高温合金铣削加工刀具磨损状态检测研究

发布时间：2020-07-09 23:44

【摘要】：镍基高温合金在高温环境中具有较好的稳定性和抗疲劳性,被广泛应用于航天发动机的耐热部件,如涡轮叶片和涡轮盘等。然而,作为一种典型的难加工材料,镍基高温合金在机械加工中通常产生较大的切削力和较高的切削温度,导致刀具磨损严重,且刀具的过度磨损和破损容易造成工件表面质量的恶化,影响产品加工质量与生产效率,甚至会毁坏机床,造成严重的经济损失。为避免刀具磨钝造成的不利影响,通常在固定的加工时间后更换刀具。然而,不同加工条件下刀具磨损速度差异较大,若刀具未达到磨钝标准而提前换刀,不仅使加工效率降低,还使刀具得不到充分利用。因此,在加工过程中对刀具磨损状态进行检测,在刀具达到磨钝标准前及时换刀很有必要。本文采用机器视觉技术进行刀具磨损检测,设计了铣刀磨损检测系统。该系统克服了传统刀具磨损检测方法的不足,具有非接触、效率高等优点,在保证加工质量的同时提高加工效率。基于建立的刀具磨损检测系统,进行镍基高温合金平面铣削实验,对检测系统进行验证,并研究了刀具磨损对已加工表面粗糙度的影响。本文的主要研究工作如下:1.对铣刀后刀面磨损检测关键技术进行了研究。根据铣刀的磨损特点,结合国内外刀具磨损检测研究现状,建立铣刀磨钝评判指标,即铣刀后刀面磨损最大宽度和铣刀副后刀面磨损面积。2.设计了铣刀后刀面磨损检测系统,实现对铣削加工中刀具磨损量的自动检测,主要包括图像的自动获取和图像的自动处理两部分。前者进行相机的自动对焦和拍照,将获取的图像按指定路径存盘;后者实现图像自动预处理、边缘检测、亚像素检测和刀具磨损特征值的提取。3.采用涂层硬质合金铣刀开展镍基高温合金铣削实验,将检测系统测得的结果与显微镜下检测的结果进行对比分析,验证刀具磨损检测系统的性能。结果表明:该磨损检测系统具有较好的检测精度,可用于铣刀刀具磨损量的在机检测。4.研究了刀具磨损量对已加工表面粗糙度的影响。研究发现:当后刀面磨损宽度在一定范围内时,刀具磨损对表面粗糙度和表面形貌的影响较小;当后刀面磨损宽度超出临界值时,将导致工件表面粗糙度值急剧增大,表面形貌出现凹坑。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG54;TG71
【图文】：

镍基高温合金

基高温合金具有较好的组织稳定性、较高的高温强度以及较好的抗氧化和抗腐蚀能力，逡逑被广泛的应用于航空航天船舶、化工等领域Ｗ。在航空涡轮发动机上，镍基高温合金主逡逑要应用在燃烧室、导向叶片、涡轮叶片和涡轮盘［７，８］，如图１．１所示，在航空火箭发动机逡逑上，主要应用在涡轮盘，此外还有发动机轴、燃烧室隔板、涡轮进气导管以及喷灌等。逡逑（ａ）涡轮盘逦（ｂ）发动机逡逑图１．１镍基高温合金的应用逡逑然而，镍基高温合金作为最难加工的材料之一，由于其具有材料硬质点多、导热性逡逑极差、高温强度高的特点［９，１Ｇ］，在铣削加工的过程中，极易产生较大的铣削力［ｎ】，较高逡逑的铣削温度导致铣刀发生严重磨损［１３］，进而导致铣刀寿命降低以及工件加工表面完逡逑整性难以得到保证。因此，减少铣刀磨损、延长铣刀寿命、提高工件表面加工质量、进逡逑一步提高生产效率，是目前亟待解决的一个问题。为了突破这些限制，众多学者针对提逡逑高铣削镍基高温合金铣削性能进行了大量研究，以进一步拓展镍基高温合金的应用，创逡逑２逡逑

副后刀面,立铣刀,刀具,后刀面

湘潭大学硕士学位论文的不断磨损，刀具强度不断被削弱。当磨损后的刀具所受切削力超过了刀具强度时会产生崩刃。刀具在大的崩刃后，失去切削能力，不能够继续使用。逡逑．２铣刀磨钝标准逡逑刀具磨损到一定程度就不能继续使用了，这个磨损限度称为刀具的磨钝标准。中，国际标准ＩＳＯ规定以１／２背吃刀量处后刀面上测量的磨损带宽度Ｆ５作标准，如图２．１所示。当刀具后刀面呈现规则磨损时，规定后刀面磨损平均值不超过０．３逦当刀具后刀面呈现不规则磨损时，规定后刀面的最大不超过０．６邋ｍｍ。逡逑｜逡逑

照片,光学系统,边界

提前拍好的照片的局部区域进行处理和分析，从而确定其模糊程度（弥根据几何学的光学原理可以找到弥散斑大小和镜头成像参数之间的关系，最佳成像位置。因而对于全数字式自动对焦方法来说，它不需要红外线光可以最大限度的使体积变小以及降低成本。因而本文选择全自动对焦方头上进行自动调节焦距。逡逑像预处理与边缘检测技术逡逑统的图像处理包括图像的裁剪、图像校正、图像去噪、图像分割、边界重题中，首先对原图像进行预处理（裁剪、去噪、对比度增强、阈值分割础上采用Ｃａｎｎｙ边缘检测算子进行粗定位，获取较粗糙的磨损边界，最变的亚像素边缘检测获得精确的磨损边界［５７］。逡逑图像裁剪、中值滤波逡逑实验过程中，相机所拍摄到的刀具的原始图像受外界很多因素的干扰

【参考文献】