基于振动分析的刀具磨损状态与切削参数之间相关关系的试验研究

摘要

在金属切削加工过程中，由于切削过程的多样性、复杂性及随机性，需要控制的参数较多，各种加工参数、刀具、材料及外部环境都不同程度地影响着加工工件表面质量，且这些影响不是孤立的,它们之间呈现出高度的非线性关系和动态不稳定性。近些年来，虽然国内外很多学者一直致力于刀具磨损及表面质量在线检测的研究,但机械加工表面质量的在线检测技术还未成熟，目前仍是国内外研究热点。本文基于金属切削加工过程中振动信号特征分析，通过二次正交旋转组合试验优化技术，就铣削过程中切削参数与刀具磨损状态对切削振动及加工表面质量的相关关系进行了研究分析，构建了相关模型，并对它们之间影响规律进行了探讨分析，以期为刀具磨损识别及表面质量控制进一步研究提供一定的理论和试验基础条件。结合研究目标，论文主要开展了以下研究工作：
　　1.基于DASP虚拟综合测试仪器，以DM4600立式镗铣加工中心为为依托搭建了铣削振动信号的采集与分析试验平台；构建以光切显微镜为主要检测手段，与铣削振动信号的采集相对应的试件加工表面粗糙度进行测量的测试系统。
　　2.结合研究目标，对刀具磨损理论、切削振动理论、振动信号采集与分析、表面粗糙度等相关理论进行分析，确定试验参数变动范围；选择确定反映刀具状态的振动信号特征；利用试验优化技术进行二次正交旋转组合铣削试验方案的设计。
　　3.应用CoinvDASPV10工程版数据采集分析软件提取振动信号，并对振动信号的时域、频域特征进行研究分析，通过试验确定监测刀具磨损状态的有效振动信号特征指标。
　　4.通过响应曲面分析，建立刀具磨损识别回归方程；进一步分析振动信号特征指标的有效性；在基于振动信号特征、表面粗糙度对刀具磨损与切削参数之间相关关系进行分析的基础上，应用Design-Expert6.0.1软件对试验数据进行优化分析，得出试验最优切削参数组合。
　　论文通过对振动信号的采集、分析和刀具磨损识别等方面所进行的试验和研究表明，所建立的刀具磨损识别回归方程以及所确定的特征频段可作为监测刀具磨损的依据；通过分析刀具磨损和切削参数的变化对切削振动与表面粗糙度的影响规律以及对试验数据的优化，为进一步降低切削过程中的振动、提高表面质量奠定了理论和试验基础。

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第一章 绪 论

1.1研究目的和意义

1.2刀具磨损检测技术研究现状

1.3本文主要研究内容

1.4小结

第二章 刀具磨损与切削振动理论分析

2.1刀具的磨损

2.2表面粗糙度理论分析

2.3切削振动理论分析

2.4 小结

第三章 铣削振动测试试验设计

3.1铣削振动测试系统的建立

3.2试验方法研究

3.3小结

第四章 振动信号的特征提取与试验分析

4.1振动信号的采集与特征提取

4.2基于振动的刀具磨损与切削参数之间关系分析（1）主轴转速与铣削宽度对振动的影响

4.3切削要素与刀具磨损对表面粗糙度的影响

4.4试验优化分析

4.5小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2研究展望

参考文献

致谢

作者简介

石河子大学硕士研究生学位论文