出现了组织转变,并结合金相组织观察进一步确认。最后,依据加工表面质量物理层面残余应力和显微硬度的检测数据,初步探讨了各因素对表面质量的影响。结果表明,在研究的加工参数范围内,并未达到金相组织转变温度,表面质量主要受铣削热力作用下的剪切面塑性凸出效应、后刀面挤光效应和热效应的影响。