[发明专利]难加工材料去除量和刀具磨损之间的匹配模型

说明书

技术领域

本发明涉及刀具磨损检测领域，具体涉及一种难加工材料去除量和刀具磨损之间的匹配模型。

背景技术

难加工材料的切削加工过程是难加工材料在刀具作用下产生塑性变形的过程，这其间伴随着剧烈的摩擦和磨损，使得难加工材料的切削加工具有切削力大、切削温度高、加工硬化倾向大、刀具磨损大等特点，这些特点不仅使得切削效率低，而且让刀具寿命短，一直是切削加工中的难题。

钛合金的低导热性、高化学活性引起高速切削过程中刀-屑接触区域温度高、工件材料与刀具亲和力强，刀具磨损严重，加工效率低，属于典型的难加工材料。针对这类典型难加工材料中刀具摩擦与磨损严重的问题，在论述高速切削刀-屑接触区摩擦特性研究现状的基础上，分析了刀具磨损机理、刀具切削性能、以及冷却润滑对刀具摩擦磨损行为的影响，总结了磨损建模等方面的研究进展。最后提出了对难加工材料高速切削具有指导作用的刀具摩擦磨损研究的新方向。

(1)难加工材料工程应用：

由于难加工材料具有高强重比(强度和重量比率)、耐高温、耐腐蚀、高硬度、高强度、高韧性和高耐磨性、导热性系数低、高温化学活性高、弹性模量小等优点，所以广泛用在航空、航天、舰船、核电、汽车和重工业领域。如航空难加工关键零件---航空发动机单晶涡轮叶片、整体叶轮、飞机起落架等。

(2)钛合金难加工的原因：

尽管难加工材料工程性能良好，但是其加工难度大、加工效率低、刀具磨损快、设备昂贵、加工成本高，这些成为难加工材料制造中的“瓶颈”问题。加工困难的原因有：1)材料导热性能差，大量切削热集中在切削刃处，使刀具极易磨损；2)由于活泼金属的含量高，在切削中极易产生粘结刀具的现象，易形成切削瘤而使表面粗糙度增高，刀具磨损加快；3)具有较小的弹性模量，比钢具有更大的反弹。材料去除的同时伴随着刀具磨损，探索其之间的映射关系对提高加工效率、降低生产成本有着重要意义。

由于钛合金具有导热系数低、弹性模量小和高温化学活性高等特点。因此在切削过程中，容易产生很高的切削温度，导致刀具磨损加快、表面质量难以控制。同时，由于钛合金的结构件特点，大量的材料需要从整块坯料中去除，进一步增加了加工困难。硬质合金因其优良的性能而广泛应用于钛合金材料的加工。然而，硬质合金刀具的磨损是个突出的问题。严重的刀具磨损不仅对加工效率和质量有较的影响，而且也关系到加工成本，随着刀具技术的发展和新型刀具材料的出现，金属切削技术也在不断提高，各种切削技术相继用于加工不锈钢、钛合金、淬硬钢等难加工材料。目前，难加工材料的切削效率还很低，如何有效提高难加工材料的切削效率，降低加工成本，是当前制造业亟待解决的问题之一。因此，研究钛合金加工用刀具的磨损，监测刀具磨损状态与钛合金加工程度，探究钛合金材料加工过程中刀具磨损与材料去除量之间的关系，更有效的进行钛合金的加工处理已成为钛合金加工研究领域值得关注的课题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种难加工材料去除量和刀具磨损之间的匹配模型。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

难加工材料去除量和刀具磨损之间的检测模型，包括机床主轴、铣刀、工件、夹具和工作台，铣刀安装在机床主轴的下端，工件通过夹具安装在工作上，还包括一检测刀具磨损的显微镜和一数据处理中心；

所述数据处理中心通过以下步骤进行数据处理：

S1、将Excel数据向MATLAB的导入与绘图仿真；

S2、通过MATLAB对离散数据进行多项式拟合，

其中，所述机床采用XH714型立式加工中心。

其中，还包括一3RAnytyVER1.00手持数字显微镜，用于刀具磨损的测量。测量时将显微镜竖直进行固定，靠近被观测物体时，显微镜和被测物体之间的物距不超过30厘米。

其中，3RAnytyVER1.00手持数字显微镜使用时当被观测物体贴着显微镜透明件时，转动滚轮会得到2个清晰图片的位置，长透明罩：放大倍数为30倍和200倍；短透明罩：放大倍数为80倍和150倍。

本发明具有以下有益效果：

本发明可分析在对难加工材料钛合金进行加工时，刀具磨损与材料去除量之间的关系，运用正交实验方法，对不同加工参数进行试验，测量刀具磨损程度，分析不同条件下刀具磨损程度与材料去除量之间的联系。结果显示刀具磨损程度和材料去除量之间成线性相关。主轴转速、进给量、切削深度、切削宽度等不同的参数对其有着不同的影响，该研究结果对于数控加工中工艺制定刀具的选择具有重要的指导意义。

附图说明