车削大螺距内螺纹左右切削刃及其后刀面磨损特性的研究

摘要

大螺距内螺纹零件作为大型压力机、核电件等制造装备中起传递扭矩和精度作用的关键零部件，其左右螺纹面加工质量一致性严重影响重型装备工作性能。采用低速、大切深、高进给工艺方案切削大螺距螺纹过程中，刀具左右切削刃差异性磨损问题突出，严重制约车削大螺距螺纹加工效率，已成为车削大螺距螺纹加工中亟待解决关键问题。
　　本文在黑龙江省应用技术研究与开发计划项目―高品质大螺距螺纹高效切削技术‖(GC13A404)及国家自然科学基金―基于广义动力学空间的高进给切削刀具振动磨损机理‖(51575148)支持下，针对压力机螺母高效高精度加工的需求，提出车削大螺距螺纹刀具刃口刃形变化特性和左右后刀面差异性磨损表征方法，揭示刀具刃口刃形和后刀面磨损的分布随切削行程的变化，给出刀具性能测试方法并提出车削梯形内螺纹刀具寿命工艺设计方法。
　　采用左右切削刃等切削行程、等参数轴向分层切削方法，进行车削大螺距螺纹实验；利用刀具左右切削刃受力方程，揭示车削左右螺纹面刀具受力条件上的不同；利用刀具磨损状态图，采用沿切削刃等间距测量法，提取左右切削刃刃口刃形特征参数；构建左右切削刃刃口半径和切削刃塑性变形宽度分布函数，揭示和反映切削过程中左右切削刃刃口半径和塑性变形的变化特性，为研究磨料磨损和切削刃塑性变形共同作用下的刀具磨损机理和实现刀具寿命的有效控制提供依据。
　　利用实验获取的后刀面磨损状态图，采用等间距测量法，提取并分析后刀面磨损特征，研究左右后刀面磨损差异性；通过二元高次多项式拟合，构建后刀面磨损宽度分布函数，通过求解最大磨损宽度及其位置、最大磨损速率及其位置和切削刃上不同位置处的磨损速率，揭示出左右后刀面磨损的形成过程以及刀具左右后刀面磨损宽度沿切削刃的分布随切削行程变化特性。最后，提出左右后刀面差异性磨损过程表征方法。
　　以车削大螺距螺纹刀具左右后刀面磨损宽度为磨损特征参数，提取实验中10次测量的左、右后刀面磨损宽度数据，建立参考序列；以刀具振动加速度信号在刀具径向切深、切削速度和轴向进给三个方向的有效值和峭度为振动特征参数，提取每次磨损测量时对应切削次序的刀具振动加速度信号的有效值和峭度，建立比较序列；采用改进的关联分析算法，反映参考序列与比较序列的正负相关性，得出沿切削刃不同位置处后刀面磨损宽度与振动特征参数的灰色关联矩阵，揭示切削过程中刀具振动能量和信号冲击与后刀面磨损宽度之间的关系，阐明了刀具振动对刀具使用寿命的影响机制。
　　通过车削梯形内螺纹工艺对比实验，获得刃口刃形变化对刀具寿命及加工表面质量的影响；以左右螺纹面加工表面粗糙度为判据，提出刀具磨损与使用寿命检测方法和切削性能测试方法，并进行刀具整体使用寿命和残余使用寿命解算。以提高切削效率，保证刀具整体使用寿命和加工表面质量为目标，提出控制车削梯形内螺纹刀具使用寿命的工艺设计方法，并进行实验验证。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3存在的问题及解决方法

1.4课题来源及论文主要研究内容

第2章 车削大螺距内螺纹刀具刃口刃形变化特性

2.1刀具左右切削刃受力分析

2.2车削大螺距内螺纹刀具磨损实验设计

2.3左右切削刃刃口刃形特征参数及其分布函数

2.4左右切削刃刃口刃形变化特性

2.5本章小结

第3章 车削大螺距内螺纹左右后刀面差异性磨损过程表征

3.1刀具左右后刀面磨损表征

3.2左右后刀面磨损宽度分布函数

3.3左右后刀面差异性磨损解算

3.4左右后刀面差异性磨损过程表征

3.5本章小结

第4章 车削大螺距内螺纹刀具振动对磨损的影响

4.1刀具振动信号与磨损特征参数提取

4.2改进的灰色关联分析算法

4.3特征参数无量纲化处理

4.4刀具磨损与振动关联分析

4.5本章小结

第5章 车削大螺距内螺纹刀具寿命解算及其工艺设计

5.1车削大螺距内螺纹工艺设计变量及实验方案

5.2刀具磨损对左右螺纹面加工表面质量的影响

5.3车削大螺距内螺纹刀具测试及寿命解算

5.4车削梯形内螺纹刀具寿命工艺设计及验证

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其他成果

致谢