鋁合金干切削和少量潤滑切削試驗及模糊監(jiān)控研究.pdf

1、自從二十世紀(jì)九十年代提出“綠色制造”概念以來，由于人們環(huán)保意識的增強(qiáng)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，綠色制造正在成為制造業(yè)的重要特征和基本生產(chǎn)模式。為了提高生產(chǎn)率、工件加工質(zhì)量和刀具耐用度，傳統(tǒng)的金屬切削中大量使用切削液。但是切削液的大量使用會對人和環(huán)境造成嚴(yán)重的負(fù)面影響，而且切削液的使用費用相當(dāng)高。無論從保護(hù)人身健康、生態(tài)環(huán)境的角度，還是從經(jīng)濟(jì)角度考慮，在金屬切削過程中不使用或盡可能地少使用切削液都是極其必要的。
　　本文在國家自然科學(xué)

2、基金項目(50875120)資助下，對鋁合金干切削和少量潤滑切削進(jìn)行研究。首先對干切削和少量潤滑切削機(jī)理進(jìn)行了深入研究。以往對金屬切削過程的研究沒有對振動和聲發(fā)射信號給予足夠關(guān)注，本文對干切削和少量潤滑切削加工過程中的這兩種信號在較抽象的物理信號層面進(jìn)行系統(tǒng)深入地研究，旨在從一個新的視角揭示干切削和少量潤滑切削機(jī)理。另外，對干切削和少量潤滑切削效果進(jìn)行了試驗研究。最后，在對少量潤滑研究的基礎(chǔ)上，為了能夠在金屬切削過程中自適應(yīng)地提供切削液

3、，提出了基于少量潤滑的切削溫度監(jiān)控的構(gòu)想，并探討了其可行性，最后進(jìn)行了試驗驗證。
　　本文主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)運用傳熱學(xué)理論對干切削和少量潤滑切削的熱學(xué)機(jī)理進(jìn)行了研究。利用普朗特的對流換熱邊界層理論揭示了少量潤滑的冷卻機(jī)理，提出了切削液處于液態(tài)強(qiáng)迫對流換熱狀態(tài)下切削液冷卻能力最大時所需最少切削液流量、最大對流換熱量計算方法，推導(dǎo)出對流換熱量與切削液流量之間關(guān)系式;對Zorev提出的刀-屑摩擦模型針對少量潤滑條件進(jìn)行

4、了改進(jìn)，以對少量潤滑條件下的摩擦行為進(jìn)行更合理地解析;從熱量傳輸角度研究了干切削和少量潤滑切削的切削熱傳輸機(jī)制;通過對切削液傳熱模型的研究得到了切削液供液方位和傳熱參數(shù)對切削熱傳輸?shù)挠绊懸?guī)律。
　　(2)建立了基于虛擬儀器的干切削加工過程信號采集平臺，采樣航空鋁合金7050-T7451干銑削過程中的振動和聲發(fā)射信號，從時域和能量角度研究了不同工藝條件下干切削過程的特點和規(guī)律。通過時域研究，得到了銑削工藝參數(shù)與振動信號、聲發(fā)射信號的

5、均方根值之間的關(guān)系。利用小波包分解，研究了干切削過程中不同工藝條件下振動和聲發(fā)射信號在不同頻帶內(nèi)的能量分布，發(fā)現(xiàn)了切削速度、每齒進(jìn)給量和銑削寬度對信號不同頻帶能量分布的影響規(guī)律。
　　(3)在基于虛擬儀器和VC6.0建立少量潤滑切削加工過程信號采集平臺和少量潤滑切削液供應(yīng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對少量潤滑切削進(jìn)行了試驗研究。對航空鋁合金7050-T7451銑削過程中采樣的振動和聲發(fā)射信號，分別從時域、頻域、時頻域和信號能量的角度運用多種經(jīng)典

6、和現(xiàn)代信號處理方法研究了在少量潤滑條件下不同切削液流量對切削過程的影響，得到了銑削過程中少量潤滑對切削振動信號和聲發(fā)射信號的均方根值、頻譜分布、不同頻帶能量分布影響的規(guī)律。
　　(4)通過航空鋁合金和工具鋼的銑削試驗，對干切削和不同切削液流量的少量潤滑切削加工效果從加工質(zhì)量、對刀具的影響和切屑方面進(jìn)行對比研究，研究結(jié)果表明少量潤滑能有效提高加工質(zhì)量和刀具耐用度。
　　(5)提出并實現(xiàn)了基于少量潤滑的切削溫度監(jiān)控的構(gòu)想?？紤]到

7、切削溫度與工藝條件之間的強(qiáng)耦合性，運用模糊控制理論設(shè)計并開發(fā)了基于少量潤滑的切削溫度監(jiān)控系統(tǒng)，以期在保證加工質(zhì)量的前提下盡可能地減少切削液的使用量。對基于少量潤滑的航空鋁合金7050-T7451切削溫度監(jiān)控進(jìn)行了可行性研究、仿真和試驗研究。仿真和試驗結(jié)果表明:在少量潤滑條件下，通過電液數(shù)字閥輸出的切削液流量隨著切削溫度的變化能快速反應(yīng)，切削溫度的控制效果較好，可以實現(xiàn)控制切削溫度和減少切削液用量的雙重目的。通過加工實例表明了基于切削液的