收稿日期:2010-02-24
基金项目:本文为北京工业职业技术学院2009年院立课题,项目编号:BGZ Y2009KT19。
作者简介::陈金英(1976-),女,山东汶上人,工程硕士,讲师,主要从事数控专业教学及数控加工研究工作。
数控机床切削颤振监测与预报技术的发展
陈金英
(北京工业职业技术学院,北京100042)
摘 要:介绍了在机械制造行业与切削加工领域中数控机床切削颤振的理论研究与进展情况,分析了监测与预报的发展现状以及得出控制机床切削颤振的最优方法,具有一定的实用价值。
关键词:切削颤振;监控;颤振预报
中图分类号:TH 161+.6 文献标识码:A 文章编号:1671-6558(2010)02-21-03
On the Develop m ent of CNC Cutti ng Chatter M onitori ng and Forecasti ng Technology
Chen Ji n y ing
(Be ijing Po l y technic Co llege ,Be iji n g 100042,China)
Abst ract :This article descri b es the condition o f theory research on C NC cu tti n g chatter and its pr ogress i n m echani
ca lm anufacturi n g industr y and m achining area .It ana lyses the presen t situation o fm on ito ri n g and forecasting and w orks out the opti m a lm ethod f o r the con tro l o f C NC cutti n g c hatter ,wh ich is o f practical va l u e .K ey w ords :cutting chatter ;m on itoring ;fl u tter forecast
0引言
数控机床切削颤振产生的原因复杂。振动时,将产生动态切削力,并在工件的加工表面残留明显的、有规律的振纹,这种现象的振动属于自激振动,简称颤振;强烈振动还会产生很大的噪声,污染环境,危害操作者的健康;在生产实践中,一般来说希望机床不产生振动。颤振产生的原因和发生、发展的规律及切削加工过程本身与金属切削机床动态特性有着内在本质联系,影响因素较多,是一种较复杂的机械振动现象。切削颤振一直是机械制造行业与切削加工领域的一项主要研究课题,同时发展出机
床动力学、切削动力学的学科分支。
近年来随着社会和工厂自动化的发展,机械加工的柔性化要求切削加工可对不同的工件并在不同工作条件下进行,因此通过传统的方法往往不能从根本上杜绝颤振现象的出现。振动已成为机械加工中提高生产效率的主要障碍之一,因此实现对其进行在线监测预报和控制颤振发生成为改善切削系统稳定性的一项主要技术。
1数控机床切削颤振的理论研究与进展1.1理论研究
1907年Taylor 在其著作中阐述颤振产生的理
第9卷 第2期2010年4月
北京工业职业技术学院学报
J OURNAL OF BEIJI NG P OLYTECHN I C COL LEGE
2Vo.l 9
Apr .2010
论时认为:形成不连续切削的周期与工件、刀架或者机床的传动机构中的任一部分振动的固有周期相同,则是产生颤振的主要原因之一。伴随着加工精度、生产效率、自动化与集成化程度的提高,现代化的计算机集成制造系统(C I M S)与柔性制造系统(F M S)促进了切削颤振的在线监控与控制技术的进一步发展。由于计算机的发展和深入应用,各学科和各部门之间也日益渗透和交叉,从而为切削颤振的研究提供了广阔的理论基础和技术手段,使得无论是在理论上还是在实际应用方面对切削颤振的研究都有了深刻的变化。
1.1.1机床切削颤振的定义
金属切削过程中表现为刀具与工件之间强烈的自激振动称为颤振!。振动所产生的噪声能刺激操作工人,并引起工人疲劳,降低工作效率,还能使机床零件过早出现疲劳破坏,从而使零件的强度、可靠性和安全性急剧下降,机床的振动还会引起加工工件的表面精度和光洁度下降,降低刀具使用寿命和生产率。
1.1.2切削振动的分类
依照切削颤振的受力形式不同来划分,机床工作时通常所发生的振动基本上有2大类:第1类是受迫振动,第2类是自激振动。
(1)受迫振动。是传动机构中的不平衡力、断续切削的冲击力等多种形式的干扰力对机床结构持续作用的结果。
(2)自激振动。是在机床中如产生回转主轴(或与工件联系、或与刀具联系)系统的扭转或者弯曲等现象属于自激振动;立柱、横梁、床身等支撑件的弯曲或扭摆,切屑形成的周期性颤振和整台机床的摇晃,此外机床工作台等移动部件在低速运行时所发生的张驰摩擦自激振动(通称爬行)等等也属于自激振动。
依照切削颤振的物理形成原因来划分基本上有3大类:第1类是振型耦合型颤振;第2类是摩擦型颤振;第3类是再生型颤振。
由于机床切削颤振的研究开始于颤振的机理与模型的研究,人们对摩擦型颤振和振型耦合型颤振的研究资料不太多,很多研究侧重于在再生型颤振方面。
振型耦合型颤振是指由于振动系统在2个方向上的刚度相近,导致2个固有振型相接近时而引起的颤振。由J.T l u sty首次提出,后来也有不少学者进行这方面的研究,通常都是取2个自由度线性系统定为研究对象,利用振动理论的模态分析法得到系统的特征方程与稳定性条件。于俊一等利用耦合型颤振模型,研究了机床主轴刚度方位对切削稳定性的影响,Gasparetto建立了耦合模型对刀具的稳定及不稳定轨迹进行了研究并得到了切削稳定性条件。
摩擦型颤振是指在切削速度方向上刀具与工件之间的相互摩擦所引起的颤振,1946年K.N.A rno l d 提出其产生机理以来,这方面有不少的研究与讨论。1970年J.T l u sty提出速度分量原理!以后,大部分研究集中在切削力的动态特性和切削速度变化方面。陈花玲等用迟滞非线性理论建立了新的颤振理论模型,并利用等效线性方法确定了该模型的稳定阈的近似解,得到了三维稳定性图。刘习军等建立了由刀架弹性子系统和工件弹性子系统在非线性动态切削力耦合下的多自由度理论模型,揭示了系统存在内共振的机理,是速度型颤振研究的一个新的思路。
再生型颤振是指由于上次切削所形成的振纹与本次切削的振动位移之间的相位差导致刀具的切削厚度的不同而引起的颤振,1954年由R.S.H ahn首次提出,1988年J.T lusty等在线性模型范围内研究。再生型颤振的非线性理论是自1963年C.J.H ook等发现有限振幅不稳定现象才开始研究,考虑了切削过程与机床结构的非线性素。师汉民等建立了非线性、变时滞的微分差分方程,吴雅等根据其方程提出了强迫生颤振理论,并通过计算机仿真研究了其谱阵特征,得出了强迫再生颤振的判别方法。孔繁森和于骏一在机床切削颤振分析中首次考虑了模糊不确定性因素的影响,利用模糊数学分析方法详细论述了切削过程再生颤振的模糊性分析问题,给出了模糊稳定性极限切削宽度集合的可能性分布及其置信区表达式,最后依据理论分析,经计算机编程绘制了模糊稳定性图。
1.2近几年机床颤振领域的研究变化
随着计算机技术的发展与使用,20世纪90年代机床切削颤振的研究也发生了巨大变化,更加深入的使用计算机模拟技术研究机床切削颤振,许多资料研究表明其主要集中于机床颤振控制领域。盖玉先和董申等提出了将空气弹筑隔振系统和模糊控制系统相结合的方法,用于亚微米超精密车床的振动控制。黄田等利用带有自调整因子的模糊控制策略和最大乘积法模糊域控制规则,提出一种铣削加工过程恒力模糊控制方法。此方法具有响应快、超
22 北京工业职业技术学院学报 第9卷
调小、自寻优等特点,并有效地克服传统恒力切削自适应控制中的模型失配及因数控进给速率有限分档造成的失稳问题。最后通过实验证明了在切深渐变和突变工况下该方法的正确性和有效性。
2数控机床切削颤振的监测研究与预报
由于人工智能化技术的快速发展,切削颤振的早期预报也慢慢朝着智能方向发展。专家系统、模糊识别与人工神经元网络的方法理论,在切削颤振预报中的成功使用并增大了预报系统的判别速度与容错能力。寻求替代人来监视加工过程的振动状态的科学技术,就促使了切削颤振监视技术的快速发展。
2.1机床切削颤振的监测技术研究
利用机械加工过程中出现的各种物理信息(如声、光、电、力、力矩、振动和功率等),用技术先进的传感器接收信号,对其进行信息传输、处理,由分析与处理的结果来实现机床切削过程颤振情况进行监测,并对其进行预报发展趋势。早期研究预报颤振的关键是在发现颤振预兆后采取措施抑制颤振的进一步发展,为了保证预报的快速性,又不出现误判和漏判就要保证其准确性。因此颤振监测技术由选用传感信号、提取特征信号和预报判决3个部分组成。
2.1.1选用传感信号
国内外研究人员多采用测振传感器,从振动信号中提取表征颤振预兆的特征量。如通口峰夫等通过监测车削中工件弯曲振动位移,用其均方值作为特征量,当均方值突然增大时,判断颤振将要发生;Tar ng 等预报颤振是依靠工件振动位移信号波形的谐振波成分;而杨叔子等曾经采用振动信号对切削颤振进行监测。也有学者利用切削力中的动态成分预报识别切削颤振,如Tar ng等在钻削加工中预报颤振是利用切深抗力中颤振时的动态成分功率谱的窄带特性。除了力与振动信号外,还可以通过监测切削颤振产生及存在的物理机制紧密联系的一些传感信号,如李晓谦等监测切削过程颤振是采用声发射传感器,因为声发射传感器可以有效地避免外界干扰信号的影响。除此之外,Rahm an利用了工件弯曲时变形位移信号的大小确定是否发生颤振。因此切削颤振早期预报的首要条件是根据切削系统和颤振预兆的特性,正确地选取传感信号及时反映颤振预兆出现。选择好传感信号即为确定了使用的传感器。
2.1.2提取特征信号
在实际应用中,直接根据传感信号判断切削颤振预兆何时出现是比较困难的,需要我们从传感信号中提取对切削振动变化敏感与切削振动有关的特征量。使用有关信号处理的方法,把传感信号变换为特征量,我们在传感信号的时域和频域中都可以提取特征量,提取的方法比较多。
时域中主要采用概率统计分析的方法。最常用的预报颤振的特征量有方差、切削力概率分布函数、自相关系数、振动位移的幅值等方法。另外,于骏一等采用振动信号时域波形的不规则度系数进行颤振的预报。
2.1.3预报判决
颤振预报判决的准确性取决于特征量判决阈值的合理性及其选择的准确程度。在进行颤振预报时如采用振动信号方差作为特征量,虽然速度快、计算简单,但是易于产生漏判和误判。一方面因为随加工条件的改变,判别的阈值不容易确定;另一方面因为信号方差易受噪音信号的干扰。许多学者在这方面做了大量的研究,Y eh对阈值的设定采用动态调整的方法以提高准确性;Tan sel采用BP网络识别切削振动信号的波形和振动频率,以此来预报颤振;王民等利用模糊BP网络将人类专家知识融入神经元网络,提高了网络学习、判别的速度。我们还必须进一步深入研究下去,积极将当前相关学科的先进理论技术引入到颤振早期预报中去。
2.2机床切削颤振的预报与控制
2.2.1预报参数的方法
正确选择颤振征兆识别参数是预报准确的关键所在,既不能漏报、也不能慌报;在充分考虑采集信号和处理数据的简便易行的前提下,让监测系统在短时间内完成振动信号的采集参数计算预报并向控制系统发出预报控制信号。近年来,国内外研究学者提出了许多颤振征兆识别参数,其中一些预报参数则预报既准确和又及时的特点。可以采用振动时域波形的不规则系数和似然比检验统计量两种方法能够早期预报切削颤振。
2.2.2机床切削颤振的实时控制
最常用的颤振实时控制方法是在线调整机床主轴转速。原有机床主轴转速究竟往上或往下调整多大才能够使机床加工系统进入切削颤振的稳定区是比较困难的问题,适用于某一切削工况的转速调整量,可能不适用另一切削工况。切削颤振发生发展过程非常短暂,可以说是瞬时完成的,从出现颤振征兆到爆发,通常需要大约1s的时间。1992年Sm ith 提出一种能将主轴转速自动调整到稳定区的办法,即为机床主轴转速寻优控制方法。
(下转第33页)
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第2期 陈金英:数控机床切削颤振监测与预报技术的发展
多,规范、简洁,表现和内容分离,利于搜索引擎蜘蛛机器人抓取,页面载入快,重构简单。
5小结
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通过D i v+Css方式优化后的首页文件大小为41.4KB,比原首页文件(65.7KB)缩小了37%;在进行的5次访问时间测试中,新首页访问平均速度比原首页提高12%,如表1所示。
表1 访问时间比较 s
访问次数访问时间(原首页)访问时间(改版首页)
11.782145023345901.7549719810486
21.999094009399401.8990449905396
31.968251943588301.9403929710388
42.117952108383201.8199567794800
51.97609686851501.85919690132140
平均2.145327997207641.8780927181244
参考文献
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(责任编辑:王 佼)
(上接第23页)
3结束语
随着机械领域对加工质量的进一步提高,机床颤振的研究也必将进一步扩大与加强,同时也不断地深入与其它学科的交叉。由于计算机技术的快速发展与广泛使用,利用各种仿真软件(如LABv ie w)对机床的动态过程进行仿真分析,对机床动态过程的进行仿真,实时监测机床的运转状态。
参考文献
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(责任编辑:王 佼)
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第2期 郝 雪:W e b2.0技术在企业网站建设中的应用
CNC加工中心刀具的选择与切削用量 的确定 收藏此信息打印该信息添加:佚名来源:未知 刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容,它不仅影响数控机床的加工效率,而且直接影响加工质量。CAD/CAM技术的发展,使得在数控加工中直接利用C AD的设计数据成为可能,特别是微机与数控机床的联接,使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成,一般不需要输出专门的工艺文件。 现在,许多CAD/CAM软件包都提供自动编程功能,这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关问题,比如,刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等,编程人员只要设置了有关的参数,就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工。因此,数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的,这与普通机床加工形成鲜明的对比,同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则,在编程时充分考虑数控加工的特点。本文对数控编程中必须面对的刀具选择和切削用量确定问题进行了探讨,给出了若干原则和建议,并对应该注意的问题进行了讨论。 1.数控加工常用刀具的种类及特点 数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点,一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上,因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。 根据刀具结构可分为: 1)整体式; 2)镶嵌式,采用焊接或机夹式连接,机夹式又可分为不转位和可转位两种; 3)特殊型式,如复合式刀具,减震式刀具等。
根据制造刀具所用的材料可分为: 1)高速钢刀具; 2)硬质合金刀具; 3)金刚石刀具; 4)其他材料刀具,如立方氮化硼刀具,陶瓷刀具等 从切削工艺上可分为 : 1)车削刀具,分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种; 2)钻削刀具,包括钻头、铰刀、丝锥等; 3)镗削刀具; 4)铣削刀具等。 为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求,近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用,在数量上达到整个数控刀具的30%~40%,金属切除量占总数的80%~90%。 数控刀具与普通机床上所用的刀具相比,有许多不同的要求,主要有以下特点: 1)刚性好(尤其是粗加工刀具),精度高,抗振及热变形小; 2)互换性好,便于快速换刀; 3)寿命高,切削性能稳定、可靠; 4)刀具的尺寸便于调整,以减少换刀调整时间; 5)刀具应能可靠地断屑或卷屑,以利于切屑的排除; 6)系列化,标准化,以利于编程和刀具管理。 2.数控加工刀具的选择
数控技术结课论文 题目: 超高速切削技术的发展现状及趋势 学 部 信息科学与工程学部 学科门类 工学 专 业 XXXXXX 学 号 XXXXXXXXXX 姓 名 XXXXXX 指导教师 XXXX 20XX 年XX 月XX 日 装 订 线 河北大学工商学院
超高速切削技术的发展现状及趋势 摘要 当前机械制造业领域中先进制造技术的应用越来越广泛而深入,超高速加工技术作为先进制造技术的重要组成部分,也已被积极地推广使用。本文主要针对于先进制造技术中超高速切削这一方面做了广泛的调查研究,阐述了什么是超高速切削技术以及超高速切削技术的发展现状,并对超高速切削技术在国内和国外的发展做了具体仔细的分析比较,就超高速切削技术的未来发展趋势做了简明的分析。 关键词:先进制造;高速切削;数控机床;发展现状 The present status and development trend of high speed cutting technology ABSTRACT Application of the current field in mechanical manufacturing industry and advanced manufacturing technology more widely and deeply, ultra high speed cutting technology is an important part of advanced manufacturing technology, has also been actively promoting the use of. In this paper, aiming at the super advanced manufacturing technology of high speed cutting this has done extensive research, mainly expounds what is ultra high speed cutting technology and the high speed cutting technology development status, and make a specific careful analysis on the two aspects of high speed cutting tool and the high speed cutting technology of high speed cutting technology, the future development trend ultra high speed cutting technology has made the concise analysis. Key words:Advanced manufacturing;High speed cutting;CNC machine tool;Development Status
普通螺纹底孔刀号钻头转速钻头进给丝锥转速丝锥进给细螺纹底孔直径通用管螺纹 底孔直径钻头转速钻头进给M4×0.7 3.33950901/4″11.5600160 M5×0.8 4.24900904453562/8″15430120 M6×155(198501804254251/2″18.7340100 M8×1.25 6.76(20800200500625 3/4″24.2270150M10×1.58.57(21700300500750M12×1.2510.7 M12×1.7510.28(22630280500875M16×1.514.5 M16×213.99(23460220400800M20×1.518.5 M20×2.517.410(24365180320800M20×1.518.5 M24×32111(25340160250750 M30X3.526.5250125200700 M10×1912(26700180500500 NPT1/8″8.714 7001807、对丝锥:因为孔加工刀具对刀时是以钻尖或丝锥端中心为刀位点,攻螺纹时,由于丝锥切削部分有锥角,端部不能切出完整的牙型,注:若攻不通孔螺纹,底孔深度:D钻=h有效+0.7D+0.3D底孔。 6、对钻头加工倒角,大小采用估算法,手轮进给倒角,切削一定深度后,退出游标卡尺测量,一般比螺纹孔径大3-4mm。 CNC机床常用普通螺纹钻孔参数表
丝锥钻入深度应大于螺纹有效深度。一般可取:H丝=h有效+0.7D。D为螺纹大径。 8、中心钻应短,有良好的刚度。 1、先铣削上表面,再加工螺纹,若表面无要求,则可不铣面。 加工过程: 2、加工螺纹的方法:先用中心钻加工底孔的中心孔,再钻底孔,然后对底孔倒角,最后攻丝。 公司为提高效率,在点孔时,点的稍大些,连倒角一起做了。 3、孔加工循环的选择,中心钻选用G82,底孔加工选用G81,倒角选用G82,螺纹若是右旋,选用G84。 4、孔加工循环的高度平面选择:a:Z向R高度:对G81、G82,为螺纹孔上表面以上3-5mm,对G84应大些,为10mm以上。 b:初始平面高度:为螺纹孔上表面以上20mm。公司选用100mm。 5、孔底面高度:对底孔钻,考虑到钻头角度以及孔是通孔的因素,取螺纹孔下表面下方0.3D底孔。
数控机床与数控技术综述报告 【摘要】数控机床——是数字控制机床的简称,是一种装有程序控制系统的自动化机床。数控机床与普通机床的主要区别在于:数控机床带有数控系统(程序控制系统),可以通过编制程序来实现自动化加工。而普通机床没有该特性。本文在介绍数控机床特点的基础之上,根据我国数控技术的现状,分析了国家在数控技术领域的研究工作以及国内外机床的发展趋势 【关键词】数控机床数控研究发展趋势 引言 数控机床及由数控机床组成的制造系统是改造传统产业、构建数字化企业的重要基础装备,它的发展一直备受人们关注。数控机床以其卓越的柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目,它开创了机械产品向机电一体化发展的先河,因此数控技术成为先进制造技术中的一项核心技术。另一方面,通过持续的研究,信息技术的深化应用促进了数控机床的进一步提升,进入21世纪,我国机床制造业既面临着提升机械制造业水平的需求而引发的制造装备发展的良机,也遭遇到加入WTO后激烈的市场竞争的压力。从技术层面上来讲,加速推进数控技术将是解决机床制造业持续发展的一个关键。 1.数控机床概述 1.1 数控机床的特点: 数控机床对零件的加工过程,是严格按照加工程序所规定的参数及动作执行的。它是一种高效能自动或半自动机床,与普通机床相比,具有以下明显特点:(1)适合于复杂异形零件的加工数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件的加工,因此在宇航、造船、模具等加工业中得到广泛应用。(2)加工精度高 (3)加工稳定可靠实现计算机控制,排除人为误差,零件的加工一致性好,质量稳定可靠。 (4)高柔性加工对象改变时,一般只需要更改数控程序,体现出很好的适应性,可大大节省生产准备时间。在数控机床的基础上,可以组成具有更高柔性的自动化制造系统—FMS。
1. 论述高速切削的特点。 材料去除率高,切削力较小,工件热变形小,工艺系统振动小,可加工各种难加工材料,可实现绿色制造,简化加工工艺流程。高速切削追求高转速、中切深、快进给、多行程的加工工艺,高速切削加工可大大降低加工表面粗糙度,加工表面质量可提高1~2等级。加快产品开发周期,大大降低制造成本。 2.阐述高速切削技术研究体系、关键技术。 数控高速切削加工技术是建立在机床结构与材料、高速主轴系统、高性能CNC控制系统、快速进给系统、高性能刀具材料、数控高速切削加工工艺、高效高精度测试技术等许多相关的软件和硬件技术基础之上的一项复杂的系统工程,是将各单元技术集成的一项综合技术。关键技术:高速切削机理;高速切削刀具技术;高速切削机床技术;高速切削工艺技术;高速加工的测试技术。 3.阐述高速切削发展趋势。 机床结构将会具有更高的刚度和抗振性,使在高转速和高级给情况下刀具具有更长的寿命;将会用完全考虑高速要求的新设计概念来设计机床;在提高机床进给速度的同时保持机床精度;快换主轴;高、低速度的主轴共存;改善轴承技术;改进刀具和主轴的接触条件;更好的动平衡;高速冷却系统。(新一代高速大功率机床的开发和研制;新一代抗热振性好、耐磨性好、寿命长的刀具材料的研制及适宜于高速切削的刀具结构的研究;进一步拓宽高速切削工件材料及其高速切削工艺范围;高速切削机理的深入研究;高速切削动态特性及稳定性的研究;开发适用于高速切削加工状态的监控技术;建立高速切削数据库,开发适于高速切削加工的编程技术以进一步推广高速切削加工技术;基于高速切削工艺,开发推广干式(准干式)切削绿色制造技术;基于高速切削,开发推广高能加工技术) 4结合典型工件材料和加工工艺方法,讨论高速切削的速度范围。 (1)根据工件材料:刚才380m/min以上、铸铁700m/min以上、铜材1000m/min以上、铝材1100m/min以上、塑料1150m/min以上时,认为是合适的速度范围。(2)根据加工工艺方法:车削700~7000m/min,铣削300~6000m/min,钻削200~1100m/min,磨削5000~10000m/min,认为是合适的速度范围。 5讨论高速切削加工的切削力变化规律。 (1)切削用量对切削力的影响:背吃刀量ap增大,切削力成正比增加,背向力和进给力近似成正比增加。进给量f增大,切削力与增大,但切削力的增大与f不成正比(75%)(2)工件材料对切削力的影响:较大的因素主要是工件材料的强度、硬度和塑性。a材料的强度、
文献综述 ——机床状态监控系统的设计 1.前言 为了使数控机床加工过程安全、可靠、高效、高质量地进行,对加工设备进行状态监测就变得非常重要。本文分析了数控机床状态监测的主要内容,论述了设备状态监测系统的基本组成和状态监测系统实现的关键技术,并针对数控机床的加工过程,总结数控机床状态监测系统的工作流程和系统实现的具体结构。 2.主题 目前,国内大多数机床监控系统属于专用系统,其开放性较差,已不能满足当今制造业的发展需求,属于工厂内部典型的“自动化孤岛”。而计算机软件技术及工业控制网络技术的发展,使得工厂自动化设备的互联成为可能。机床信息采集与监测技术研究已经得到许多科技工作者的高度重视。 数控机床多用PLC控制,同时计算机网络是快捷、高效、广普的信息传递媒介。PC—PLC网络因而成为数控机床数据采集与监控的主要研究方向。但是一方面由于数控机床的封闭性,实际应用中很难直接从PLC读取机床的各种信息;另一方面,一些数控机床厂商如SIEMENS,FANUC等开发有针对自己机床数据采集与监测的软件,但是大多价格昂贵[1~5]。 随着技术的进步,制造业设备的复杂程度和智能化程度不断提高,然而复杂设备因其结构的复杂性,而使其在提高功能或性能时,给系统的可靠性、安全性、可用性、经济性等方面带来了一系列难题,系统发生故障或失效的潜在可能性也越来越大[6]。对设备自动化加工过程进行状态监测的主要目的就是要保证加工系统的安全运行,合理并优化使用自动化设备,避免设备故障,保证加工工件质量,减少额外的辅助工作时间,提高生产效率和设备利用率。同时,设备的状态监测也是对设备进行故障诊断的基础[7]。 数控机床状态监测是指对数控机床加工过程中的某些工作状态数据进行数据采集和处理,通过将实际特征参数与正常值进行比较,从而掌握数控机床的实际工作状态,了解设备工作是否正常合理,同时为故障诊断和预测提供依据。主要包括机床状态监测、刀具状态监测、加工过程监测和加工工件质量监测等4个方面。数控机床的加工过程是一个复杂的物理化学过程,对其进行状态监测涉及很多相关技术。一般的设备状态监测与故障诊断系统主要包括信息获取、特征提取和状态识别3个主要方面。其实无论是状态监测还是故障诊断与预测,数据采集、传输与处理是基础。设计一个状态监测系统,其关键是要设计一个合理的数据采集与处理系统来实现状态监测。
具的选择和切削用量的确定 刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容,它不仅影响数控机床的加工效率,而且直接影响加工质量。CAD/CAM技术的发展,使得在数控加工中直接利用CAD 的设计数据成为可能,特别是微机与数控机床的联接,使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成,一般不需要输出专门的工艺文件。 现在,许多CAD/CAM软件包都提供自动编程功能,这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关问题,比如,刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等,编程人员只要设置了有关的参数,就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工。因此,数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的,这与普通机床加工形成鲜明的对比,同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则,在编程时充分考虑数控加工的特点。本文对数控编程中必须面对的刀具选择和切削用量确定问题进行了探讨,给出了若干原则和建议,并对应该注意的问题进行了讨论。 一、数控加工常用刀具的种类及特点 数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点,一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上,因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为:①整体式;②镶嵌式,采用焊接或机夹式连接,机夹式又可分为不转位和可转位两种;③特殊型式,如复合式刀具,减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为:①高速钢刀具;②硬质合金刀具;③金刚石刀具;④其他材料刀具,如立方氮化硼刀具,陶瓷刀具等。从切削工艺上可分为:①车削刀具,分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种;②钻削刀具,包括钻头、铰刀、丝锥等;③镗削刀具;④铣削刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求,近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用,在数量上达到整个数控刀具的30%~40%,金属切除量占总数的80%~90%。 数控刀具与普通机床上所用的刀具相比,有许多不同的要求,主要有以下特点: ⑴刚性好(尤其是粗加工刀具),精度高,抗振及热变形小; ⑵互换性好,便于快速换刀; ⑶寿命高,切削性能稳定、可靠; ⑷刀具的尺寸便于调整,以减少换刀调整时间; ⑸刀具应能可靠地断屑或卷屑,以利于切屑的排除; ⑹系列化,标准化,以利于编程和刀具管理。
高速切削加工技术 在现代机械切削加工技术中,高速切削正在越来越多地被人提及,其技术已开始被使用,随之而来的,首先是高速机床,那么,高速切削与传统切削技术究竟有什么不同? 其实现的条件是什么? 实现它有哪些益处? 其适用性怎么样呢? 本文将试图回答这些问题,并且尽可能结合目前在世界上居领先水平的瑞士MIKRON公司的机床的结构、特点来分析,用它同目前国内仍在普遍应用的传统的加工方法和切削理论相比较,促进高新技术在国内的应用和普及。 缩短加工时的切削与非切削时间,对于复杂形状和难加工材料及高硬度材料减少加工工序,最大限度地实现产品的高精度和高质量,是我们提高劳动生产率、实现经济性生产的一个重要的目标。有人认为,一提高速加工,就是主轴转速要几万转;只要主轴转速一达到几万转,就可以实现高速切削,这其实是不全面的。 随着科学技术的发展,现代机床已经具备了下面的条件,也只有具备这些条件,才会使得高速切削成为可能。 1.机电一体化的主轴,即所谓电主轴。现代化的主轴是电机与主轴有机地结合成一体,采用电子传感器来控制温度,自有的水冷或油冷循环系统,使得主轴在高速下成为“恒温”;又由于使用油雾润滑、混合陶瓷轴承等新技术,使得主轴可以免维护、长寿命、高精度。由于采用了机电一体化的主轴,减去了皮带轮、齿轮箱等中间环节,其主轴转速就可以轻而易举地达到0~42000r/min,甚至更高。不仅如此,由于结构简化,造价下降,精度和可*性提高,甚至机床的成本也下降了。噪声、振动源消除,主轴自身的热源也消除了。MIKRON公司便采用了本集团“STEP-TEC”公司生产的电主轴,这种电主轴采用了其特别的、最先进的矢量式闭环控制、高动平衡的主轴结构、油雾润滑的混合陶瓷轴承,可以随室温调整的温度控制系统,确保主轴在全部工作时间内温度衡定。 何为矢量式闭环控制呢?其实就是借助数/模转换,将交流异步电动机的电量值变换为直流电模型,这样,既可实现用无电刷的交流电机来实现直流电机的优点,即在低转速时,保持全额扭矩,功率全额输出,主轴电机快速起动和制动。以UCP710机床切削45#钢为例,用STEP-TEC 的主轴铣削,铣刀直径?63mm, 主轴转速为1770r/min,金切量为540cm3/min;在无底孔钻孔时,钻头直径?50mm, 转速1350r/min,可一次钻出,而无需常用的先打中心孔,而后钻孔再扩孔的方法。 2.机床普遍采用了线性的滚动导轨,代替过去的滑动导轨,其移动速度、摩擦阻力、动态响应,甚至阻尼效果都发生了质的改变。用手一推就可以将几百公斤甚至上千公斤的重工作台推动。其特有的双V型结构,大大提高了机床的抗扭能力;同时,由于磨损近乎为零,导轨的精度寿命较之过去提高几倍。又因为配合使用了数字伺服驱动电机,其进给和快速移动速度已经从过去最高的6m/min,提高到了现在的20~60m/min,MIKRON公司的最新型机床使用线性电机,进给和快移速度可达80m/min。 3.目前最先进的数控系统已经可以同时控制8根以上的轴,实现五轴五联动,甚至六轴五联动,多个CPU,数据块的处理时间不超过0.4ms;同时,均配置功能强大的后置处理软件,运算速度快,仿真能力强且具备程序运行中的“前视”功能,随时干预,随时修改。外接插口,数据传输速度快,甚至可以与以太网直联;加上全闭环的测量系统,配合使用数字伺服驱动技术,机床的线性移动可以实现1~2g的加速和减速运动。 4.机床床身结构进一步优化,现代机床均采用落地式床身,整体铸铁结构,龙门式框架的主轴立柱,尽可能由主轴部件来实现二轴甚至三轴的线性移动,考虑到刀具重量的变化极小,这样,在工件乃至工作台不进行快速线性移动的情况下,机床快速线性移动的部件的重量近乎常量,因此,更容易实现快速加速和减速情况下的运动惯量及实现动态平衡,减少由于动态冲击所带来的
fanuc数控系统参数表 FANUC系统有很丰富的机床参数,为数控机床的安装调试及日常维护带来了方便条件。根据多年的实践,对常用的机床参数在维修中的应用做一介绍。 1.手摇脉冲发生器损坏。一台FANUC 0TD数控车床,手摇脉冲发生器出现故障,使对刀不能进行微调,需要更换或修理故障件。当时没有合适的备件,可以先将参数900#3置“0”,暂时将手摇脉冲发生器不用,改为用点动按钮单脉冲发生器操作来进行刀具微调工作。等手摇脉冲发生器修好后再将该参数置“1”。 2.当机床开机后返回参考点时出现超行程报警。上述机床在返回参考点过程中,出现510或511超程报警,处理方法有两种: (1)若X轴在返回参考点过程中,出现510或是511超程报警,可将参数0700LT1X1数值改为+99999999(或将0704LT1X2数值修改为-99999999)后,再一次返回参考点。若没有问题,则将参数0700或0704数值改为原来数值。 (2)同时按P和CAN键后开机,即可消除超程报警。 3.一台FANUC 0i数控车床,开机后不久出现ALM701报警。从维修说明书解释内容为控制部上部的风扇过热,打开机床电气柜,检查风扇电机不动作,检查风扇电源正常,可判定风扇损坏,因一时购买不到同类型风扇,即先将参数RRM8901#0改为“1”先释放 ALM701报警,然后在强制冷风冷却,待风扇购到后,再将PRM8901改为“0”。 4.一台FANUC 0M数控系统加工中心,主轴在换刀过程中,当主轴与换刀臂接触的一瞬间,发生接触碰撞异响故障。分析故障原因是因为主轴定位不准,造成主轴头与换刀臂吻合不好,无疑会引起机械撞击声,两处均有明显的撞伤痕迹。经查,换刀臂与主轴头均无机械松动,且换刀臂定位动作准确,故采用修改N6577参数值解决,即将原数据1525改为1524后,故障排除。 5.密级型参数0900~0939维修法。按FANUC 0MC操作说明书的方法进行参数传输时,密级型参数0900~0939必须用MDI方
数控机床的现状与发展 趋势综述
数控机床的现状与发展趋势 摘要:从20世纪中叶数控技术出现以来,数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点:加工柔性好,加工精度高,生产率高,减轻操作者劳动强度、改善劳动条件,有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控技术的应用,关键在于开发具有高速度、高精度、高稳定性的高新技术设备,在现有加工设备中,只有数控机床才有可能担当其重任。然而,要实现真正意义上的高速切削加工,数控机床还需向高速、高精度、柔性化、控制系统开放性、控制系统支撑软件和工厂生产数据管理方向迈进,才能适应现代制造业飞速发展的要求。 关键:高速化 / 高精度化 / 复合化 / 智能化 / 开放化 / 网络化 / 多轴化 / 绿色化 进入21世纪,我国经济与国际全面接轨,进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机,也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力,加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步,数控机床的应用范围还在不断扩大,并且不断发展以更适应生产加工的需要。本文简要分析了数控机床高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、网络化、多轴化、绿色化等发展趋势,并提出了我国数控机床发展中存在的一些问题。 一、数控机床的发展趋势 机械加工装备对促进制造技术发展的紧密关系和以数字化为特征数控机床是柔性化制造系统和敏捷化制造系统的基础装备。其总的发展趋势是:高精化、高速化、高效化、柔性化、智能化和集成化,并注重工艺实用性和经济性。 (一)高速化 随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用,对数控机床加工的高速化要求越来越高。 (1)主轴转速:机床采用电主轴(内装式主轴电机),主轴最高转速达 200000r/min;
数控机床加工的切削用量包括切削速度V c (或主轴转速n)、切削深度a p 和进给量f ,其选用原则与普通机床基本相似,合理选择切削用量的原则是:粗加工时,以提高劳动生产率为主,选用较大的切削量;半精加工和精加工时,选用较小的切削量,保证工件的加工质量。 1. 数控车床切削用量 1)切削深度a p 在工艺系统刚性和机床功率允许的条件下,尽可能选取较大的切削深度,以减少进给次数。当工件的精度要求较高时,则应考虑留有精加工余量,一般为0.1~0.5mm 。 切削深度ap 计算公式:a p = 式中: d w —待加工表面外圆直径,单位mm d m —已加工表面外圆直径,单位mm. 2)切削速度Vc ① 车削光轴切削速度V c 光车切削速度由工件材料、刀具的材料及加工性质等因素所确定,表1为硬质合金外圆车刀切削速度参考表。 切削速度Vc 计算公式: Vc= 式中: d —工件或刀尖的回转直径,单位mm n —工件或刀具的转速,单位r/min 表1 硬质合金外圆车刀切削速度参考表 2 m w d d
注:表中刀具材料切削钢及灰铸铁时耐用度约为60min。 ②车削螺纹主轴转速n切削螺纹时,车床的主轴转速受加工工件的螺距(或导程)大小、驱动电动机升降特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响,因此对于不同的数控系统,选择车削螺纹主轴转速n存在一定的差异。下列为一般数控车床车螺纹时主轴转速计算公式: n≤–k 式中:p—工件螺纹的螺距或导程,单位mm。k—保险系数,一般为80。 3)进给速度 进给速度是指单位时间内,刀具沿进给方向移动的距离,单位为mm/min,也可表示为主轴旋转一周刀具的进给量,单位为mm/r。 ⑴确定进给速度的原则 ①当工件的加工质量能得到保证时,为提高生产率可选择较高的进给速度。 ②切断、车削深孔或精车时,选择较低的进给速度。 ③刀具空行程尽量选用高的进给速度。 ④进给速度应与主轴转速和切削深度相适应。 ⑵进给速度V f的计算V f = n f 式中:n—车床主轴的转速,单位r/min。f—刀具的进给量,单位mm/r。 表2为硬质合金车刀车粗车外圆和端面进给量参考表,表3为按表面粗糙度选择进给量参考表。 表2 硬质合金车刀粗车外圆及端面进给量参考表
数控加工中切削用量的合理选择 【摘要】文章介绍了切削用量的三要素,并对数控机床加工时切削用量的合理选择进行了详细阐述,为数控机床编程与操作人员提供参考。 【关键词】切削用量;加工质量;刀具耐用度;选择原则。 前言:数控加工中切削用量的原则是,粗加工时,一般以提高生产率为主, 但也应考虑经济和加工成本;半精加工和精加工时,应在保证加工质量的前提下,兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册,并结合经验而定。切削用量是表示机床主运动和进给运动大小的重要参数。切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容,切削用量的大小对加工效率、加工质量、刀具磨损和加工成本均有显著影响 一、切削用量的选择原则 数控加工中选择切削用量,就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下,充分发挥机床性能和刀具切削性能,使切削效率最高,加工成本最低。 (一) 加工质量:加工质量分为加工精度和加工表面质量。 ⒈加工精度是指零件加工后实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数相符的程度。符合程度愈高,加工精度愈高。实际值与理想值之差称为加工误差,所谓保证加工精度,即指控制加工误差。 ⑴尺寸精度:加工表面的实际尺寸与设计尺寸的尺寸误差不超过一定的尺寸公差范围。在国标中尺寸公差分20级(IT01、IT0、IT1~IT18)。尺寸精度的获得方法: ①试切法:试切——测量——调整——再试切。用于单件小批生产。 ②调整法:通过预调好的机床、夹具、刀具、工件,在加工中自行获得尺寸精度。用于成批大量生产。 ③尺寸刀具法:用一定形状和尺寸的刀具加工获得。生产率高,但刀具制造复杂。 ④自动控制法:用一定装置,边加工边自动测量控制加工。切削测量补偿调整。 ⑵几何形状精度:加工表面的实际几何要素对理想几何要素的变动量不超过一定公差范围。在国标中形状公差有六项:直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度。几何形状精度的获得方法: 成形运动法 ①轨迹法:利用刀具与工件间的相对运动轨迹来获得形状。 ②成形法:利用成形刀具加工获得表面形状。 ③展成法:利用刀具与工件相对运动使工件被刀具切削成一定形状的包络线。 非成形运动法:人工修配、样板加工、划线加工等。 ⑶相互位置精度:加工表面的实际几何要素对由基准确定方向或位置的理想几何要素的变动量。在国标中位置公差有八项:平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动、全跳动。相互位置精度的获得主要由机床精度、
高速切削加工技术的现状和发展(1) 中国工程院院士、山东大学艾兴教授 一、概述 机械加工的发展趋势是高效率、高精度、高柔性和绿色化,切削加工的发展方向是高速切削加工,在发达国家,它正成为切削加工的主流。50年来,切削技术的极大进步说明了这一点:今天切削速度高达8000m/min,材料切除率达150~1500cm3/min,超硬刀具材料硬度达3000~8000HV,强度达1000Mpa,加工精度从10um到0.1um。干(准)切削日益广泛应用。随切削速度提高,切削力降低大致为25~30%以上;切削温度增加逐步缓慢;加工表面粗糙度降低1~2级;生产效率提高,生产成本降低。 高速切削技术不只是一项先进技术,它的发展和推广应用将带动整个制造业的进步和效益的提高。在国外,20世纪30年代德国Salomon博士提出高速切削理念以来,经半个世纪的探索和研究,随数控机床和刀具技术的进步,80年代末和90年代初开始应用并快速发展到广泛应用于航空航天、汽车、模具制造业加工铝、镁合金、钢、铸铁及其合金、超级合金及碳纤维增强塑料等复合材料,其中加工铸铁和铝合金最为普遍。 不同材料的高速切削加工速度范围 高速切削技术在国内起步较晚,20世纪80年代中期开始研究陶瓷刀具高速切削淬硬钢并在生产中应用,其后引起对高速切削加工的普遍关注,目前主要还是以高速钢、硬质合金刀具为主,硬质合金刀具切削速度≤100~200m/min,高速钢刀具在40m/min以内。但在汽车、模具、航空和工程机械制造业进口了一大批数控机床和加工中心,国内也生产了一批数控机床,随着高速切削的深入研究,这些行业有的已逐步应用高速切削加工技术,并取得很好的经济效益。 二、高速切削加工理论基础 (1) 切屑形成特征 不同材料在不同状态下的切屑形态: (a) 供货状态,切削速度127.2m/min (b)硬度325HB,切削速度125.5m/min
单元4 数控机床加工的切削用量 教学目的 1、了解数控机床的运动(主运动、进给运动); 2、了解数控机床加工刀具的角度及其作用; 3、了解数控机床加工中有关切削层的参数及其作用; 4、了解数控机床加工中的切削用量及其选用原则。 5、掌握常用不同材料零件在粗加工、半精加工和精加工时的切削用量选用; 教学重点 1、数控机床加工刀具的角度及其作用; 2、数控加工中粗加工、半精加工和精加工时的切削用量选择; 教学难点 1、刀具的角度及其作用; 2、切削用量选用 教学方法 讲练结合 教学内容 一、车削加工与刀具 1. 车削加工原理 在普通车床和一般数控车床上,可以进行工件的外表面、端面、内表面以及内外螺纹的加工。对于车削中心,除上述各种加工外,还可进行铣削、钻削等加工。从上述介绍可以看出:在切削过程中,刀具和工件之间必须具有相对运动,这种相对运动称为切削运动。根据切削运动在切削过程中的作用不同可以分为主运动、和进给运动。各种机床的主运动和进给运动参见下表。 各种机床的主运动和进给运动 主运动是指机床提供的主要运动。主运动使刀具和工件之间产生相对运动,从而使刀具的前刀面接近工件并对工件进行切削。在车床上,主运动是机床上主轴的回转运动,即
车削加工时工件的旋转运动。 2)进给运动 进给运动是指由机床提供的使刀具与工件之间产生的附加相对运动。进给运动与主运动相配合,可以形成完整的切削加工。在普通车床上,进给运动是机床刀架(溜板)的直线移动。它可以是纵向的移动(与机床主轴轴线平行),也可以是横向的移功(与机床主轴轴线垂直),但只能是一亇方向的移动。在数控车床上,数控车床可以同时实现两亇方向的进给,从而加工出各种具有复杂母线的回转体工件。 在数控车床中,主运动和进给运动是由不同的电机来驱动的,分别称为主轴电机和坐标轴伺服电机。它们由机床的控制系统进行控制,自动完成切削加工。 2. 切削用量 切削用量是指机床在切削加工时的状态参数。不同类型的机床对切削用量参数的表述也略有不同,但其基本的含义都是一致的,如下图所示。 车削加工中切削用量示意图 (1)切削速度(c v ) 切削刃上的切削点相对于工件运动的瞬时速度称为切削速度。切削速度的单位为(m/min )米/ 分。在各种金属切削机床中,大多数切削加工的主运动都是机床主轴的运动形成,即都是回转运动。切削速度与机床主轴转速之间进行转换的关系为: 1000dn v c π= ………………… 4-1 式中:c v ——切削速度 (m/min) d ——工件直径 (mm) n ——主轴转速 (r/min) (2) 进给量(f ) 不同种类的机床,进给量的单位是不同的。对于普通车床,进给量为工件(主轴)每转过一转,刀具沿进给方向上相对于工件的移动量,单位为mm/r ;对于数控车床,由于其控制原理与普通车床不同,进给量还可以用进给速度 f v (单位为 mm/min )来表达,即:刀具在单位时间内沿着进给方向上相对于工件的位移量。其它类型的机床则根据其结构不同,进给量的单位表达还可以为刀具或工件每转的位移量( mm/r ,使用多齿刀具的机床)。在车削加工时,进给速度f v 是指切削刃上选定点相对于工件进给运动的瞬时速度。它与进给量之间的关系为: f n v f ?= ……………………4-2
数控技术概述 数控是数字控制的简称,英文为 Numerical Control,简称NC。目前数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制,因此数控也称为计算机数控(Computer Numerical Control ),简称CNC,国外一般都称为CNC,很少再用NC这个概念了。下面详细说明之: 数控(Numerical Control NC 数字控制)是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年,穿孔的金属薄片互换式数据载体问世;19世纪末,以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明;1938年,香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输,奠定了现代计算机,包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年,第一台数控机床问世,成为世界机械工业史上一件划时代的事件,推动了自动化的发展。 现在,数控技术也叫计算机数控技术(Computer Numerical Control ),目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置,使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现,均可通过计算机软件来完成。 一、数控技术的发展状况 第一代数控系统:1952年至1959年,采用电子管元件。 第二代数控系统:1959年开始,采用晶体管元件。 第三代数控系统:1965年开始,采用集成电路。 第四代数控系统:1970年开始,采用大规模集成电路及小型通用计算机。 第五代数控系统:1974年开始,采用微处理机和微型计算机。 柔性制造系统(Flexible Manufacturing System-FMS)带有自动换刀装置(Automatic Tool Changer-ATC)的数控加工中心,是柔性制造的硬件基础,是制造系统的基本级别。其后出现的柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell-FMC),是较之高一级的柔性制造系统,它一般由加工中心机床与自动更换工件(Automated Work-piece Changer-AWC)的随行托盘(pallet)或工业机器人以及自动检测与监控技术装备所组成。由多台和存储,以及必要的工件清洗和尺寸检查设备,并由高一级的计算机对整个系统进行控制和管理。可实现多品种的全部机械加工。 计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System-CIMS):将车间制造过程的自动化,从生产决策、产品设计、市场预测直到销售的整个生产活动的自动化,特别是技术和管理科室工作的自动化的要求综合成一个完整的生产制造系统,即所谓的计算机集成制造系统,它将一个制造工厂的生产活动进行有机的集成,以实现更高效益、更高柔性的智能化生产。这是当今自动化制造技术发展的最高阶段。
第十一章切削用量的制定 切削用量的制定直接影响生产效率和加工成本。学习本章后应能够根据具体条件和要求,正确地选择切削用量。 11.1 必备知识和考试要点 1.了解切削用量的制定原则。 2.掌握粗加工时切削用量的选择方法。 3.明确限制选择切削用量的因素和解决办法。 11.2 典型范例和答题技巧 [例11.1] 选择切削用量的原则是什么?从刀具耐用度出发时,按什么顺序选择切削用量?从机床动力出发时,按什么顺序选择切削用量?为什么? [答案] 选择切削用量的原则是:首先选取尽可能大的背吃刀量αp,其次要在机床动力和刚度允许,又能满足加工表面粗糙度的前提下,选取尽可能大的进给量厂,最后根据确定的刀具耐用度选取或计算切削速度v。 以刀具耐用度选择切削用量时,选择的顺序应为αp—f—v。其理由可从刀具耐用度表达式T=C T/v X f Yαp Z中,由于X>Y>Z,即切削速度v对刀具耐用度影响最大,其次是进给量f,背吃刀量αp的影响最小。按这个顺序选择切削用量,得到的生产率最高。如果生产率不变,按这个顺序选择切削用量,刀具耐用度最高。 根据机床动力选择切削用量时,选择的顺序应为.f—v—αp. 其理由从机床功率的计算 公中,由于 1=X Fz>Y Fz>n Fz; 当nF z=0时,影响切削功最小的是f,其次是v与αp;当nF z<0时,通常X,>1十nF,影响切削功率最小的是f,其次是v,最后是αp所以,从机床动力考虑,理论上首先应按影响功率最小的f、其次v、最后αp的顺序选择切削用量。但实际上,考虑αp取小值时,会增加走刀次数,从而增加了辅助工时,因此生产中一般仍按αp—f—v的顺序选择切削用量,即先选择尽可能大的αp,其次选择尽可能大的f, 最后确定v。 [例11.2] 粗加工时进给量选择受哪些因素限制?当进给量受到表面粗糙度限制时,有什么办法增加进给量,而保证表面粗糙度要求? [答案] 粗加工时切削力很大,合理的进给量应是工艺系统所能承受的最大进给量。最大进给量主要受以下因素限制:(1)机床进给机构的强度;(2)车刀刀杆的强度和刚度; (3)工件装夹刚度;(4)硬质合金或陶瓷刀片的强度。 半精加工和精加工时,进给量的选择受到表面粗糙度的限制。此时为减小加工表面粗糙度,可适当增大刀尖圆弧半径γε、减小副偏角κr9,采用修光刃等办法。此外,可增大前角γo,提高刀具刃磨质量,选用有效的切削液等措施,以减小积屑瘤和鳞刺的不利影响。 [例11.3] 如果选定切削用量后发现超过机床功率时,应如何解决? [答案] 理论上影响机床功率大小的因素排列顺序是αp—v—f,所以,选定的切削用量超过机床功率时,也应按上述顺序减小切削用量。但考虑减小αp,会增加走刀次数,增加辅助工时,所以在不希望增加走刀次数的情况下,首先应适当降低v,然后再考虑减小f。 [例11.4] 制定切削用量时,影响切削速度的因素有哪些?解释其原因。 [答案] 制定切削用量时,依次选择背吃刀量αp和进给量f后,可用计算或查表来选择切削速度v。从公式和表格中可以看出影响切削速度的因素有:(1)背吃刀量αp、进给量f与速度v成反比例关系,即粗加工时,由于αp和f均较大,故应选择较低的v;精加工时,αp 和f均较小,故应选择较高的v。(2)工件材料的性能影响切削速度v。 工件材料强度、硬度较高时,应选较低的v,反之则选较高的v;工件材料加工性愈差,则v也选得愈低。(3)刀具材料的性能影响切削速度v。刀具材料切削性能愈好,v可选得愈
一、高速切削的原始定义1931年,德国切削物理学家萨洛蒙 (Carl.J.Salomon)博士提出了一个假设,即同年申请了德国专利(Machine with high cutting speeds)的所罗门原理: 被加工材料都有一个临界切削速度V0,在切削速度达到临界速度之前,切削温度和刀具磨损随着切削速度增大而增大,当切削速度达到普通切削速度的5~6倍时,切削刃口的温度开始随切削速度增大而降低,刀具磨损随切削速度增大而减小。 切削塑性材料时,传统的加工方式为“重切削”,每一刀切削的排屑量都很大,即吃刀大,但进给速度低,切削力大。 实践证明随着切削速度的提高,切屑形态从带状、片状到碎屑状演化,所需单位切削力在初期呈上升趋势,而后急剧下降,这说明高速切削比常规切削轻快,两者的机理也不同。 二、现代高速切削技术的概念所罗门原理出发点是用传统刀具进行高速度切削,从而提高生产率。 到目前为止,其原理仍未被现代科学研究所证实。 但这一原理的成功应该不只局限于此。 高速切削技术是切削技术的重要发展方向之一,从现代科学技术的角度去确切定义高速切削,目前还没有取得一致,因为它是一个相对概念,不同的加工方式,不同的切削材料有着不同的高速切削速度和加工参数。 这里包含了高速软切削、高速硬切削、高速湿切削和高速干切削等等。 事实上,高速切削技术是一个非常庞大而复杂的系统工程,它涵盖了机床材料的研究及选用技术,机床结构设计和制造技术,高性能CNC控制系统、通讯系统,高速、高效冷却、高精度和大功率主轴系统,高精度快速进给系统,高性能刀具夹持系统,高性能刀具材料、刀具结构设计和制造技术,高效高精度测试测量技术,高速切削机理,高速切削工艺,适合高速加工的编程软件与编程策略等等诸多相关的硬件和软件技术。