用声发射信号在线监测切削刀具的磨损与破损

通过监测金属切削过程中的声发射信号，判别切削刀具刃部的磨损状况．监测逐渐增大的声发射信号幅值大小，测量刀具后刀面的磨损情况；检测阶跃式声发射信号的幅值，监测刀具的破损情况．并用微机处理实验数据产生刀具破损的信号．还对刀具破损时声发射信号阀值进行了研究．     

车削过程声发射数学模型的理论研究

分析了金属材料间摩擦和磨损声发射信号的产生机理,阐明了描述磨损程度与声发射信号的数学定量关系。方法在描述金属切削过程塑性功的基础上,以正交切削过程为例,论述了３个变形区的塑性功功率理论表达式,并将车削过程的声发射机理和塑性功率结合起来。     

切屑折断过程的声发射特性

对车削过程中的声发射特性进行了试验研究，结果表明：切削过程中产生突发型特性的剪切滑移，切屑折断、刀具破损的声发射信号各不相同；切屑形状与声发射信号特征有一定的对应关系。     

车刀破损声发射数学模型的理论研究

给出车刀在切削过程中破损的声发射源和声发射信号的时域数学模型。方法利用广义贞克定律,建立了车刀刀片裂纹扩展时的声发射能量模型,根据能量守恒原则,利用时频变换理论的帕会瓦定理推导出车刀破损的声发射信号时域数学模型。结果建立了车刀破损的声发射数学模型,阐明了车刀破损时的影响声发射信号特性的各种因素及其相互关系。     

钻头断裂声发射数学模型

从能量释放率理论出发，探讨了切削过程中钻头的受力分析和变形情况，给出了钻头裂纹扩展的推广Ｉｒｗｉｎ－Ｋｉｅｓ关系式。并由信号的时频特性，推出了钻头裂纹扩展或断裂声发射信号的数学模型，为深入研究钻头断裂的声发射监测方法提供了理论依据。     

从金属切削探讨规则剪切的机理

从金属切削过程入手，在改变切削参数的情况下，将金属切削模型演化成剪切模型。提出理想规则剪切模型与规则剪切的预荷方式，得出棒料规则剪切的本质。     

机械化学抛光中晶圆材料切削率和非均匀性有限元模型

提出了一个机械化学抛光中晶圆材料非均匀性的有限元模型.通过分析压力、摩擦力、抛光垫和承载膜的可压缩性对晶圆的应力分布的影响,研究了抛光过程中晶圆厚度的不均匀性.结果证明非均匀剪应力是晶圆厚度变化的一个主要原因.这个模型也建立了声发射信号的变化和晶圆厚度不均匀性的关系.通过对晶圆材料切削率的声发射信号监测,证明了实验结果和模型预测值的一致性.     

金属疲劳裂纹声发射特性分析及检测概率研究

声发射信号特征参数可以反映结构损伤过程,针对声发射技术对结构损伤的检测概率问题,以金属疲劳裂纹检测试验为基础,首先利用声发射特征参数的趋势分析和关联分析法,对采集到的声发射信号进行了处理与分析;其次,根据贝叶斯理论,计算了声发射对一定长度疲劳裂纹的检测概率,可为利用声发射技术进行金属疲劳损伤检测时的信号分析,以及完善航空结构裂纹检测概率曲线手册提供参考。     

用于磨削加工的声发射监测仪的研究

本文在研究切削声发射测量仪的基础上，研制了一种检测磨削加工砂轮与工件接触特性的声发射监测仪，它通过声发射信号的幅度变化准确地同磨削加工过程中砂轮与工件接触特性，实验表明，这种方法具有一定的对刀和测量精度，并上有较高的灵敏度。     

基于分形维数的刀具状态在线监测新方法

以分形几何理论为基础,对刀具不同磨损阶段声发射信号的分形特征进行了分析。提出了计算非完全分形体信号波形的关联维数时尺度范围的确定方法,分析了声发射信号在刀具磨缶过程中分形维数的变化特性。刀具磨损切削实验数据表明,声发射信号的分形维数受切削参数变化影响较小,分形维数反映了声发射信号的几何特征,其大小能较好地反映刀具的不同磨损状态。实验结果表明,该方法能正确地实时在线监测刀具的不同磨损状态。     

切削过程的自适应模糊控制

针对恒力切削过程自适应控制,设计了包括切削过程的闭环控制系统.对于具有高度非线性、随机干扰严重的复杂动态过程,采用在线调整参数的自适应模糊控制器,并应用虚拟加工过程建立模型和预报切削力.通过对切削力的检测获取切削过程的特征信息,用切削力比确定进给速度调整率,以切削力偏差和偏差变化率作为评价指标,实现恒力切削过程的自适应控制.仿真和切削试验表明,系统具有良好的切削力控制精度和稳定性,在提高金属切除率时有效地降低了刀具破损的发生.     

切削速度对硬态切削过程的影响分析

硬态切削具有良好的加工柔性、经济性和环保性,在对工件性能起关键作用的精加工中,已成为磨削加工的有力挑战者.通过对硬态切削过程中的切屑形态、切削力和切削温度的试验研究,得到了切削速度对上述各量的影响规律.结果表明,切削速度对切削温度和切削力的影响存在一个临界值,当工件硬度超过HRC50时,切削温度和切削力的变化规律与普通切削大不相同.     

混联压电式三维椭圆振动切削过程中颤振现象的研究

三维椭圆振动辅助切削是近年来发展起来的一种很有潜力的精密超精密加工方法;其特有的摩擦力逆转和间歇切削特性不仅能有效地减少切削力,提高加工性能,理论上可以达到抑制切削颤振的目的。但是,实验中三维椭圆振动辅助切削对于颤振抑制的问题缺少相关研究;另外在不同切削条件下其本身是否具有稳定切削、防止颤振发生的能力也不得而知。为了研究三维椭圆振动切削过程中颤振现象,通过实验分析了普通切削与三维椭圆振动辅助切削过程中的时域振动信号,证明了后者对于颤振抑制的有效性;并对混联压电式三维椭圆振动切削过程中不同切削参数下的加工状态进行了划分。通过快速傅里叶变换以及计算相应切削状态下的表面粗糙度值,验证了三维椭圆振动辅助切削过程中的颤振现象。为进一步完善三维椭圆振动辅助切削技术,通过抑制颤振发生提高其加工精度以及表面质量提供了基础。     

轴向振动钻孔工艺参数对切削力的影响

在对轴向振动钻削过程进行运动分析的基础上，对轴向振动钻孔切削力进行了系统研究，给出了瞬时切削力和平均切削力的理论表达式。通过实验，获得了切削力和工艺参数之间的关系。研究结果表明，进给量和振动振幅是影响切削力的主要因素，切削速度和振动频率对切削力的影响较小，而频转比对切削力的影响很大。     

车削颤振的稳定区搜索控制

提出了车削过程的稳定区搜索控制方法，该方法通过在线建立动态车削力的二阶时序模型，对车削颤振进行预报，并根据预报结果，自动调节主轴转速，搜索车削稳定区，保证车削过程在稳定区内工作，车削试验证明，该方法可用效地抑制车削颤振的发生。     

超声振动切削运动学与机理探讨

超声振动切削是一种新型的特种切削加工方法。在一定条件下,能有效地解决精密切削加工和难切削材料的切削加工问题。本文主要从超声振动切削的运动学入手,探讨了超声振动切削的切削机理。指出“分离”运动是超声振动切削加工的本质所在。发现了“切屑惯性效应”的存在对超声振动切削过程有一定的影响。理论分析表明,在超声振动切削中,切液削有一定作用,但不可能在极短的分离时间内浸入刀—屑界面。     

复杂结构件端铣加工过程仿真及表面误差预测

针对复杂结构件端铣加工变形问题,用理论与实验相结合的方法进行端铣加工过程仿真及误差预测.用实验方法对修正的端铣切削力理论模型进行验证,将理论计算与有限元方法相结合,采用加工过程离散与载荷等效的方法将瞬态切削载荷动态施加于工件的有限元模型上,应用热-力耦合分析方法,模拟复杂结构件的端铣加工过程,预测工件被加工表面变形误差.实验及仿真结果验证了所提出的仿真预测方法的可行性与有效性.     

基于LS-DYNA的金属切削加工有限元分析

采用有限元法对金属的切削加工过程进行了模拟,得出了工件内部应力、应变及温度的变化规律.模拟结果表明,切屑是切削层材料受到刀具前刀面的推挤,沿某一斜面发生剪切滑移形成的;切削进入稳定阶段后,材料的最大等效应力保持在某一值附近波动;钝圆半径的挤压导致成形表面产生残余应力;切削热主要集中在切屑上,切屑温度从切屑底层到外层逐渐递减.该方法弥补了实验方法冗繁的缺点,为金属切削原理的研究、切削加工工艺的设计提供了高效的方法和理论依据.     

基于SPH法的金属切削大变形数值模拟

采用光滑质点流体动力学法对金属切削过程中复杂的材料本构行为进行了数值模拟,进而分析了切削加工中的基本规律.模拟结果表明,切削过程是切削层材料受刀具的挤压而产生的以剪切滑移为主的塑性变形过程;堆积在刀尖处的材料屈服强度提高,接触应力增大,使得工件表面产生显微裂纹;切削过程中,切削力逐渐增大,最后保持在一定范围内平稳变动;形成切屑后,前刀面上的最大接触应力在距离切刃一定距离处上下变动,在该位置处刀具的磨损较为严重.     

Fe基涂层切削振动特性分析研究

切削振动会对涂层结合强度产生一定的影响,强烈地振动甚至会导致涂层的脱落。在不同主轴转速下,通过对Fe基涂层加工过程中的振动进行测量,并与基体材料45钢进行对比,分析了Fe基非晶涂层切削加工过程中的振动特性。结果表明:45钢在切削过程中的振动只包含自激振动;Fe基涂层切削过程中的振动包含自激振动和强迫振动,且主轴转速越高,切削力越大,涂层受迫力随之增大,Fe基涂层切削加工振动加速度幅值越大。