刀具破损是金属加工过程中刀具失效的形式之一,不仅使刀具过早地丧失切削能力,同时还可能对机床等造成损坏,成为生产中迫切需要解决的重大课题。铣削过程中,随着大量脆性刀具的应用,刀具破损几乎成为刀具失效的主要原因。有研究表明,刀具切入破损是断续切削破损的重要原因,因此研究铣刀切入过程及破损预测有极其重要的实际意义。本文在分析刀具切入破损机理等研究现状的基础上,从刀具的应力场入手对铣刀切入过程进行了研究,主要进行了以下工作:(1)建立了以DEFORM软件为基础的铣削过程有限元仿真模型。阐述了有限元模拟中需解决的关键问题,包括端铣刀几何模型、网格重划分、接触与摩擦特性、材料本构模型等,详细介绍了切削模拟的步骤。(2)构建了铣削过程刀具破损监测试验系统。为验证有限元仿真的正确性,通过声发射传感器和数据采集卡对铣削过程中刀具的声发射信号进行检测和采集,得到不同切削用量情况下刀具的实际状态。(3)基于有限元仿真结果,研究了切削用量对铣刀切入过程刀具应力的影响,分析了切入过程中刀具最大应力的变化趋势,即随着切入行程的增加刀具最大应力经历“骤增-减小-波动”的过程。(4)根据试验及仿真结果,提出了一种判定铣刀是否发生切入破损的理论依据,并验证其有效性;分析了切入过程中前刀面和刀尖附近区域应力的分布状况,根据刀尖附近应力分布的集中区域,预测了刀具破损的大致区域,通过试验结果验证了其合理性。