一种构建刀具二维磨损图进行安全切削区域优选的方法技术

一种构建刀具二维磨损图进行安全切削区域优选的方法，属于切削加工和刀具磨损领域。方法是：选用机床、刀具、工件材料和切削条件进行切削试验；记录刀具前刀面磨损形貌，利用中心表面复合设计选取并记录刀具磨损值VB；构建刀具前刀面磨损散点图，并拟和刀具磨损值VB和刀具磨损值与材料去除量比R

【技术实现步骤摘要】
一种构建刀具二维磨损图进行安全切削区域优选的方法


[0001]本专利技术属于切削加工和刀具磨损领域，具体涉及一种构建刀具二维磨损图进行安全切削区域优选的方法。

技术介绍

[0002]刀具作为机械加工过程中最基本的单元，其磨损程度严重影响加工效率和工件质量。尤其是近年来钛合金和高温合金等高性能材料被广泛运用航空航天、能源、生物医疗等领域。这些高性能材料虽然性能优异，但往往因为导热性差、强度硬度高、加工硬化严重和粘结性强等原因使刀具磨损严重。建立磨损图可以直观地表现刀具磨损与切削条件之间的关系，进行参数优选。磨损图是磨损数据简单易用的二维或三维表示，使用仔细筛选的参数作为二维或三维空间的坐标轴，呈现出特定材料在特定条件下产生的磨损现象，并且相互作用条件和磨损现象之间的关系对读者来说一目了然。目前国内外的研究人员展开的关于刀具二维磨损图的研究大多是固定切削深度建立关于切削速度和进给量的二维磨损图。但在钛合金和高温合金等高性能材料的加工中，与进给量或切削深度相比，刀具磨损对切削速度的提高最为敏感。所以在工业中，切削速度的上限受刀具快速磨损的限制，材料去除率通常是通过使用更高的进给速度和切削深度以及大量的切削液来实现的。传统的二维刀具磨损图只反映切削速度和进给量与刀具磨损趋势的映射关系，缺失了切削深度对刀具磨损影响的表现。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于为解决传统的二维刀具磨损图只反映切削速度和进给量与刀具磨损趋势的映射关系，缺失了切削深度对刀具磨损影响的表现问题，提供一种构建刀具二维磨损图进行安全切削区域优选的方法。
[0004]实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0005]一种构建刀具二维磨损图进行安全切削区域优选的方法，所述方法包括以下步骤：
[0006]步骤一：选用机床、刀具、工件材料和切削条件进行切削试验；
[0007]步骤二：记录刀具前刀面磨损形貌，利用中心表面复合设计选取并记录刀具磨损值VB；
[0008]步骤三：构建刀具前刀面磨损散点图，并拟和刀具磨损值VB和刀具磨损值与材料去除量比R
p
的二次多项式；
[0009]步骤四：构建刀具前刀面a
p-f二维磨损图对刀具磨损进行定性分析，构建刀具后刀面VB-a
p-f二维磨损图和刀具后刀面R
p-a
p-f二维磨损图对刀具磨损进行定量分析；
[0010]步骤五：取刀具后刀面VB-a
p-f二维磨损图、刀具后刀面R
p-a
p-f二维磨损图与刀具前刀面a
p-f二维磨损图安全切削区域的交集，得到优化的安全切削区域。
[0011]本专利技术相对于现有技术的有益效果是：
[0012]1.本专利技术的一种构建刀具二维磨损图进行安全切削区域优选的方法，相比于传统二维刀具磨损图只能对前刀面进行定性分析或者对后刀面进行定量分析，本专利技术通过结合前后刀面的二维的刀具磨损图可以实现对刀具前刀面形貌，后刀面刀具磨损值VB和刀具磨损值与材料去除量比R
p
综合分析，体现出三种切削参数对刀具磨损的影响；
[0013]2.本专利技术的一种构建刀具二维磨损图进行安全切削区域优选的方法，对工程人员来说，能够据此实现更加全面的参数优选，提高工作效率与工作质量；
[0014]3.本专利技术的一种构建刀具二维磨损图进行安全切削区域优选的方法，根据工程实际要求约束刀具磨损值VB和刀具磨损值与材料去除量比R
p
求交集，得到优化的切削参数，操作更加灵活。
附图说明
[0015]图1是本专利技术的一种构建刀具二维磨损图进行安全切削区域优选的方法流程图；
[0016]图2是刀具磨损值VB和刀具磨损值与材料去除量比R
p
数学模型的中心复合表面设计的矩阵数值图；
[0017]图3是刀具前刀面磨损散点图；
[0018]图4是刀具前刀面a
p-f二维磨损图；
[0019]图5是刀具后刀面VB-a
p-f二维磨损图，其中：(a)表示切削速度v
c
＝30mm/min的刀具后刀面VB-a
p-f二维磨损图；(b)表示切削速度v
c
＝60mm/min的刀具后刀面VB-a
p-f二维磨损图；(c)表示切削速度v
c
＝90mm/min的刀具后刀面VB-a
p-f二维磨损图；
[0020]图6是刀具后刀面R
p-a
p-f二维磨损图；其中：(a)表示切削速度v
c
＝30mm/min的刀具后刀面R
p-a
p-f二维磨损图；(b)表示切削速度v
c
＝60mm/min的刀具后刀面R
p-a
p-f二维磨损图；(c)表示切削速度v
c
＝90mm/min的刀具后刀面R
p-a
p-f二维磨损图；
[0021]图7是基于刀具前刀面a
p-f二维磨损图、刀具后刀面VB-a
p-f二维磨损图和刀具后刀面R
p-a
p-f二维磨损图优化的安全切削区域图，排布顺序是：左上图—右上图—下图。
具体实施方式
[0022]具体实施方式一：本实施方式披露了一种构建刀具二维磨损图进行安全切削区域优选的方法，所述方法包括以下步骤，如图1所示：
[0023]步骤一：选用机床、刀具、工件材料和切削条件进行切削试验；
[0024]步骤二：记录刀具前刀面磨损形貌，利用中心表面复合设计选取并记录刀具磨损值VB；
[0025]步骤三：构建刀具前刀面磨损散点图，并拟和刀具磨损值VB和刀具磨损值与材料去除量比R
p
的二次多项式；
[0026]步骤四：构建刀具前刀面a
p-f二维磨损图对刀具磨损进行定性分析，构建刀具后刀面VB-a
p-f二维磨损图和刀具后刀面R
p-a
p-f二维磨损图对刀具磨损进行定量分析；
[0027]步骤五：取刀具后刀面VB-a
p-f二维磨损图、刀具后刀面R
p-a
p-f二维磨损图与刀具前刀面a
p-f二维磨损图安全切削区域的交集，得到优化的安全切削区域。
[0028]具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，步骤一具体为：所述切削试验采用的切削参数范围为加工所选材料时常用的参数范围(即a
p
、v
c
和f)，
在所述参数范围内等分区间选取a
p
、v
c
和f；其中切削速度v
c
和切削深度a
p
取三个参数水平，进给量f取五个参数水平，进行45组试验，切削试验对应每组切削参数选用一个新刀尖进行切削试验；切削试验的切削时间为根据具体切削加工条件所拟定的时间。
[0029]具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种构建刀具二维磨损图进行安全切削区域优选的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一：选用机床、刀具、工件材料和切削条件进行切削试验；步骤二：记录刀具前刀面磨损形貌，利用中心表面复合设计选取并记录刀具磨损值VB；步骤三：构建刀具前刀面磨损散点图，并拟和刀具磨损值VB和刀具磨损值与材料去除量比R
p
的二次多项式；步骤四：构建刀具前刀面a
p-f二维磨损图对刀具磨损进行定性分析，构建刀具后刀面VB-a
p-f二维磨损图和刀具后刀面R
p-a
p-f二维磨损图对刀具磨损进行定量分析；步骤五：取刀具后刀面VB-a
p-f二维磨损图、刀具后刀面R
p-a
p-f二维磨损图与刀具前刀面a
p-f二维磨损图安全切削区域的交集，得到优化的安全切削区域。2.根据权利要求1所述的一种构建刀具二维磨损图进行安全切削区域优选的方法，其特征在于，步骤一具体为：所述切削试验采用的切削参数范围为加工所选材料时常用的参数范围，在所述参数范围内等分区间选取a
p
、v
c
和f；其中切削速度v
c
和切削深度a
p
取三个参数水平，进给量f取五个参数水平，进行45组试验，切削试验对应每组切削参数选用一个新刀尖进行切削试验；切削试验的切削时间为根据具体切削加工条件所拟定的时间。3.根据权利要求2所述的一种构建刀具二维磨损图进行安全切削区域优选的方法，其特征在于：步骤二具体为：将步骤一每组切削参数下的刀具进行检测，采用扫描电镜检测刀具前刀面磨损形貌，利用Design-Expert进行中心表面复合设计选取15组试验；采用超景深显微镜检测并记录选取切削参数条件下的刀具磨损值VB，并用刀具磨损值VB求得刀具磨损值与材料去除量比R
p
的值。4.根据权利要求1或3所述的一种构建刀具二维磨损图进行安全切削区域优选的方法，其特征在于：步骤三具体为：根据步骤二所记录的试验数据构建的刀具前刀面磨损散点图，将步骤二中利用中心表面复合设计选取的数据进行统计与整理，采用二次多项式和最小二乘拟合法构建出刀具磨损值VB和刀具磨损值与材料去除量比R
p
关于的显性数学表达式，建立输出响应刀具磨损值VB和刀具磨损值与材料去除量比R
p
关于切削速度v
c
，进给量f和切削深度a
p
的二次多项式近似数学模型。5.根据权利要求4所述的一种构建刀具二维磨损图进行安全切削区域优选的方法，其特征在于：步骤四具体为：根据步骤三所绘制的刀具前刀面磨损散点图构建包含切削速度v
c
，进给量f和切削深度a
p
的刀具前刀面a
p-f二维磨损图，由步骤一中设计变量的参数水平、步骤二中试验所确定的刀具磨损值VB、刀具磨损值与材料去除量比R
p
和步骤三中的输出响应刀具磨损值VB和刀具磨损值与材料去除量比R
p
与独立变量切削速度v
c
，进给量f和切削深度a
p
间满足的二次多项式近似数学模型，构建包含切削速度v
c
，进给量f和切削深度a
p
下刀具后刀面VB-a
p-f二维磨损图和刀具后刀面R
p-a
p-f二维磨损图，把数值相同的数据点连在一起构成等高线，划分出图中刀具磨损值VB和刀具磨损值与材料去除量比R
p
相同的区域。6.根据权利要求5所述的一种构建刀具二维磨损图进行安全切削区域优选的方法，其特征在于，步骤五具体为：通过步骤四获得的刀具后刀面VB-a
p-f二维磨损图和刀具后刀面R
p-a
p-f二维磨损图，根据工程实际要求把刀具磨损值VB取值控制在300μm之内，刀具磨损值与材料去除量比R
p
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘二亮，张岩，汪茹月，安文昭，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：