高速铣刀刀齿振动摩擦行为差异性与损伤跨尺度特性研究
发布时间：2020-12-18 05:42
高速铣削过程中,断续冲击载荷作用下的铣刀磨损影响着刀具使用寿命和工件加工表面质量。此时,铣刀处于分布不均的应力场中,其内部能量不断变化,铣刀组件出现塑性或脆性断裂损伤,导致铣刀安全稳定性下降,制约着铣刀切削加工效率,这已成为铣刀高效、高精度和高可靠性加工中亟待解决的关键问题。针对铣刀刀齿磨损差异性过大所导致的铣刀超期服役和过早退役问题,进行铣刀刀齿后刀面振动摩擦行为差异性研究。提出铣刀刀齿磨损差异性解算与评判方法,研究高速铣刀组件损伤行为特征,提出高速铣刀损伤跨尺度关联控制方法。具体研究内容包括如下几个方面:通过分析高速铣刀刀齿切削接触角和刀具振动,获得铣刀后刀面与加工表面接触关系,得到铣刀切削运动轨迹和切削刃瞬时切削位置,建立振动条件下的铣刀后刀面与加工表面摩擦副模型。利用铣刀刀齿后刀面与加工表面的瞬时法矢量反映铣刀后刀面与加工表面摩擦副的动态接触关系,揭示铣刀后刀面摩擦过程动态变化特性。为进一步研究振动条件下的铣刀刀齿后刀面磨损差异性提供分析基础。在高速铣削实验中提取铣刀切削振动时域特征参数,识别铣刀各刀齿切削时段。高速铣刀切削振动行为分析结果表明,铣刀振动周期和刀齿切削周期均不一...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
汽车、航空航天等制造产品零部件的加工需求Fig.1-1Machiningrequirementsforpartsandcomponentsofautomobile,aerospace
导致铣刀各个刀齿的刀屑接触关系不一致，进而引起各个刀齿磨损位置及程度变化，改变了不同刀齿的磨损程度。图1-2 高速铣刀振动与摩擦磨损交互影响关系Fig. 1-2 Interactive relationship between vibration and friction and wear ofhigh speed milling cutter在离心力和切削力载荷交互作用下，铣刀振动频率包括与转速和切削力相关的断续切削主频、与刀具刚度相关的固有频率及其倍频。断续切削载荷作用下，铣刀振动振幅变化导致刀具与工件的冲击能量和接触应力波动，当接近固有频率时产生高频振动，导致铣刀磨损速率显著增长。铣刀磨损引起切削力增加，导致振动加剧，铣刀振动又引发磨损加剧，这种振动和磨损交互作用使铣刀由正常磨损阶段快速、过早的转入急剧磨损阶段。可见，高速铣刀动力学特性是影响铣刀摩擦磨损的重要前提，对深入研究铣刀刀齿磨损差异性具有指导意义。1.2.2 高速铣刀摩擦磨损特性高速铣削过程中，因交变载荷作用，铣刀各刀片的刃口、前刀面和后刀面应力分布随时间发生变化
同刀齿摩擦磨损的动态特性，分析铣刀受振动影响下的磨损状态以及对刀具使用寿命预测和监测存在偏差。图1-3 不同切削参数下的铣刀磨损破损Fig. 1-3 Wear and tear of milling cutter with different cutting parameters高速切削过程中刀具磨损是多因素综合作用的结果。在预测刀具磨损方面Jacob 等学者采用类神经网络分析方法建立了刀具磨损识别和检测模型，并用进给量和切削深度预测磨损量[21]。Alexander 和 Shum 等学者针对铝合金工件材料，研究了粘结磨损、磨粒磨损机理和分子扩散机理，并以切削速度和进给速度作为标定建立了刀具磨损预测模型[22, 23]。目前，在铣削刀具磨损方面的研究主要集中于单个刀齿在切削行程中的磨损情况[24]，采用振动测试的监测方法，给出了刀具磨损的在线监测方法[25, 26]。Budak 以抑制颤振为目标，研究稳定铣削的切削条件，避免颤振对加工质量、刀具磨损等性能的影响[27]。在研究振动对盗墓磨损方面
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝合金6061微尺度铣削的铣削力仿真与实验研究[J]. 蔡明,巩亚东,于宁,高奇. 东北大学学报(自然科学版). 2018(01)
[2]重型燃气轮机高温透平叶片热障涂层系统中的应力和裂纹问题研究进展[J]. 王铁军,范学领,孙永乐,苏罗川,宋岩,吕伯文. 固体力学学报. 2016(06)
[3]基于三阶龙格库塔法的铣削稳定性半解析法预测[J]. 李忠群,彭岳荣,夏磊,朱帆. 航空制造技术. 2016(Z2)
[4]基于主成分分析与C-支持向量机的刀具磨损状态监测[J]. 谢楠,马飞,段明雷,李爱平. 同济大学学报(自然科学版). 2016(03)
[5]高速铣刀安全性跨尺度设计方法[J]. 姜彬,张明慧,姚贵生,白锦轩. 机械工程学报. 2016(05)
[6]高速切削加工刀具材料的运用分析[J]. 王秀英. 装备制造技术. 2015(08)
[7]高速切削加工技术及其重要应用领域浅析[J]. 王晶晶,李新梅. 机床与液压. 2015(04)
[8]PCBN刀具切削GH706磨损特征研究[J]. 计伟,刘献礼,范梦超,尤海燕,李瀚洋. 摩擦学学报. 2015(01)
[9]隧道掘进机刀盘结构性能评价研究关键问题分析[J]. 刘建琴,刘蒙蒙,郭伟,王磊. 现代隧道技术. 2014(02)
[10]高速铣刀安全性设计理论与方法[J]. 姜彬,林爱琴,王松涛,张明慧. 哈尔滨理工大学学报. 2013(02)
博士论文
[1]高速面铣刀模态参数及其对切削性能影响研究[D]. 刘鲁宁.山东大学 2013
本文编号：2923464
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
汽车、航空航天等制造产品零部件的加工需求Fig.1-1Machiningrequirementsforpartsandcomponentsofautomobile,aerospace
导致铣刀各个刀齿的刀屑接触关系不一致，进而引起各个刀齿磨损位置及程度变化，改变了不同刀齿的磨损程度。图1-2 高速铣刀振动与摩擦磨损交互影响关系Fig. 1-2 Interactive relationship between vibration and friction and wear ofhigh speed milling cutter在离心力和切削力载荷交互作用下，铣刀振动频率包括与转速和切削力相关的断续切削主频、与刀具刚度相关的固有频率及其倍频。断续切削载荷作用下，铣刀振动振幅变化导致刀具与工件的冲击能量和接触应力波动，当接近固有频率时产生高频振动，导致铣刀磨损速率显著增长。铣刀磨损引起切削力增加，导致振动加剧，铣刀振动又引发磨损加剧，这种振动和磨损交互作用使铣刀由正常磨损阶段快速、过早的转入急剧磨损阶段。可见，高速铣刀动力学特性是影响铣刀摩擦磨损的重要前提，对深入研究铣刀刀齿磨损差异性具有指导意义。1.2.2 高速铣刀摩擦磨损特性高速铣削过程中，因交变载荷作用，铣刀各刀片的刃口、前刀面和后刀面应力分布随时间发生变化
同刀齿摩擦磨损的动态特性，分析铣刀受振动影响下的磨损状态以及对刀具使用寿命预测和监测存在偏差。图1-3 不同切削参数下的铣刀磨损破损Fig. 1-3 Wear and tear of milling cutter with different cutting parameters高速切削过程中刀具磨损是多因素综合作用的结果。在预测刀具磨损方面Jacob 等学者采用类神经网络分析方法建立了刀具磨损识别和检测模型，并用进给量和切削深度预测磨损量[21]。Alexander 和 Shum 等学者针对铝合金工件材料，研究了粘结磨损、磨粒磨损机理和分子扩散机理，并以切削速度和进给速度作为标定建立了刀具磨损预测模型[22, 23]。目前，在铣削刀具磨损方面的研究主要集中于单个刀齿在切削行程中的磨损情况[24]，采用振动测试的监测方法，给出了刀具磨损的在线监测方法[25, 26]。Budak 以抑制颤振为目标，研究稳定铣削的切削条件，避免颤振对加工质量、刀具磨损等性能的影响[27]。在研究振动对盗墓磨损方面
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝合金6061微尺度铣削的铣削力仿真与实验研究[J]. 蔡明,巩亚东,于宁,高奇. 东北大学学报(自然科学版). 2018(01)
[2]重型燃气轮机高温透平叶片热障涂层系统中的应力和裂纹问题研究进展[J]. 王铁军,范学领,孙永乐,苏罗川,宋岩,吕伯文. 固体力学学报. 2016(06)
[3]基于三阶龙格库塔法的铣削稳定性半解析法预测[J]. 李忠群,彭岳荣,夏磊,朱帆. 航空制造技术. 2016(Z2)
[4]基于主成分分析与C-支持向量机的刀具磨损状态监测[J]. 谢楠,马飞,段明雷,李爱平. 同济大学学报(自然科学版). 2016(03)
[5]高速铣刀安全性跨尺度设计方法[J]. 姜彬,张明慧,姚贵生,白锦轩. 机械工程学报. 2016(05)
[6]高速切削加工刀具材料的运用分析[J]. 王秀英. 装备制造技术. 2015(08)
[7]高速切削加工技术及其重要应用领域浅析[J]. 王晶晶,李新梅. 机床与液压. 2015(04)
[8]PCBN刀具切削GH706磨损特征研究[J]. 计伟,刘献礼,范梦超,尤海燕,李瀚洋. 摩擦学学报. 2015(01)
[9]隧道掘进机刀盘结构性能评价研究关键问题分析[J]. 刘建琴,刘蒙蒙,郭伟,王磊. 现代隧道技术. 2014(02)
[10]高速铣刀安全性设计理论与方法[J]. 姜彬,林爱琴,王松涛,张明慧. 哈尔滨理工大学学报. 2013(02)
博士论文
[1]高速面铣刀模态参数及其对切削性能影响研究[D]. 刘鲁宁.山东大学 2013
本文编号：2923464
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/2923464.html
