高温合金铣削加工刀具磨损状态检测研究

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1、学校代码10530学号201510161719分类号TP274密级公开硕士学位论文高温合金铣削加工刀具磨损状态检测研究学位申请人徐莹指导教师彭锐涛教授学院名称机械工程学院学科专业工程硕士（机械工程领域）研究方向先进制造工艺及装备二〇一八年六月ResearchonWearDetectingofSuperalloyMillingToolsCandidateYingXuSupervisorProf.RuitaoPengCollegeSchoolofMechanicalEngineeringProgramMechanicalEngineeringSpec

2、ializationAdvancedManufacturingProcessesandEquipmentDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune.2018湘潭大学硕士学位论文摘要镍基高温合金在高温环境中具有较好的稳定性和抗疲劳性，被广泛应用于航天发动机的耐热部件，如涡轮叶片和涡轮盘等。然而，作为一种典型的难加工材料，镍基高温合金在机械加工中通常产生较大的切削力和较高的切削温度，导致刀具磨损严重，且刀具的过度磨损和破损容易造成工件表面质量的恶化，影响产品加工质量与生产

3、效率，甚至会毁坏机床，造成严重的经济损失。为避免刀具磨钝造成的不利影响，通常在固定的加工时间后更换刀具。然而，不同加工条件下刀具磨损速度差异较大，若刀具未达到磨钝标准而提前换刀，不仅使加工效率降低，还使刀具得不到充分利用。因此，在加工过程中对刀具磨损状态进行检测，在刀具达到磨钝标准前及时换刀很有必要。本文采用机器视觉技术进行刀具磨损检测，设计了铣刀磨损检测系统。该系统克服了传统刀具磨损检测方法的不足，具有非接触、效率高等优点，在保证加工质量的同时提高加工效率。基于建立的刀具磨损检测系统，进行镍基高温合金平面铣削实验，对检测系统进行验证，并研究了刀

4、具磨损对已加工表面粗糙度的影响。本文的主要研究工作如下：1.对铣刀后刀面磨损检测关键技术进行了研究。根据铣刀的磨损特点，结合国内外刀具磨损检测研究现状，建立铣刀磨钝评判指标，即铣刀后刀面磨损最大宽度和铣刀副后刀面磨损面积。2.设计了铣刀后刀面磨损检测系统，实现对铣削加工中刀具磨损量的自动检测，主要包括图像的自动获取和图像的自动处理两部分。前者进行相机的自动对焦和拍照，将获取的图像按指定路径存盘；后者实现图像自动预处理、边缘检测、亚像素检测和刀具磨损特征值的提取。3.采用涂层硬质合金铣刀开展镍基高温合金铣削实验，将检测系统测得的结果与显微镜下检测的

5、结果进行对比分析，验证刀具磨损检测系统的性能。结果表明：该磨损检测系统具有较好的检测精度，可用于铣刀刀具磨损量的在机检测。4.研究了刀具磨损量对已加工表面粗糙度的影响。研究发现：当后刀面磨损宽度在一定范围内时，刀具磨损对表面粗糙度和表面形貌的影响较小；当后刀面磨损宽度超出临界值时，将导致工件表面粗糙度值急剧增大，表面形貌出现凹坑。关键词：镍基高温合金；铣削；刀具磨损；图像处理；亚像素I湘潭大学硕士学位论文AbstractNickel-basedsuperalloyscanmaintaingoodstabilityandfatigueresista

6、nceeveninhightemperatureenvironment,consequently,theyarewidelyusedinheat-resistantpartsofaerospaceengines,especiallyturbinebladesandturbinedisks.However,asatypicaldifficult-to-machinematerial,largecuttingforceaswellashighcuttingtemperatureisgeneratedinconventionalmachiningpro

7、cessesofnickel-basedsuperalloys,whichcancauseserioustoolwear.Moreover,excessivewearanddamageoftoolscaneasilycausedeteriorationofthesurfacequalityofworkpieces,affectingproductprocessingqualityandproductionefficiency.Itwillevendestroythemachinetoolandcauseseriouseconomiclosses.

8、Toavoidtheadverseeffectoftoolblunt,thetoolisusuallyreplacedafterafix