金刚石刀具切削硬脆材料时切削力与刀具振动的关系板材生产线

金刚石刀具切削硬脆材料时切削力与刀具振动的关系

金刚石刀具切削硬脆材料时切削力与刀具振动的关系 2011年12月09日 来源： 　　摘　要：通过用金刚石刀具对花岗岩、陶瓷、铸铁和钢等不同材料进行切削对比试验，对切削力信号和刀具振动信号的变化关系进行了相关分析。结果表明：材料性质不同，相关信号的周期性明显不同，切削力信号频谱的主峰分布也有所不同。　　关键词：硬脆材料　切削力　刀具振动　相关信号

Relationship Between Cutting Force and Cutter’s Vibration in Cuttings of Hard ＆ Brittle Materials Using Diamond Cutters

Li Yuhe et al

Abstract：Based on the correlation tests of cutting different materials such as granite，ceramics，cast-iron and steel by using diamond cutters，the varying relationship between cutting force signals and cutter’s vibration signals is correlatively analyzed．The results show that the periodicity of correlation signals and the distribution of main peaks in the cutting force spectrum are different as the change of characteristics of materials．　　Keywords：hard ＆ brittle material　cutting force　cutter’s vibration　correlation signal

切削振动是切削加工中一种不可避免的现象。目前人们对金属切削中刀具及机床系统的振动规律已进行了较深入的研究，但对花岗岩、陶瓷等硬脆材料切削加工中的振动问题研究还不多［1］。本文通过对金刚石刀具切削硬脆材料时刀具振动情况的系统分析，探讨刀具振动对硬脆材料切削力变化的影响规律。

一、试验条件及方法

1．试验条件　　切削对比试验所选工件材料为花岗岩、陶瓷、铸铁和钢，材料的机械物理性能指标如表1～表3所示。其中钢选用45钢，淬火硬度为55。试验用刀具采用美国通用电气公司生产的PCD-1500系列复合片制成的聚晶金刚石刀具，其几何参数及机械物理性能如表4、表5所示。切削试验在CA6140普通车床上进行。采用KISTER三向压电测力仪测量切削力，用PCL-81数据采集板采集切削力信号。采用大连理工大学振动研究所研制的PDW2000型数据采集分析仪测量并记录切削过程中的刀具振动信号。切削力测量采集系统示意图如图1所示。

表1　花岗岩机械物理性能指标*

材料普容重（kN／m3）平均硬度（HSD）抗压强度Re（MPa）抗拉强度Rt（MPa）抗折强度Rf（MPa）花岗岩26.210120.55.5119.03*表中数据由大连理工大学岩石试验室鉴定

表2　氮化硅陶瓷机械物理性能指标*

材料密度（g／cm3）硬度（HV）抗弯强度（kg／mm2）破坏韧性（MN／m3／2）抗压强度（kg／mm2）纵弹性率（×104kg／mm2）25℃1000℃Si3N4陶瓷3.27160011009574203*陶瓷机械物理性能指标由大连耐酸泵厂提供

表3　铸铁机械物理性能指标

材料状态抗拉强度（MN／m2）延伸率（％）断裂强度（J／cm2）硬度（HB）金属基强度利用率（％）铸铁铸态100～2000～0．30～3145～25030～50

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