为了提高数控机床刀具磨损状态智能监测的可靠性,提出一种基于多传感器信息融合的刀具磨损状态智能监测方法及系统。利用多种传感器分别采集刀具加工过程中的机床变频器输入电流信号、工件三向振动信号和声信号,然后对采集到的信号进行时域、频域和时频域处理分析。系统自动识别提取出其中与刀具磨损程度相关性较高的敏感特征变量,并利用马氏距离法对敏感特征向量进行分析计算,确定刀具不同状态下的阈值,并据此判断刀具的磨损状态。最后基于上述原理利用QT开发平台研发一套完整的数控机床刀具磨损状态智能监测系统。试验结果表明,该系统能够实时准确地监测出刀具的磨损状态。

针对传统卷积神经网络刀具磨损程度识别方法网络模型体积大、结构复杂以及在线获取刀具磨损图像数据难的问题,提出一种将轻量卷积神经网络应用于刀具磨损程度识别的研究方法。将铣刀加工时产生的力信号与振动信号经格拉姆角场处理转化为图像数据集。再将图像数据分别输入到轻量级卷积神经网络MobilenetV2、MobilenetV3、ShuffleNet模型中进行对比分析。结果表明在初期磨损和正常磨损阶段使用MobilenetV2,在急剧磨损阶段使用MobilenetV3对刀具磨损识别效果能够达到最佳。与一般卷积神经网络进行对比表明,轻量化卷积神经网络对刀具磨损识别效果优于一般卷积神经网络。该方法解决了刀具图像数据在线获取困难的问题,增加了信息处理的容错性,能有效减少模型体积和计算量,便于植入嵌入式系统并集成到机床系统中。

为探究在干切削和水基微量润滑(WMQL)条件下刀具磨损对DD5铣削表面质量的影响规律,采用四刃PVD-TiAlN涂层硬质合金刀具以及超景深显微镜和扫描电镜等设备,以刀具副后刀面磨损宽度为主要评价指标,对硬质合金刀具副后刀面磨损形态、磨损机理进行分析和研究,并采用三维轮廓仪对零件表面粗糙度进行测量.研究结果表明,与干切削相比,采用水基微量润滑冷却技术,能够延长刀具寿命并改善材料的铣削加工性;硬质合金刀具的主要磨损机理为粘结磨损、磨粒磨损、氧化磨损和扩散磨损.

通过氟金云母车削实验,测试了刀具体积磨损量,分析了刀具磨损量与切削参数的关系。利用GA-BP算法预测,通过最小二乘法进行数值拟合。建立刀具磨损量关于切削速度,进给速度,切削深度的一元模型,以可决系数检验模型精度,结果表明一元模型具有较高可靠性。在此基础上提出多元模型,利用遗传算法对多元模型进行求解并进行了实验验证,验证结果表明多元模型较为精确。

高速铣削加工过程中走刀方式对刀具寿命和零件加工质量有较大影响,对于精密模具用淬硬钢的高速切削方式进行刀具磨损研究具有现实意义。研究摆线走刀方式在不同循环圆半径和轨迹间距下对高速硬铣削淬硬钢时的刀具磨损影响并与行切方式进行对比。设计双因素试验并进行实际加工,建立后刀面磨损量与切削长度及材料去除量的关系曲线;并通过方差及贡献率分析,获得走刀方式和轨迹间距对切削长度、材料去除量和材料去除率的影响程度。结果表明,相同条件下摆线加工的刀具磨损程度低于行切加工,适当增大循环圆半径、减小轨迹间距可控制摆线加工的刀具磨损、增大切削长度和材料去除量。

高速铣削技术被广泛应用于制造淬硬钢精密模具,将轴向切深进一步增大可带来效率的显著提高,但由于淬硬钢高硬度、高耐磨性的特点,也会引起刀具磨损加快等问题。以淬硬钢型腔模具为切削对象,设计型腔光滑连续切削环切路径,考虑两种较大轴向切深,开展深切高速铣削的刀具磨损研究。结果表明进一步增大轴向切深会引起刀具磨损加快,刀具寿命降低,而氧化磨损、粘结磨损等微观分析还表明进一步增大轴向切深后刀具载荷更大、刀具温度更高。

使用硬质合金数控车刀对二硅酸锂玻璃陶瓷进行车削实验，观测刀具磨损形貌。结果表明：刀尖和后刀面是磨损较严重的部分，刀具磨损形式主要是磨料磨损和黏结磨损。采用刀具磨损体积作为刀具磨损情况的评价指标，并建立车削过程刀具体积磨损的理论模型，结果表明刀具磨损体积与刀具和工件的材料属性及刀具角度有关；随车削长度增加，刀具实际磨损体积增加，将实验结果与根据模型计算所得的理论值进行对比，二者基本吻合。

颤振是金属切削加工过程中由于刀具和工件之间相互作用所产生的一种强烈的自激振动现象,会导致切削力幅值增加且发生剧烈波动,进而降低工件表面质量和刀具使用寿命.针对此问题,基于铣削过程稳定性预测分析方法建立多硬度拼接工件的动态铣削系统,对多硬度拼接模具铣削过程稳定性进行深入研究,实现了对拼接模具铣削加工过程颤振稳定域的仿真,进而研究了模态参数对稳定性叶瓣图形状的影响.最后通过时域分析、表面形貌和刀具磨损的研究,综合验证了稳定性预测曲线的精度.研究结果为多硬度拼接模具铣削加工提供理论基础,并设置合理的加工参数来实现金属最大切除率,为大型汽车覆盖件模具铣削加工提供理论依据及技术指导.

低温辅助切削已经展示了巨大加工优势,目前已经对其相关加工参数进行了分析。然而,冷却剂射流特性如压力和流量还没有得到充分的研究和优化。因此,文章主要研究这些参数对低温辅助切削加工钛合金Ti-6Al-4V过程中刀具磨损和表面完整性的影响。利用具有不同直径的喷嘴实现不同压力和流量的分类。提出一种新的喷嘴保持架,更换不同直径冷却液喷嘴时实现精确校准。测试实验用于验证液氮射流压力和流量对刀具寿命和表面完整性的影响。实验结果表明,冷却液流量和压力的增加会一定程度上延长刀具寿命;此外,在最大压力和最高流量下表面完整性也明显得到了改善。

针对W-Mo合金车削加工,通过切削对比试验,观察了不同材质刀具加工时的刀具磨损情况,结合零件加工表面质量及加工经济性,综合确定了车削W-Mo合金较佳的刀具及相应刀具参数的确定。