5 结论 49

参考文献 50

致谢 52

1 绪论

1。1 研究意义

随着汽车、航空航天、能源、医学、新材料、新技术的不断发展，刀具正在 向复合化、特殊化、高速化、高精密、品种多元化等趋势发展。除了刀具工艺技 术水平的提高，刀具磨损情况定时检测不可或缺。用户更加注重效率提升、投入 产出比优化，而不是注重单纯的价格因素。刀具磨损后，使工件加工精度降低， 表面粗糙度增大，并导致切削力加大、切削温度升高，甚至加剧振动，不能继续 正常切削。因此，刀具磨损直接影响加工效率、质量和成本。为了避免因刀具磨 损而造成损失，目前工厂大多根据加工经验和刀具平均寿命来替换刀具以防范刀 具严重磨损而造成上述问题，但这样的换刀方法会导致刀具已经磨损但未被换下 或磨损并不严重却被换下，这种方法并不能有效解决刀具磨损造成的机械加工问 题。因此对刀具磨损的研究显得十分必要。在加工过程中，通过对信号的采集、 提取、分析和识别，实现对刀具磨损状态准确判断，具有较好的经济效益。及时 了解刀具的磨损状态，自动根据刀具磨损状态来判断刀具寿命，并在刀具达到一 定磨损量时进行报警，提醒更换刀具，保证加工精度和质量，提高刀具的利用率。 特别是对数控机床刀具状态的监测显得更为迫切。 

在金属车削加工中，刀具/工件界面处的表面负荷以及切屑沿刀具前刀面高 速滑移而产生的能量和摩擦，转化为热量，而通常这些热量的 80%都被切屑带走 (这一比例的变化取决于几个要素——尤其是切削速度)，其余大约 20%的热量则 传入刀具之中。刀具沿着工件轴向平移时也会产生剧烈的振动，振动产生的热量 会加快刀具的磨损，温度与振动是刀具磨损的根本。因此如果能够找到车削过程 中车削温度与振动之间的相关性，对我们实现对刀具磨损状态准确判断这个目标 将会产生很大帮助。 

在不同的刀具磨损状态下，车削温度与振动之间的关系是有差异的。而以往 的学者主要单独对车削温度或振动进行分析，不能准确的监测刀具的磨损状态， 本文将通过对不同磨损状态下刀具车削时的参数的分析，探讨车削温度与振动之 间的相关性。 

1。2 研究现状

1。3 研究的主要内容

（1）本文拟结合三向振动分析技术与红外测温技术，通过温度传感器和三 向压电加速度传感器实时同步采集刀具在不同磨损状态下的三向振动信号及车 削温度； 

（2）对振动信号进行时域分析，并比较三个方向振动信号的异同性； 

（3）对温度和振动信号进行数据融合，建立车削振动信号与车削温度信号 的拟合公式。 

2 车削振动和车削温度的理论与测试基础

2。1 车削振动的理论与测试基础

2。1。1 机械振动的机理与应用

机械振动是指物体在平衡位置附近做来回往复运动，这种机械振动可以通过 观察位移、速度等物理量随时间发生的变化来研究。振动是把双刃剑，在某些条 件中，振动会产生危害：机床产生的振动会干扰机械加工的工件的精度和强度， 还有可能导致机器或结构发生大变形导致其被破坏甚至发生事故。振动也有有利 的时候：振动给料机、振动筛选机、振动破碎机。振动抛光等都是借助振动来达 到目的。研究振动的目的就是为了找出振动产生的原因以及掌握它的规律，并能 发现控制它的方法。然而在当今，人们对振动机理方面的问题研究的不够深入， 特别是对非线性振动方面的研究。这是由于我们目前对一些在复杂环境下的多自 由度系统难以精确测量。对于这些复杂的情况，我们需要用试验来找到理论与实 际的共通处。计算机与振动测试技术的相结合为综合分析、试验和计算数据了解 振动问题拓展了远大的前景。