【正文】 /插入車(chē)削； (c)確定刀具夾緊系統(tǒng) :M 類夾緊 /S 類夾緊 /P 類夾緊； (d)確定刀具形式； (e)確定刀具中心高 :16/20/25/32/40； (f)選擇刀片 :形狀、型號(hào)、槽型、刀尖半徑、牌號(hào)； (g)推薦切削參數(shù) :切削速度 cv 、切削深度 pa 、進(jìn)給量 f 。涂層的材料有碳化欽、氮化欽和氧化鋁等 )。用于內(nèi)孔加工則可考慮選擇螺釘式。機(jī)夾刀主要由刀體、刀片和刀片緊固系統(tǒng)三部分組成，機(jī)夾車(chē)刀按刀片緊固方式的不同又可分為杠桿式、楔塊式、螺釘式、上壓式，采用何種刀夾系統(tǒng)則根據(jù)不同用途來(lái)定。精車(chē)時(shí)直接決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而為了保證加工精度，要求刀具的精度高、耐用度好。 數(shù)控車(chē)削刀具優(yōu)選 數(shù)控車(chē)床是目前應(yīng)用較廣的數(shù)控機(jī)床，主要用于旋轉(zhuǎn)體零件的車(chē)、鏜、鉆、鉸、攻絲等加工，一般能自動(dòng)完成內(nèi)外圓柱面 、圓錐面、球面、端面等工序的切削加工。當(dāng)然，精銑需要工件表面光潔，所以應(yīng)限制走刀量。“摩擦”的結(jié)果使刀 數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化分析 9 具壽命縮短，對(duì)于硬質(zhì)合金刀具，增加每齒進(jìn)給量和減小切削深度是比較有利的。當(dāng)順銑時(shí)應(yīng)使銑削寬度大約等于 2/3 銑刀直徑，這可保證刀刃一開(kāi)始就能立即切入工件，幾乎沒(méi)有摩擦。 無(wú)論機(jī)床、夾具和工件的要求如何，順銑都是首選方法，這樣會(huì)取得更好的加工效果。進(jìn)行逆銑時(shí)，斷屑比較容易被截留或楔入到刀片和工件之間，從而會(huì)導(dǎo)致刀片破裂。應(yīng)用最大切屑厚度非常有利，并且切削力更容易將工件推入銑刀，以使刀片進(jìn)行切削作用。 在進(jìn)行順銑時(shí)，刀片從最大切屑厚度處開(kāi)始切削。刀片被強(qiáng)行推入切口后，通常會(huì)與由正在切削的刀片所導(dǎo)致的加工淬硬表面接觸，同時(shí)在摩擦力和高溫的作用下產(chǎn)生摩擦和拋光效果。 值得一提的是，當(dāng)干切時(shí)，在螺釘與銑刀體的結(jié)合面應(yīng)涂少量防止“咬死” (難以拆卸 )的化合物也很重要，但要注意不要帶進(jìn)污物，否則會(huì)影響銑刀的安裝精度。熱切屑意味著熱量沒(méi)有傳到零件和刀具上，不會(huì)發(fā)生熱裂紋，從而延長(zhǎng)了刀具壽命。 干切的目標(biāo)是要調(diào)整切削速度與進(jìn)給量，使切削產(chǎn)生的熱量傳到切屑上而不是工件或銑刀上。 另外，冷卻液會(huì)使切屑冷卻太快而熔合在刀片上，導(dǎo)致刀具壽命降低。如果切屑變成深褐色，表明其切削速度己達(dá)最高限度。如果切屑變黑，表明切削溫度過(guò)高，此時(shí)應(yīng)降低切削速度。 干式切削的優(yōu)點(diǎn)是操作者可以看清切屑實(shí)際的形狀和顏色，為操作者提供了評(píng)定切削過(guò)程的信 息，由于工件的化學(xué)成分不同，發(fā)出的信息也不一樣 :當(dāng)加工碳鋼時(shí)，形成暗褐色切屑，說(shuō)明采用切削速度適當(dāng) 。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 8 現(xiàn)代的刀具涂層能使溫度裂紋產(chǎn)生的概率大大降低，更加促進(jìn)了干式切削的發(fā)展，特別是 TiAlN 涂層刀具很適合于干式切削。這種很快地加熱、冷卻，極易引起熱裂紋。當(dāng)用一個(gè)大直徑面銑刀銑削時(shí)，冷卻液難以噴到整個(gè)銑 刀。排屑情況需要試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，如果排屑有問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)調(diào)整切削用量。 對(duì)于錐孔規(guī)格較大、剛性較好的主軸，也可以用密齒銑刀進(jìn)行粗銑。 精銑時(shí)切削深度較淺，一般為 ～ ，每齒的切削負(fù)荷小，所需功率不大，可以選擇密齒銑刀，而且可以選用比較大的進(jìn)給量。如果容屑槽不夠大，將會(huì)造成卷屑、排屑困難或切屑與刀體、工件的摩擦加劇。選用粗齒銑刀可以降低對(duì)機(jī)床功率的要求所以，當(dāng)主軸孔規(guī)格較小時(shí) (如 R8, 30, 40錐孔 )，可以用粗齒銑刀有效地進(jìn)行銑削加工。 在進(jìn)行重負(fù)荷粗銑時(shí)，過(guò)大的切削力可使剛性較差的機(jī)床產(chǎn)生振顫。齒距的大小將決定銑削時(shí)同時(shí)參與切削的刀齒數(shù)目，影響到切削的平穩(wěn)性和對(duì)機(jī)床功率的要求。 銑刀刀體的選擇 首先，在選擇一把銑刀時(shí)，要考慮它的齒數(shù)。刮光刀片可清除粗加工刀痕，比只用壓制刀片能得到較好的表面粗糙度。通過(guò)鋒利刀刃的剪切作用， 減少了刀片與工件材料之間的摩擦，并且切屑能較快地從刀片前面離開(kāi)。而沒(méi)有尖銳前角的硬質(zhì)合金刀片，當(dāng)采用小進(jìn)給小切深加工時(shí)，刀尖會(huì)摩擦工件，刀具壽命短。這種刀片具有較好的尺寸精度，所以刀刃在銑中的 數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化分析 7 定位精度較高，可得到較好的加工精度及表面粗糙度。由于壓制刀片便宜，所以在生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用。壓制的刀片有時(shí)前刀面上有卷屑槽，可減小切削力，同時(shí)還可減小與工件、切屑的摩擦，降低功率需求。粗加工最好選用壓制的刀片，這可降低加工成本。而成形銑刀一般都是為特定的工件或加工內(nèi)容專門(mén)設(shè)計(jì)制造的，適用于加工平面類零件的特定形狀(如角度面、凹槽面等 )，也適用于特殊形狀的孔及臺(tái)的加工。立銑刀廣泛用于加工平面類零件 。傾斜角類零件和曲面類零件則常采用球頭銑刀。從銑削加工的角度考慮，主要加工對(duì)象分為平面類零件 (加工面平行、垂直于水平面或加工面與水平面成定角的零件 )、傾斜角類零件 (加工面與水平面的夾角是連續(xù)變化的零件 )、曲面類 (立體類 )零件 (加工面為空間曲面的零件 )。此外，數(shù)控銑床還可以進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸、攻絲等加工。最常 見(jiàn)的應(yīng)用是平面銑削，伴隨著五軸加工中心和柔性制造單元的不斷增多，其它的加工 方式和表面加工方法也得到了長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。過(guò)去幾年以來(lái)，伴隨著機(jī)床的不斷發(fā)展，銑 削發(fā)展己經(jīng)成為可加工大量不同結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的通用方法。選取刀具時(shí)，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應(yīng)，加工工藝參數(shù)的優(yōu)化也要基于加工刀具的優(yōu)選。刀具選擇總的原則是 :安裝調(diào)整方便，剛性好，耐用度和精度高。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 6 2 基于加工工藝參數(shù)的刀具優(yōu)選 在數(shù)控加工中刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機(jī)交互狀態(tài)下進(jìn)行的。 (d)軟件分析與計(jì)算。包括單目標(biāo)函數(shù)數(shù)學(xué)模型的建立及多目標(biāo)函數(shù)數(shù)學(xué)模型的建立。分別對(duì)數(shù)控車(chē)削、銑削刀具及數(shù)控銑削刀具的優(yōu)選進(jìn)行了闡述。課題的任務(wù)是采用通過(guò)對(duì)數(shù)控加工刀具，走刀軌跡的優(yōu)選，以及對(duì)數(shù)控切削加工工藝參數(shù)優(yōu)化目標(biāo)、約束的研究，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，找到一種相對(duì)簡(jiǎn)單的切削參數(shù)優(yōu)化方法。對(duì)銑削加工來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)期以來(lái)，離線變參數(shù)優(yōu)化的研究主要集中在銑削力模型的建立上，從早期的 Wang 到最近的Fussell 和 Jeong，銑削力計(jì)算模型經(jīng)歷了平均剛性力模型 (根據(jù)材料去除率估算平均銑削力，即 MMR 模型 )到瞬時(shí)剛性力模型的過(guò)程，并己口趨完善，但采用這些現(xiàn)代優(yōu)化算法對(duì)切削參數(shù)的研究還都處于初級(jí)階段，并在特定的條件下具有一定的可行性和有 效性，同時(shí)也取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。變參數(shù)優(yōu)化主要是通過(guò)仿 真的手段預(yù)測(cè)加工過(guò)程中一些重要的數(shù)據(jù)，并以此為依據(jù)在約束范圍內(nèi)尋找特定目標(biāo)的最優(yōu)化加工參數(shù)。定參數(shù)優(yōu)化方法主要適用于零件在該工序中切削條件變化不大的情況。與在線的自 適應(yīng)控制不同，離線的參數(shù)優(yōu)化是在實(shí)際加工之前，通過(guò)對(duì)加工狀態(tài)的預(yù)測(cè)并結(jié)合己有的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行加工參數(shù)優(yōu)化。清華大學(xué)與華中理工大學(xué)共同開(kāi)發(fā)的加工過(guò)程仿真器 HMPS 和哈爾濱工業(yè)大學(xué)的數(shù)控加工過(guò)程三維動(dòng)態(tài)圖形仿真器 NCMP 雖然己較好地解決了加工過(guò)程圖形的描述及數(shù)控代碼驗(yàn)證問(wèn)題，但并沒(méi)有模擬仿真出數(shù)控切削加工時(shí)機(jī)床、刀具、工件所實(shí)際表現(xiàn)出的物理特性。目前，數(shù)控加工過(guò)程仿真，尚屬以理想幾何圖形來(lái)檢驗(yàn)數(shù)控代碼是否正確的幾何仿真，此時(shí)刀具和工件均被 視為僅具幾何形狀的剛體，不考慮切削參數(shù)、切削力及其它因素對(duì)切削加工的影響 ?？诒?SONY 公司研制的 FREDAM 系統(tǒng)可對(duì)球頭銑刀加工自由曲面進(jìn)行三維仿真，并進(jìn)行干涉、碰撞檢查 。作為 AMT 計(jì)劃的一部分，美國(guó) NST 也開(kāi)展了虛擬機(jī)床的研究 。 國(guó)外在數(shù)控加工過(guò)程仿真方面做了許多工作。通過(guò)建立一個(gè)這樣的仿真系統(tǒng)，在實(shí)際加工之前不僅可以獲得優(yōu)化的切削加工參數(shù)，避免了傳統(tǒng)的加工參數(shù)依照手冊(cè)或經(jīng)驗(yàn)的保守選擇，充分發(fā)揮了機(jī)床的潛能，大大提高了生產(chǎn)效率，而且可以對(duì)加工產(chǎn)品的精度進(jìn)行預(yù)測(cè)，給出滿足加工要求的誤差補(bǔ)償方法，設(shè)計(jì)出合理的切削工藝方案。另一方面又可以對(duì)加工過(guò)程中任意時(shí)刻的幾何信息進(jìn)行提取 (如切屑厚度，切屑幾何形狀，刀刃與工件嚙合部分 )。 數(shù)控加工離線參數(shù)優(yōu)化的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 在現(xiàn)代加工生產(chǎn)中，為提高生產(chǎn)效率，獲得較高的加工精度，關(guān)鍵是在加工之前能夠給出加工參數(shù) (如合理選擇刀具、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率等 )的合理評(píng)判及對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的合理預(yù)測(cè)。目前，我們國(guó)家某些工廠的數(shù)控設(shè)備上就使用了該產(chǎn)品并且效果很好。 二十世紀(jì)九十年代末，以色列分別研制出了適用于數(shù)控車(chē)床和數(shù)控銑床 (OMAT 優(yōu)銑陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 4 裝置 )的金屬切削自適應(yīng)優(yōu)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)降低生產(chǎn)成本最高可達(dá) 40%，還具有自學(xué)習(xí)功能，可以說(shuō)是數(shù)控加工中的一項(xiàng)革命性突破。 1998 年華中理工大學(xué)研制成功恒功率切削的自適應(yīng)數(shù)控銑削加工系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用智能控制理論建模，克服了傳統(tǒng)自適應(yīng)控制理論對(duì)時(shí)變非線性系 統(tǒng)建模的局限性，為智能自適應(yīng)數(shù)控加工的實(shí)用化提供了理論途徑。該系統(tǒng)對(duì)從刀具到電機(jī)的傳動(dòng)鏈作了較大的結(jié)構(gòu)模型上的工程近似，并在此基礎(chǔ)上用傳統(tǒng)的自適應(yīng)控制理論進(jìn)行在線自學(xué)習(xí)控制。 西安交通大學(xué)于 1989 年研制了用 TP801 單 板機(jī)作為自適應(yīng)控制器的恒功率、恒扭矩的最優(yōu)自適應(yīng)控制系統(tǒng)。 1980 年上海交通大學(xué)對(duì)以扭矩為約束目標(biāo)的數(shù)控車(chē)削自適應(yīng)控制進(jìn)行了試驗(yàn)研究。 我國(guó)對(duì)自適應(yīng)數(shù)控加工技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)起步較晚。 1970 年德國(guó)西門(mén)子公司研制成一臺(tái)可控制 X, Y 軸方向進(jìn)給速度的約束自適應(yīng)控制車(chē)床，該車(chē)床可在加工過(guò)程中利用傳感器直接測(cè)量力矩信號(hào)。該系統(tǒng)由一臺(tái)型靠模銑床、控制器、傳感器及自適應(yīng)控制器組成，傳感器測(cè)量切削力矩、刀具溫度及機(jī)械振動(dòng)，自適應(yīng)控制器利用這些數(shù)據(jù)可獲得最優(yōu)進(jìn)給速度，并使規(guī)定的性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)化。從美國(guó)本迪克斯公司 1964 年研制開(kāi)發(fā)了第一個(gè)優(yōu)化自適應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)以來(lái)，數(shù)十年間，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，自適應(yīng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成更容易、簡(jiǎn)潔和廉價(jià)，從而極大地促進(jìn)了數(shù)控加工在線參數(shù)優(yōu)化的研究。 數(shù)控加工在線參數(shù)優(yōu)化的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 在線加工參數(shù)優(yōu)化技術(shù)是自適應(yīng)控制理論在數(shù)控加工領(lǐng)域的應(yīng)用，也稱為自適應(yīng)控制 ((Adaptive Control)。馬宏余等進(jìn)行了基于銑削特征的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡生成方法的研究。 Alan C. Lin, and HaiTerng Liu 提出通過(guò)由接觸或非接觸測(cè)量裝置得到的大量的數(shù)據(jù)點(diǎn)直接生成 3軸數(shù)控加工的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡生成方法和算法。它的目的是使一般的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡生成方法適合加工含有分解的曲線、曲面或雕塑曲面的零件。該算法具有等參數(shù)法生成刀具運(yùn)動(dòng)軌跡簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了用等參數(shù)法生成刀具運(yùn)動(dòng)軌跡可能產(chǎn)生的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡冗余的缺點(diǎn)。湯進(jìn)等提出了覆蓋點(diǎn)集及其相關(guān)的概念，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種基于等參線離散裁剪的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃算法，可在滿足 指定精度的情況的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡優(yōu)化，顯著提高效率。張力等提出環(huán)切區(qū)域加工分步式刀具運(yùn)動(dòng)軌跡生成算法。 數(shù)控加工刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的研究 多坐標(biāo)數(shù)控加工刀具運(yùn)動(dòng)軌跡生成是數(shù)控編程的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者和工程技術(shù)人員對(duì)此進(jìn)行了大量的研究工作 ，針對(duì)不同的加工對(duì)象提出了許多實(shí)用的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡生成方法，并得到了廣泛的應(yīng)用。因此，以提高數(shù)控切削加工效率、降低加工成本、獲得高質(zhì)量產(chǎn)品為目的而進(jìn)行的數(shù)控切削加工優(yōu)化的研究，對(duì)提高數(shù)控加工經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義 本課題旨在通過(guò)對(duì)數(shù)控切削加工參數(shù)優(yōu)化的研究而自動(dòng)獲得最佳切削參數(shù)，進(jìn)而達(dá)到提高數(shù)控切削加工效率，降低加工成本，并獲得高質(zhì)量產(chǎn)品的目的。如果選擇不當(dāng)，不僅難以保證工件加工精度及控制加工成本，而且可能因切削力過(guò)大等原因造成機(jī)床被迫停機(jī)，影響數(shù)控機(jī)床效能的正常發(fā)揮。而運(yùn)用現(xiàn)代切削理論、數(shù)學(xué)建模和模型分析方法尋求切削參數(shù)的最優(yōu)組合，則是切削參數(shù)優(yōu)化的一個(gè)重要發(fā)展方向。 切削參數(shù)的選擇是制定機(jī)械零件加工工藝的一個(gè)重要方面，選擇的恰當(dāng)與否，將直接影響到成品的質(zhì)量、生產(chǎn)率、加工成本等，然而由于影響切削參數(shù)的因素繁多，影響因素之間又相互交叉、相互制約，因而確定最佳的切削參數(shù)較為困難。 在數(shù)控加工中，正確合理地選擇切削參數(shù)對(duì)確保產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本起著十分重要的作用。同時(shí)隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的口趨激烈，具有復(fù)雜曲面的產(chǎn)品越來(lái)越多，零件復(fù)雜度也不斷的增加，例如復(fù)雜曲面在加工過(guò)程中工件的幾何形狀不斷改變，僅憑人的經(jīng)驗(yàn)和查閱資料很難合理給出進(jìn)給速度，為安全起見(jiàn)，工藝人員往往根據(jù)最壞的切削條件選擇切削參數(shù)，并在整個(gè)工序中基本維持不變，較大的冗余造成數(shù)控機(jī)床利用率不高，限制了機(jī)床效能的充分發(fā)揮。以提高數(shù)控切削加工效率，降低加工成本，獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品為目的，進(jìn)行數(shù)控切削參數(shù)優(yōu)化的研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。 數(shù)控加工切削參數(shù)是數(shù)控切削加工過(guò)程中的基本控制量。 隨著社會(huì)的多樣化需求和其相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控加工將向更廣 領(lǐng)域和更深層次發(fā)展。數(shù)控加工技術(shù)是現(xiàn)代自動(dòng)化、柔性化及數(shù)字化生產(chǎn)加工技術(shù)的基礎(chǔ)與關(guān)鍵，它的發(fā)展和運(yùn)用，開(kāi)創(chuàng)了制造業(yè)的新時(shí)代，使普通機(jī)械被數(shù)控機(jī)械所代替，全球制造業(yè)發(fā)生了根本性變化。制造系統(tǒng)正向著數(shù)字化、集成化、并行化、網(wǎng)絡(luò)化及柔性化的方向發(fā)展。提出一種切削加工藝參數(shù)優(yōu)化的方法，采用該方法獲得的切削參數(shù)能有效地提高加工效率，將工藝人員從大量的手工重復(fù)勞動(dòng)中解放出來(lái)，并實(shí)現(xiàn)切削參數(shù)選取的科學(xué)化、合理化、規(guī)范化，為企業(yè)創(chuàng)造出良好的經(jīng)濟(jì)效益。 這里主要討論了在數(shù)控機(jī)床上的切削加工中，求取優(yōu)化的切削用量的方