木工刀具磨损特性与木材切削加工优化的研究

论文摘要

切削加工是木材与木质材料加工的重要方法。经切削加工能达到所需要的形状和表面，铣、刨、锯以及钻等都属于此种方法。而木工刀具刃口锋利程度是影响加工质量的重要技术参数。研究木工刀具磨损特性的目的就在于优化木材切削加工技术。 本文首先在现有各种木工刀具磨损测量方法的基础上，研究一种新的测量原理和方法，以满足木工刀具磨损程度的准确测量需求，对木工刀具磨损进行定性和定量分析。为此，本论文分析研究了木工刀具磨损的机理，设计出一种新的经济、实用的光投影测量装置来测量木工刀具的磨损程度。此装置利用光照射到要测量的刀具上，通过遮光板产生投影，以反映出刀具的磨损外廓，推导出投影与实际刀具刃口横截面的关系。刀具与水平面成45°角放在显微镜下，投影经显微镜放大，用CCD摄像头通过计算机记录下来，然后进行图像数据处理。 用所设计的木工刀具磨损测量装置进行了大量的试验，以分析研究木工刀具磨损特性。在本测量装置中，光源起着非常重要的作用。试验中对不同光源进行了比较分析，对光的强度提出了要求，初步解决了光干扰影响等问题。每个刀具测量多点获得一组数据，通过专门的图象处理软件进行处理，以计算出刀具磨损程度的几何参数。为了更准确地反映出磨损的大小，测量出刀尖磨损值SV、磨损宽度B、磨损程h1、磨损微小后角αm以及磨损体积V等等。 本文选用常用的合金钢和高速钢制成的木工刀具，并选用具有代表性的针叶材云杉、阔叶材山毛榉、刨花板和中密度纤维板等木材与木质材料作为试验材料。在不同的切削条件下如切削路径、切削速度、进料速度进行切削试验，利用所设计的测量装置来测量木工刀具在不同切削条件以及不同材料下的刀具磨损情况，找出刀具磨损的规律，建立木工刀具磨损的模型。在此基础上，根据所建立的刀具磨损模型及刀具切削力等，开发出木材与木质材料切削加工的计算机模拟程序，只要知道所要切削加工的木材与木质材料的切削条件和工艺参数，就可以对木材与木质材料加工刀具磨损进行模拟，虚拟木材切削加工，以预测刀具使用寿命以及切削力大小等参数。 木材与木质材料加工刀具磨损特性的研究，对于分析刀具磨损机理和优化木材加工技术具有重要的理论意义，为木材与木质材料切削加工选择工艺参数提供了重要依据，对于提高所加工产品的质量，预测刀具使用寿命，降低切削噪声也有十分重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及研究的重要性
• 1.2 刀具磨损研究的现状与发展趋势
• 1.2.1 刀具磨损研究现状
• 1.2.2 刀具磨损研究发展趋势
• 1.3 刀具磨损测量方法
• 1.3.1 直接法
• 1.3.2 间接法
• 1.4 本研究的主要内容
• 2 研究目的和试验方法
• 2.1 研究目的
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 测量装置
• 2.2.2 切削试验
• 2.3 模拟程序的编制
• 2.4 本章小结
• 3 木工刀具刃口磨损模型的建立
• 3.1 理论基础
• 3.1.1 切削运动
• 3.1.2 刀具角度参数
• 3.2 刀具磨损模型的建立
• 3.3 刀具磨损模型验证
• 3.4 刀具磨损模型的应用
• 3.5 本章小结
• 4 光投影木工刀具刃口磨损测量装置的研制
• 4.1 测量原理
• 4.2 测量装置
• 4.2.1 光源
• 4.2.2 摄像头
• 4.2.3 遮光板
• 4.2.4 显微镜
• 4.2.5 刀具支架
• 4.3 图像数据处理
• 4.3.1 硬件标定
• 4.3.2 图像Y向压缩
• 4.3.3 图像轮廓线条化处理
• 4.3.4 图像后期处理
• 4.4 装置应用及比较
• 4.4.1 试验条件
• 4.4.2 磨损参数计算
• 4.4.3 与其它测量方法比较
• 4.5 本章小结
• 5 木材和木质材料切削试验研究
• 5.1 试验材料和设备
• 5.1.1 木工刀具
• 5.1.2 木材和木质材料
• 5.1.3 试验设备
• 5.2 试验切削条件
• 5.2.1 切削参数
• 5.2.2 试验方法
• 5.3 试验结果及分析
• 5.3.1 木材的切削
• 5.3.2 木质材料的切削
• 5.4 本章小结
• 6 木工刀具刃口磨损模拟程序
• 6.1 编制模拟程序的目的
• 6.2 程序编制的理论基础
• 6.2.1 木材切削过程
• 6.2.2 刀具磨损的形成
• 6.2.3 刀具磨损参数
• 6.2.4 刀具刃口切削力
• 6.3 程序的编制及运行
• 6.3.1 程序的编制
• 6.3.2 程序的运行
• 6.4 本章小结
• 7 超硬材料木工刀具经济性的探讨
• 7.1 超硬材料刀具
• 7.1.1 超硬材料刀具状况
• 7.1.2 陶瓷刀具
• 7.1.3 聚晶金刚石刀具
• 7.2 金刚石复合刀具的应用
• 7.2.1 金刚石圆锯片
• 7.2.2 强化木地板用金刚石刀具
• 7.2.3 金刚石粉碎刀
• 7.2.4 金刚石修圆刀具
• 7.3 超硬材料木工刀具经济性对比分析
• 7.3.1 刀具寿命比较
• 7.3.2 刀具加工成本比较
• 7.4 PCD木工刀具研究与发展
• 7.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 科技查新报告
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书