高速铣削淬硬钢时基于切削力的刀具磨损监测研究

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1、摘要高速切削是一种广泛应用于航空航天、模具、汽车等工业的先进制造技术，它能显著提高生产率，改善加工质量，降低成本。但是，高速切削面临刀具磨损快，刀具寿命短的问题。因此，刀具磨损的监测是高速切削研究中的重要问题和难题。综合考虑高速切削的复杂性和各种传感器的优缺点，本论文采用基于切削力信号的刀具监测法。通过用涂层硬质合金铣刀进行高速铣削淬硬钢试验，研究了切削参数和切削力的关系，试验结果表明:在高速范围内，主切削力(切向分力)随切削速度的增大而减小，径向切深的增大使切削力成比例线性增大口同时，作者研究了高速铣削中刀具的磨损机理

2、，以及刀具磨损对切削力静态分量和动态分量的影响，并且对切削力信号进行时域和频域的处理和分析，最后提取了3个特征量:径向分力静态分量与切向分力静态分量的比值R，切向分力静态分量频谱的振幅增长率A，径向分力动态分量与切向分力动态分量功率谱的切削频率峰值之比P。根据前面研究，提出了基于切削力信号的多特征刀具磨损监测方法，并经试验证明了该方法的可行性和有效性。关键词:高速切削:切削力:刀具磨损:淬硬钢AbstractHighspeedmachining(HSM)isanadvancedmanufacturingtechnolog

3、ywidelyusedinaerospace.diesandmoulds.automobileindustries.HSMcanobviouslyincreaseproductivity,improvemachiningqualityanddecreaseproductioncost.However,HSMisfacingsomeproblemssuchasserioustoolwearandshorttoollife.Therefore,monitoringoftoolwearisanimportantanddiffi

4、cultprobleminresearchofHSM.ConsideringcomplexityofHSMandmeritsanddrawbacksofallkindsofsensors,thethesisemploysatoolmonitoringmethodbasingcuttingforcesignal.TherelationshipofcuttingparametersandcuttingforcesisinvestigatedinHSMhardenedsteelexperimentswithcoatedcarb

5、idemillingtools.Experimentresultsindicatethatinhighspeedsrange,maincuttingforce(tangentialforcecomponent)decreasesascuttingspeedincreases,andincrementofradialcuttingdepthcausesincrementofcuttingforceslinearly.Meanwhile,theauthorstudiedtoolwearmechanismandtheeffec

6、tsoftoolwearoncuttingforcestaticcomponentanddynamiccomponent,andprocessedandanalyzedcuttingforcesignalintimeandfrequencydomain,finallyextractedthreefeatures:R,theratioofradialforcestaticcomponentwithtangentialforcestaticcomponent.A,thegrowthrateofamplitudeinfrequ

7、encyspectrumoftangentialforcestaticcomponent.P,cuttingfrequencypeakratioofradialforcedynamiccomponentwithtangentialforcedynamiccomponentinpowerspectrum.Accordingtotheresearchedwork,amulti-featuretoolmonitoringmethodbasingcuttingforcesignalispresented,andtheexperi

8、menthasproveditsfeasibilityandeffectiveness.Keywords:Highspeedmachining(HSM);Cuttingforce;Toolwear;Hardenedsteelt奋华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所