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1、n0Iogyand工藝與檢測刀具磨損過程中的切削力特征研究張家梁李蓓智龐靜珠(東華大學(xué)紡織裝備教育部工程研究中心，上海201620)摘要：在相同的工件材料、刀具材料、切削參數(shù)和不同的刀具磨損狀態(tài)下，‘從時(shí)域角度分析了刀具磨損狀態(tài)對(duì)三向穩(wěn)態(tài)切削力的影響，從頻域角度利用FFT分析、功率譜分析等工具研究刀具磨損狀態(tài)對(duì)動(dòng)態(tài)切削力的影響情況，并對(duì)影響的機(jī)理進(jìn)行討論。分析結(jié)果表明刀具磨損狀態(tài)迫使受動(dòng)態(tài)力的刀具彎曲振動(dòng)頻率幅值和局部頻率能量增大。關(guān)鍵詞：刀具磨損狀態(tài)切削力FFT分析功率譜分析StudyonCuttingForceCh
2、aracteristicsinToolWearProcessZHANGJialiang，LIBeizhi，PANGJingzhu(DonghuaUniversity，Shanghai201620，CHN)Abstract：Basedontheexperimentswiththesameworkpiece，sametoolmaterials，samecuttingparameters，toolwearcondition’Seffectsareanalyzedonthreedirectionsteadycuttingfor
3、ceintime-domainangleanddynamiccuttingforceusingFfTranalysisandpowerspectraanalysisin~equency-domainangle。andthemechanismsoftheseeffectsarealsodiscussedinthispaper．Theresultsindicatethattoolwearcon—ditioncompelthebendvibrationfrequencybreadthandlocal~equencyenerg
4、yofthetoolunderdynamiccuttingforcetoincrease．Keywords：ToolWearCondition；CuttingForce，IFfTrAnalysis；PowerSpectraAnalysis隨著加工過程自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，切削力己成態(tài)對(duì)切削力的影響。為適應(yīng)和控制切削過程的一個(gè)重要反饋參數(shù)。切削力實(shí)驗(yàn)選用CM6250普通機(jī)床，工件材料為45鋼，的變化直接決定著切削熱的產(chǎn)生、分布，并影響刀具的刀具為硬質(zhì)合金刀片(主偏角k，=75。，前角7。=12。，磨損狀況和使用壽命，進(jìn)而影
5、響工件被加工表面的加后角。=8。，刃傾角A：一5。)。測量系統(tǒng)由三維力測工精度和已加工表面質(zhì)量。另一方面，刀具的磨損量量儀、PCI一9118數(shù)據(jù)采集卡、電荷放大器、Pc機(jī)等構(gòu)不僅對(duì)切削力的大小有影響，而且是影響加工工件精成，如圖1所示。度和表面質(zhì)量的重要因素，嚴(yán)重的刀具磨損還會(huì)引起切削顫振，損壞制造系統(tǒng)等。國內(nèi)外對(duì)切削力影響因素的研究大多數(shù)都著眼于匝翊轉(zhuǎn)速、切削深度等參數(shù)的選擇，而刀具磨損對(duì)切削力影響的研究相對(duì)較少。因此，研究刀具磨損過程中的切圖1測量系統(tǒng)框架圖削力特征具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，能為刀具磨損狀態(tài)監(jiān)在切削試驗(yàn)過
6、程中保持切削參數(shù)固定不變(n=測提供一定的理論依據(jù)1-4]。800r／min，a=0．3mm，廠=0．056mm／r)，刀具狀態(tài)用．1實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)后刀面磨損量值來描述。通過實(shí)際的切削磨損來改變刀具的值，取四種不同狀態(tài)刀具VB=0．1，除了刀具本身的特性和機(jī)床狀態(tài)外，從理論上，刀0．2，0．3，0．4mm進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。三向力各采樣500000具磨損和工藝參數(shù)都對(duì)切削力產(chǎn)生影響。因此，有必個(gè)點(diǎn)，為了避免采樣信號(hào)發(fā)生混疊，采樣頻率的設(shè)定必要研討在工藝參數(shù)不變的情況下，同一刀具的磨損狀須滿足香農(nóng)采樣定理，采樣頻率設(shè)定為100000
7、Hz。上海市重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目(B602)資助工藝與檢測n010gyand態(tài)切削力進(jìn)行快速傅立葉變化(FFT)，得到其頻譜幅2實(shí)驗(yàn)分析圖如圖3一圖5所示。切削過程中的切削力包括兩部分：一是切削力的的頻譜分析圖穩(wěn)態(tài)分量，也就是切削力的平均值，它是切削變形所必-’_一’·．需的力；二是切削力的動(dòng)態(tài)分量，表現(xiàn)為圍繞切削力平趔均力的上下波動(dòng)。動(dòng)態(tài)分量則是由切削過程中的各種馨拯隨機(jī)振動(dòng)引起，這些激振源主要來自地基、機(jī)床、工件、刀具、夾具、切削形成以及測力儀本身。各種不同的自激頻率和激振頻率的振動(dòng)疊加后，不僅會(huì)引起刀尖的強(qiáng)迫振動(dòng)，而
8、且還會(huì)引起自激振動(dòng)，以刀尖上的力和位圖3在四種刀具狀態(tài)的頻譜分析圖移的變化形式表現(xiàn)出來，這就是切削力產(chǎn)生的原因。當(dāng)?shù)毒叱霈F(xiàn)磨損和破損時(shí)，刀具與工件的接觸面積增的頻譜分析圖大，摩擦力也增大，從而引起動(dòng)態(tài)切削力的變化。2．1切削力穩(wěn)態(tài)分量分析圖2顯示F和F的穩(wěn)態(tài)分量隨刀具磨損的變化情況，從中可以看出F和F的穩(wěn)態(tài)分量變化是一致的，開始都
