CN109894922B - 一种准确获得拉削中切屑内不同相的厚度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种准确获得拉削中切屑内不同相的厚度的方法，包括如下步骤：S1、获得刀具中刀具前刀面切削刃发生明显颜色变化的长度l₀：在不同的拉削速度下，获得刀具与切屑接触长度l₁，且l₀＝l₁；S2、获得切屑的流动速度v₁：根据切削刃前的材料厚度和速度以及经过切削刃后的材料的厚度和速度计算获得v₁；S3、计算单位长度切屑与刀具的接触时间t₁：根据公式

计算获得；S4、计算获得切屑中不同相的厚度。本设计通过对切削的分析计算准确获得切屑厚度及其相变厚度，刀具的磨损，提高加工稳定性和工件质量。

Description

一种准确获得拉削中切屑内不同相的厚度的方法

技术领域

本发明涉及机床的监测控制领域，特别是涉及一种准确获得拉削中切屑内不同相的厚度的方法。

背景技术

目前，在高速切削加工过程中，往往会出现刀具磨损、崩刃、破损、失效，切屑断裂，切削加工中断、暂停等一系列情况。这些情况都对加工工艺及刀具状态有着特定的影响。在加工过程中，这些意外的出现都会影响刀具切削状态和加工稳定性。在传统的加工中，切屑成形是将工件加工成理想形状的主要方法。而切屑对刀具状态的影响主要取决于切屑形成机理及其几何形状。切屑的形状、切屑的分离和形成速率、切屑的温度及能量密度、切屑与刀具切削面的摩擦挤压运动都对刀具的磨损起了决定作用。由于，切屑形成过程不仅会引起刀具磨损，还会引起刀刃的破损，而刀具磨损增大了功率损耗，刀刃崩刃中断正常的加工并影响工件的质量。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本发明提出一种准确获得拉削中切屑内不同相的厚度的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种准确获得拉削中切屑内不同相的厚度的方法，包括如下步骤：

S1、获得刀具与切屑的接触长度l₁：在切削加工中，直接测量刀具前刀面切削刃发生明显颜色变化的长度l₀，且l₀＝l₁；

S2、获得切屑的流动速度v₁：根据切削刃前的材料厚度和速度以及经过切削刃后的材料的厚度和速度计算获得v₁；

S3、计算单位长度切屑与刀具的接触时间t₁：根据公式

计算获得；

S4、计算获得切屑中不同相的厚度：采集切削加工中的切屑，将切屑的截面进行电子束成像，获得切屑界面的电子束成像图片，通过对切屑的电子束成像图片进行分析计算获得切屑中不同相的厚度。

进一步，所述步骤S4中，对切屑的电子束成像图片进行分析计算的步骤如下：

S41.将切屑的电子束成像图片进行索贝尔函数处理，进行边缘检测，获得更加准确的切屑中不同相之间的边界；

S42.依据获得单位长度的切屑与刀具的接触时间，切屑与刀具的接触时间表征了切削过程中单元切屑内积累的能量，切屑内部积累的能量越大，其发生相变的程度越剧烈，在针对每段切屑图片进行局部傅里叶转换时，依据其接触时间，在傅里叶转换处理图片时，选择表征图片灰度变化程度剧烈的频率，设单元的最小接触时间t_1min设定的图片频率为ω₀，则当切屑接触时间为t₂时，设定此段单元切屑图片的频率为ω₁，其中

这样可以获得更加准确的边界；

S43.将不同相之间的边界进行局部2维的傅里叶变换时，依据步骤S42确定的傅里变换处理图片的频率ω₁，在经过傅里叶转换后的图片中每段边界都会形成一个很短的不同亮度直线；如果图片中出现许多边界，那么经过傅里叶处理后的图片将会出现许多线段，许多线段就会形成连接而形成直线，分析直线的亮度分布的方位角，就可获得图片上直线的分布方向，并且将其方向进行余弦拟合，即可以获得不同边界之间的距离，即切屑中不同相的厚度。

进一步，步骤S2中，v₁的计算公式如下：

其中h₀，v₀，h₁，v₁分别为经过切削刃前的材料厚度和速度以及经过切削刃后的材料的厚度和速度，加工后切屑的厚度是可以测量获得的。

本发明的有益效果是：在机械加工过程中，为了避免高速切削加工与切屑形成相关问题发生不确定的联合性，通过对切削的分析计算准确获得切屑厚度及其相变厚度，刀具的磨损，提高加工稳定性和工件质量。

附图说明

图1是本发明的一种实施例的电子束成像图片；

图2是本发明的一种实施例的索贝尔函数处理后的图片；

图3是本发明的一种实施例的某个区域一段边界经傅里叶转换后的图片；

图4是本发明的一种实施例的某个区域另一段边界经傅里叶转换后的图片；

图5是本发明的一种实施例的图像处理过程。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本发明的一种准确获得拉削中切屑内不同相的厚度的方法，包括如下步骤：

S1、获得刀具与切屑的接触长度l₁：在切削加工中，直接测量刀具前刀面切削刃发生明显颜色变化的长度l₀，且l₀＝l₁。分析刀具中刀具前刀面切削刃发生明显颜色变化的长度，即从刀刃处向刀体方向延伸的距离；这是由于切屑与刀具前刀面接触，必然增加了刀具与切屑之间的摩擦，其摩擦接触处的温度必然升高，温度升高必然会改变刀具切削刃的颜色。即改变颜色的长度l₀等于刀具与切屑的接触长度l₁，即l₀＝l₁。不同切削速度下的l₁不同，主要是由于加工速度改变，切削过程发生改变，刀具与切屑接触的长度发生改变。

S2：获得切屑的流动速度v₁：由于切削过程中切除的材料体积不会发生变化，即刀具与工件发生剪切去除的材料的体积与切屑与刀具接触处的体积也是一致的。经过切削刃前及经过切削刃后的材料的体积的流动速率是不会发生变化的。即可获得如下公式

h₀·v₀＝h₁·v₁

h₀，v₀，h₁，v₁分别为经过切削刃前的材料厚度，速度，经过切削刃后的材料的厚度和速度。加工后切屑的厚度是可以测量获得的，对于h₀，v₀，切削刃前的材料厚度及加工速度是切削参数中切削深度决定的，是设置的加工参数，已知的。上式变换可得v₁的计算式为

S3：计算单位长度切屑与刀具的接触时间t₁：依据第二步获得的切屑的流动速度，及第一步获得的刀具的接触长度，即可以获得刀具与单位长度切屑的接触时间t₁：

S4：计算获得切屑中不同相的厚度：采集切削加工中的切屑，将切屑的截面进行电子束成像，获得切屑界面的电子束成像图片，如图1所示，通过对切屑的电子束成像图片进行分析计算获得切屑中不同相的厚度。具体如下：

1.将切屑的电子束成像图片进行索贝尔函数处理，进行边缘检测，获得更加准确的切屑中不同相之间的边界，如图2所示和图5中的51所示。

2.依据获得单位长度的切屑与刀具的接触时间，切屑与刀具的接触时间表征了切削过程中单元切屑内积累的能量，切屑内部积累的能量越大，其发生相变的程度越剧烈，在针对每段切屑图片进行局部傅里叶转换时，依据其接触时间(可以通过步骤S3中的公式获得)，在傅里叶转换处理图片时，选择表征图片灰度变化程度剧烈的频率。设单元的最小接触时间t_1min，设定的图片频率为ω₀，则当切屑接触时间为t₂时，设定此段单元切屑图片的频率为ω₁，其中

这样可以获得更加准确的边界。

3.将不同相之间的边界进行局部二维的傅里叶变换时，依据第二步的确定的傅里变换处理图片的频率ω₁，在经过傅里叶转换后的图片中每段边界都会形成一个很短的不同亮度直线，如图3、图4；由于切屑有长度，在每一段切屑都有许多边界，图片52是不同相的某个边界经过处理后的边界，将其所有经过处理后的边界组装在一起，就形成了不同相之间的边界，就可以获得不同相的厚度，相的厚度随着切屑位置变化，将其厚度进行余弦拟合，获得图5中53所示的不同组织相厚度图，即可以获得不同边界之间的距离，即切屑中不同相的厚度。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种准确获得拉削中切屑内不同相的厚度的方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、获得刀具与切屑的接触长度l₁：在切削加工中，直接测量刀具前刀面切削刃发生明显颜色变化的长度l₀，且l₀＝l₁；

S2、获得切屑的流动速度v₁：根据切削刃前的材料厚度和速度以及经过切削刃后的材料的厚度和速度计算获得v₁；

S3、计算单位长度切屑与刀具的接触时间t₁：根据公式

计算获得；

S4、计算获得切屑中不同相的厚度：采集切削加工中的切屑，将切屑的截面进行电子束成像，获得切屑界面的电子束成像图片，通过对切屑的电子束成像图片进行分析计算获得切屑中不同相的厚度。

2.根据权利要求1所述的准确获得拉削中切屑内不同相的厚度的方法，其特征在于，所述步骤S4中，对切屑的电子束成像图片进行分析计算的步骤如下：

S41.将切屑的电子束成像图片进行索贝尔函数处理，进行边缘检测，获得更加准确的切屑中不同相之间的边界；

S42.依据获得单位长度的切屑与刀具的接触时间，切屑与刀具的接触时间表征了切削过程中单元切屑内积累的能量，切屑内部积累的能量越大，其发生相变的程度越剧烈，在针对每段切屑图片进行局部傅里叶转换时，依据其接触时间，在傅里叶转换处理图片时，选择表征图片灰度变化程度剧烈的频率ω₁，设单元的最小接触时间t_1min设定的图片频率为ω₀，则当切屑接触时间为t₂时，设定此段单元切屑图片的频率为ω₁，其中

S43.将不同相之间的边界进行局部2维的傅里叶变换时，依据步骤S42确定的傅里变换处理图片的频率ω₁，在经过傅里叶转换后的图片中每段边界都会形成一个很短的不同亮度直线；如果图片中出现许多边界，那么经过傅里叶处理后的图片将会出现许多线段，许多线段就会形成连接而形成直线，分析直线的亮度分布的方位角，就可获得图片上直线的分布方向，并且将其方向进行余弦拟合，即可以获得不同边界之间的距离，即切屑中不同相的厚度。

3.根据权利要求1所述的准确获得拉削中切屑内不同相的厚度的方法，其特征在于，步骤S2中，v₁的计算公式如下：

其中h₀，v₀，h₁，v₁分别为经过切削刃前的材料厚度和速度以及经过切削刃后的材料的厚度和速度，加工后切屑的厚度是可以测量获得的。

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