加工工艺参数

加工工艺参数（精选十篇）

加工工艺参数 篇1

在本产品中, 加工时最终需保证的是关键尺寸4.8±0.04mm。由于影响该尺寸的因素很多, 如热处理温度、研磨数量即卧式研磨机每次作业每桶装的弹簧的数量等因素均会使关键尺寸4.8±0.04mm在整个生产过程中非常的不稳定, 即过程能力指数C PK远远小于1.3 3, 完全达不到量产的要求。

而生产过程工艺参数的稳定性直接影响了产品的合格率, 本文即通过正交试验的方法对异形弹簧这些加工工艺参数进行研究, 用较低的试验经费和较少的试验次数, 确定出了最佳工艺参数组合, 达到改进合格率、提高生产过程稳定性的试验目的, 从而进一步提高其经济效益[1]。

1 弹簧加工工艺分析

该异形弹簧的加工工艺流程为:弹簧机卷制成型—热处理—研磨。

在弹簧卷制过程中, 除了机器本身加工精度的影响外, 由于尺寸的相关联性, 两个角度97°和99°均会对尺寸4.8mm产生影响, 因此为了提高4.8mm尺寸的稳定性, 则这两个尺寸必须控制在合理的范围内。

在热处理环节, 此弹簧进行的是去应力退火, 其退火温度范围可在260～280℃之间选择, 因此选取不同的温度和时间将对热处理后的产品尺寸4.8mm产生不同的影响[2]。

在研磨环节, 此弹簧采取的是卧式离心研磨机。影响最终产品尺寸的因素有研磨剂的种类, 研磨时间的长短和每桶的研磨数量, 选取不同的研磨数量将会对成品的尺寸4.8mm产生不一致的影响。

2 确定最佳工艺参数组合的正交试验

2.1 试验指标, 因素和水平

本试验的试验指标是:让4.80mm这个尺寸在生产过程中的稳定性达到最好, 即过程能力指数CPK数值最大。

本试验的因素水平表如表1所示。

2.2 选用正交表及试验数据分析

根据所选用的正交表将试验的数据填入下表, 并应用直观分析法对数据进行分析, 结果如表2所示。

2.3 试验结果分析

根据表2中极差R的大小顺序排出因素的主次顺序。

C>D>B>A×B>A

而所选取因素的水平是与试验指标有关系的, 本试验的指标即过程能力指数CPK, 要求是越大越好, 就应该取使指标增大的水平, 即取各因素A, B, C, D中最大的那个水平, 即A1, B2, C2, D1。因此较好的组合方案, 或称较优的生产条件为A1B2C2D1。

3 最佳加工工艺参数的确定

根据正交试验及其分析结果, 针对关键尺寸4.8mm的要求, 可以确定出最佳的工艺参数组合为:角度97°趋下限, 角度99°趋上限, 热处理温度为260°, 研磨数量为2000个。

4 结语

(1) 通过正交试验对其最佳工艺参数的确定, 使该产品过程能力指数CPK由0.40提高到了1.0, 使生产过程的稳定性显著提高, 生产效率也增加了90%, 基本上达到了实验研究的目的。

(2) 通过本论文的研究可以看出, 热处理的温度对过程能力指数CPK影响最大;其次是每次研磨的数量, 而两个角度的影响最小。因此保证热处理温度的一致性和每次研磨数量的稳定性, 对关键尺寸4.8±0.04mm的生产过程稳定性尤其重要。

参考文献

[1]中国科学院.正交试验法[J].北京:中国科学院, 1975:1-3.

[2]郑洋.弹簧热处理工艺学[M].北京:机械工业出版社, 1959.

数控机床车削加工参数的合理确定 篇2

增加数控机床的进给量和切削速度，能够减少切削零件所需时间，但同时数控机床的切削刀具寿命会明显缩短，加工零件的表面质量也会有所下降。

因此，合理确定数控机床车削加工参数，是提升加工效率，获得较高经济效益的重要途径，值得深入探讨。

1、为什么要合理确定数控加工切削用量

现代数控机床随着广泛的应用，电子计算机相关技术越来越多地与之相融合，特别是随着CAD/CAM技术快速发展，很多CAD/CAM软件均提供了自动编程功能，不仅提供了各种各样加工方式方法，采用不同的加工方式对加工过程当中的切削用量数值也会产生一定影响。

此外，近年高速切削的兴起，针对工件金属材料不同，在切削速度达到某个特定值时，切削温度不升反降的特点，使数控加工产品质量得到改善，还大幅度地提高了生产效率。

通过上述分析可以发现，在数控机床加工中，切削用量的合理选择其实并不容易。

所说的“合理选择”，是指对现有条件充分利用(包括：机床扭矩、功率等动力性能;刀具切削的耐磨性和硬度性能)的基础上，在达到要求加工质量的前提下，尽量减少加工时间，从而获取较高生产率的同时，加工成本最低化所需的`切削用量。

对于数控机床的切削加工而言，切削用量的三要素联系十分密切，改变任一参数均可能会致使其它参数发生变化。

例如，增大切削用量时，相应地就需增加刀刃的负荷;若增加切削热，则刀具磨损随之加快，进而还会提升加工成本、限制加工速度。

因此，实践中绝非只用计算公式得出一个数值使用这么简单，而需以实践加工生产经验为依据，综合考虑计算数值和经验数值，才能使切削用量更加合理，才能在付出较低加工成本的同时，获得较高的生产效率和效益。

通过近年来数控技术的高速发展，切削用量的选用应以最大限度地降低加工成本，获取较高经济效益，同时使加工产品的生产效率和质量进一步提升为目标。

2、数控机床车削加工中刀具几何参数如何确定

作为刀具几何参数重要组成部分之一，刀具几何角度对数控机床车削过程中的切削力大小、切削功率和切削温度会产生直接影响，更事关数控机床刀头、刀刃强度、工作磨损状况和散热体积，还对刀具刃形和切削图形产生较大影响，甚至还会影响切屑流出的方向，而对机床工作切入切出平稳性和切削刃锋利程度产生一定影响。

实践表明，在切削条件不同的情况下，应选择与之对应的刀具几何角度，方能获得较佳的加工效果和加工效率。

以刀具前角参数的确定为例，在选择前角时，保证切削刃的锋利是前提，还应适当兼顾切削刃保持足够的强度。

实践中，在确保零件加工质量前提下，通常参数的选择应使刀具达到最高使用寿命为原则确定。

而作为一个相对的概念，切削刃是否具备足够的强度，与加工零件材料及刀具材料物理性能有关，还与加工条件关系紧密。

基于以上认知，合理选择前角参数应采取以下原则：一是，加工塑性材料时宜取较大前角，而加工脆性材料时则宜取较小前角;二是，粗加工时可取较小前角，而精加工时，则宜取较大前角;三是，当加工零件的材料硬度、强度相对较低时，前角可取较大参数，反之，则应取较小前角;四是，刀具材料抗弯强度及冲击韧性相对较低时，宜取较小前角，如，硬质合金刀具合理前角可较陶瓷刀具大，而高速钢刀具合理前角则较硬质合金刀具大;五是，在机床功率较小或工艺系统刚性较差时，可选取较大前角参数，以尽量减小切削力与振动带来的影响。

当然，在生产实践中，为确保刀具工作稳定性，数控机床车削加工时刀具前角通常不宜过大。

3、数控机床车削加工中切削参数的合理确定

使用数控机床进行车削加工，在选择数控编程时即应确定切削参数，合理的参数应当能够最大限度地保障零件加工质量，提高刀具的使用寿命，使数控机床能力得到充分发挥，提升刀具切削性能，且能以较低生产成本获得较高生产效率。

3.1切削参数首先要确定的是主轴转速

确定合理的主轴转速才能形成加工所需的恰当切削速度，因此，主轴转速应当以零件加工所要求的切削速度及棒料直径为依据来予以确定。

从生产实践中可以发现，除了螺纹加工之外，数控机床车削加工的主轴转速和普通车削加工大致相同，只需考虑零件加工部位直径，并依照加工零件及刀具材料等外部条件允许的切削速度进行确定即可。

此外，适当对车床刚性规格差异加以考虑，在数控机床能够承受的转速范围内，尽量选择接近最大转速的数值来确定。

在数控机床的数控系统控制板上通常会备有主轴转速的倍率开关，可于加工过程当中按整倍数调整主轴转速。

需要注意的是：在切削过程是干式切削时，应选取相对更小一些的主轴转速，这个参数一般取有切削液状态下主轴转速的70%～80%为宜。

3.2切削进给速度参数的合理确定

在单位的时间内，刀具顺进给力方向所移动距离即为进给速度，其单位通常为mm/min，也有个别数控机床用每转进给量(mm/r)来表示进给速度，通常车削进给速度的确定原则如下：首先，在零件加工精度及表面粗糙度等质量要求可以保障的前提下，应尽量选择高进给速度，以提升生产效率;其次，使用高速钢刀具车削，或是车削深孔、进行切断操作时，进给速度应当选择相对较低的数值;再次，在刀具空行程，尤其是远距离回零时，应尽量设定更高的进给速度;最后，进给速度这一参数的选择，必须要与数控机床零件加工时的切削深度及主轴转速相适应。

3.3切削深度参数的合理确定

确定切削深度参数，应当综合考虑多方向因素的影响。

通常应对数控车床、刀具、夹具、零件组成工艺系统刚度、零件表面精度、粗糙度等因素分别进行分析方可确定。

在条件允许的情况下，应当尽量选择相对较大的切削深度参数，以通过减少走刀次数，实现提升加工效率的目的。

在零件加工精度及表面粗糙度的要求相对较高时，可考虑留出精加工余量。

精加工余量通常较普通车削的余量要小，一般取0.1～0.3mm为宜。

此外，根据实践生产经验，通常情况下加工表面的粗糙度值为Ra12.5时，只需一次粗加工即可达到要求。

当然，若数控机床的刚度较差、余量过大或是动力不足时，也可分多次完成切削加工过程;在表面粗糙度的要求在Ra1.0～1.6之间时，通常可采用较小切削量来完成精加工。

需要注意的是：吃刀量与数控加工生产率是成正比的，在零件加工工艺及车床、刀具、夹具刚性允许的情况下，应尽量设置更大的吃刀量。

在粗加工外，因刀具的加工余量通常不大，一般还需使用精加工工序，吃刀量是指粗加工或半精加工之后留给精加工的余量。

余量过多，则刀具易磨损，进而给加工零件的表面质量带来不利影响;余量过少，则不能消除上粗加工留下的刀路痕迹，对加工零件的表面质量同样会产生不良影响。

结语：

在数控机床车削加工中，对相关参数进行正确合理选择，能够切实提升加工零件的质量，避免了可能发生的加工中刀具颤振、加工零件的变形过大等问题。

在切削参数实践选择中发现，切深与进给率的增减应适宜，否则容易引起切削力及主轴功率利用率增幅过大，却没有提升零件表面加工质量的问题。

参考文献

[1]薛志恒.模具零件数控车削加工工艺分析研究[J].硅谷，2012，02：83.

[2]顾海明.探讨数控车削加工中的试切对刀法[J].科技资讯，2012，11：81.

[3]邓超，吴军，毛宽民，熊尧.面向大型数控机床的工艺可靠性评估[J].计算机集成制造系统.2010(10).

[4]杨丽敏.国内外重型数控机床的技术对比与发展[J].金属加工(冷加工).2010(07)

[5]沈浩，谢黎明，韩莹.数控车削中切削用量的多目标优化[J].兰州理工大学学报.2005(05)

参数编程加工梯形螺纹浅析 篇3

一、程序设计思路

程序运行流程如图1所示:

以螺纹的螺距为条件进行条件运算,以确定牙顶间隙的值。

在深度方向将螺纹的切削分成多层,每一层的螺旋槽加工完毕后再向切深方向进刀,一直进刀至螺纹的底径。

以同一切深层上整个切削槽宽为转移条件完成螺纹某一层的加工。程序在每层切深处进行计算得到该层的槽宽,在z向分多次进刀实现,如果出现进刀总宽度超过本层槽宽的情况,则直接取槽宽。

二、程序工艺创造点

1.分层切削

在深度方向分为多层进行切削,且分层数并不固定,适用于不同螺距的螺纹切削。每层刀具位于槽宽的中心,分别向左、右两个方向借刀,保证螺旋槽两侧面的加工精度。

2.牙侧留有余量

每层在z方向的移动都留有左右各0.1mm的余量,在通用程序的最后对牙侧进行精加工,保证了牙侧的粗糙度要求。

3.起刀点设置合理

起刀点距螺纹的起点距离是与螺纹大径和导程建立联系公式,保证了各种导程螺纹都有足够的升速进刀段。

三、通用宏程序举例

下面用通用程序加工一个长度40mm,Tr36X6的梯形螺纹。

%2009

T0101

#2=0.5(牙顶间隙)

#4=1(进刀次数)

#5=1(每次下刀深度)

#6=36(螺纹大径)

#2=0.25

endif

if#8gt12

#2=1#

endif

#11=0.366*#8-0.536*#2(牙底槽宽)

#12=#6-#8-2*#2(螺纹小径)

S400M03

g00X[#6+2]

Z[#8]

while#7GE#12

#3=0(借刀参数)

#13=0(借刀参数)

#10=[#8-0.366*#8]-tan[15*pi/180]*2*#4*#5(每层槽宽)

G01X[#7]

M98P1000

while#3le[#10/2-#9/2](向左借刀)

G00X[#7]

w[-#3]

M98P1000

#3=#3+0.1

ENDW

WHILE#13LE[#10/2-#9/2] (向右借刀)

G00X[#7]

W[#13]

M98P1000

#13=#13+0.1

ENDW

在HNC-21/22T系统的数控车床上,利用本通用程序进行梯形螺纹的实际加工,取得了良好的效果。本程序适应性广、工艺编制合理、加工质量高,解决了梯形螺纹数控编程加工的诸多难题。该方法也可在其他系统上切削梯形螺纹时作为参考。

加工工艺参数 篇4

现如今, 一些工厂特别是小型工厂, 虽然投入巨大代价购买了数控机床, 但生产效率仍未能提高, 工件质量也差强人意。一个原因是数控机床选用的不合理, 不适合自己工厂的零件加工, 从而导致新买的数控设备形如虚设, 发挥不出应有的特点;另一个原因就是仍沿用传统的老式机床的加工工艺, 不能发挥数控机床的优势, 无法提高生产效率。虽然数控机床的加工原理和传统的普通机床大同小异, 但是数控技术是一门集计算机技术、自动化控制技术、测量技术、现代机械制造技术、微电子技术、信息处理技术等多学科交叉的综合技术, 它是为了适应高精度、高速度、复杂零件的加工而出现的, 是实现自动化、数字化、柔性化、信息化、集成化、网络化的基础。

1 数控加工工艺中切削用量的选择原则

在数控加工工艺参数中, 切削用量是一项重要的工艺参数, 包含机床主运动和进给运动的关键参数。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。随着CAD/CAM技术的发展, 许多CAD/CAM软件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参数, 就可以自动生成NC程序并传输至数控机床, 使其完成加工。因此, 数控加工中切削用量的确定是在人机交互状态下完成的, 这与普通机床加工形成了鲜明的对比, 与此同时也要求编程人员必须掌握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, 合理的选择切削用量。

数控加工工艺中 (包含粗、精加工) 对切削用量的选择应遵守以下2个方面的原则:

(1) 粗加工时, 主要以提高生产效率为主, 同时还应考虑经济和加工成本来确定切削用量:首先, 要选择尽可能大的背吃刀量;其次, 根据机床动力和刚性的限制条件等选取尽可能大的进给量;最后, 根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。

(2) 半精加工和精加工时, 在保证加工质量的前提下, 兼顾切削效率、经济效益、加工成本等因素的影响。切削用量的总选择原则是:首先, 根据粗加工后的余量确定背吃刀量;其次, 根据已加工表面的粗糙度要求, 选取较小的进给量;最后, 在保证刀具耐用度的前提下, 尽可能选取较高的切削速度。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册, 结合实践经验而定。

2 数控机床各种切削方式的选择

2.1 背吃刀量asp (mm) 的选择

为保证零件的加工精度和表面粗糙度, 一般应留一定的余量进行精加工, 数控机床精加工的余量可略小于普通机床。1) 粗加工时, 在留下精加工、半精加工所需的余量后, 尽可能一次将剩下的余量切除, 或按先多后少的不等余量法加工, 第一刀asp尽可能大些, 使刀口在里层切削, 避免工件表面不平及有硬皮的铸锻件, 当冲击载荷较大或刚度较差 (如细长轴) 时, 可降低asp, 使切削力减小。2) 精加工时, 根据粗加工留下的余量, 采用逐渐降低asp的方法, 逐步提高加工精度和表面质量。一般情况下, 精加工取asp=0.05～0.8 mm;半精加工取asp=1～3 mm。

2.2 进给量 (进给速度F) (mm/min或mm/r) 的选择

进给量是数控机床切削用量中的重要参数, 根据零件加工要求、刀具及工件材料等因素, 并参考《切削用量手册》选取。1) 粗加工时, 由于对工件表面质量没有太高的要求, F主要根据刀具材料、工件尺寸、刀杆及机床强度和刚度来选择, 刚度好, 用大的F, 反之, 用小的F。2) 精加工、半精加工时, F应根据工件的表面粗糙度Ra要求选择。Ra要求小, 取较小的F, 但又不能过小, 因为F过小, 切削深度过薄, Ra反而增大, 且刀具磨损加剧, 刀具的副偏角愈大, 刀尖圆弧半径愈大, 则F可选较大值。一般精铣时可取F=20～25 mm/min, 精车时可取F=0.1～0.2 mm/r。除此之外, 还应注意零件加工中的某些特殊因素:比如在轮廓加工中, 选择进给量时, 应考虑轮廓拐角处的超程问题, 特别是在拐角较大、进给速度较高时, 应在接近拐角处适当降低进给速度, 在拐角后逐渐升速, 以保证加工精度。

2.3 切削速度vc (m/min) 的选择

根据背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择切削速度, 在选择时, 应尽量避开积屑瘤产生的区域。断续切削时, 为减小冲击和热应力, 要适当降低切削速度;在易发生振动的情况下, 切削速度应避开自激振动的临界速度;加工大件、细长件和薄壁工件时, 应选用较低的切削速度;加工带外皮的工件时, 应适当降低切削速度;工艺系统刚性差的, 应减小切削速度。

2.4 主轴转速n (r/min) 的选择

主轴转速一般根据切削速度vc来选取, 计算公式为n=1000vc/πD, 其中, D为工件或刀具直径 (mm) 。现在数控机床系统备有主轴转速修调 (倍率) 开关, 可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整, 也有的数控机床采用普通机床的机械齿轮换挡来调整主轴转速。

工件的加工质量不仅受到以上工艺参数的影响, 还与数控机床自身的精度有关。因此, 合理选用适合自己工厂的数控设备也是非常重要的。在综合考虑工艺参数和编写程序这2个因素的同时, 企业还应根据自己的经济能力、工人的技术水平, 结合数控机床类型、技术规格、机床用途及售后服务质量等原则, 综合考虑以下因素, 以确定对数控机床的选择:

(1) 加工回转体零件时, 可供选择的设备有数控车床、车削中心、数控磨床等;加工箱体零件时以立式或卧式加工中心为主;加工型腔模具零件时, 同规格的数控铣床和加工中心都能满足基本的加工要求, 那么就应根据工件族的加工尺寸范围进行选择。

(2) 机床的加工精度, 是选用普通型还是精密型, 主要依据参数有:单轴定位精度、单轴重复定位精度、两轴以上联动加工出试件的圆度等。

(3) 在选择数控机床时, 对于机床配置数控系统的选择, 可以从价格、性能、售后服务、技术条件这几方面考虑, 尤其是售后服务。数控机床作为一种高科技产品, 包含了多学科的专业内容, 例如应用和维护, 设备到货安装验收、设备操作、程序编制、机械和电气维修等都需要人才和技术支持, 以上这些用户自己往往解决不了, 所以在选择机床时, 用户要参照机床供应商的技术服务能力和水平, 选择合适的数控机床。现今世界上较著名数控系统厂家有:日本FANUC、德国SINUMERIK、法国NUM、西班牙FAGOR;国内著名数控系统厂家有广州数控、华中数控等。

(4) 在购买数控机床时, 除满足基本要求的基本功能及基本件以外, 还应充分考虑选配功能及附件。如随机网络功能、图形轨迹显示、宏程序功能等, 通讯接口和通讯软件, 后处理程序, 自动测量装置、刀具长度和磨损检测等附件, 冷却、防护和排屑等装置。总之要选择与生产能力相适应的辅件进行匹配。

3 结语

随着数控机床应用范围的越来越广, 发展越来越迅速, 数控加工工艺和设备的选用也变得越来越重要。数控加工切削参数是数控切削加工过程中的基本控制量, 数控加工切削参数的优化是数控切削加工工艺过程优化的基础, 它不仅决定着数控加工技术的水平和效率, 也决定着产品的制造质量和使用效果, 合理选用数控加工机床是前提条件, 两者必须相结合, 才能达到事半功倍的效果, 创造出较好的经济效益。

摘要：数控机床在现代制造业中起着越来越重要的作用, 目前许多企业都大量引进数控设备进行工件加工, 以提高自身产品的加工质量及生产效率, 现探讨了在数控加工中的工艺参数选择和数控机床的合理选用2方面内容。

关键词：数控机床,数控加工工艺,切削量,数控设备合理选择

参考文献

[1]韩鸿鸾, 丛培兰主编.数控加工工艺[M].北京:人民邮电出版社, 2010

[2]赵长明, 刘万菊主编.数控加工工艺与设备[M].北京:高等教育出版社, 2003

[3]王叶萍.数控加工工艺的设计要点[J].新技术新工艺, 2005 (1)

浅析ProE数控加工中的参数设置 篇5

发布日期：2010-04-17 浏览次数：65 [ ] Pro／ENGINEER是由美国PTC公司研制的一套CAD／CAE／CAM软件，是目前国内外最为流行的3D CAD／CAE／CAM软件之一，在Pro／NC中设置

Pro／ENGINEER是由美国PTC公司研制的一套CAD／CAE／CAM软件，是目前国内外最为流行的3D CAD／CAE／CAM软件之一，在Pro／NC中设置加工参数不仅需要熟悉Pro／NC加工的设置流程及各加工参数的确切含义，更重要的是要熟悉数控加工编程中工艺参数的选择对加工质量的影响，否则不仅不能保证产品质量，而且容易导致过切等现象，甚至损坏加工设备，给生产单位造成重大损失。本文介绍了Pro／NO加工的一般流程和常用参数的含义，分析和探讨了Pro／NC软件环境中工艺参数的设定方法和原则。

一Pro／NC制造过程操作流程

Pro／ENGINEER目前的流行版本为wildfire 3．0，其NC模块由Pro／NC-MILL、Pw／NC-TURN、Pro／NC-WEDM、PDo／NC-ADVANCED几个小模块组成，用户在使用时，并不需要去分辨当前是在哪一个模块下操作，只需在操作界面中根据加工需要进行设置，系统会自动调用相应的模块去处理。

Pro／ENGINEER能够生成数控加工的全过程，其工作过程是利用计算机(CAD)的图形编辑功能，将零件的几何图形绘制到计算机上，形成零件的图形文件，然后直接调用计算机内相应的数控编程模块，进行刀具轨迹处理(即建立操作及定义NC工序。建立操作用于设置机床类型、刀具类型、机床坐标和退刀面的位置等，而定义NC工序用于设置待加工的曲面以及切削参数，每一个操作定义了若干个关联的NC工序)，由计算机对零件加工轨迹的每个节点进行计算和数学处理，从而在生成刀位数据文件后，进行相应的后处理，自动生成数控加工程序，并在计算机上动态地显示刀具的加工轨迹图形H1。在加工设备不变的条件下，实际上问题的关键是刀具的选择与切削用量的确定。

二、选择刀具和安排刀具排列顺序的基本原捌

(一)选择刀具

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。PRO/ENGINEER 3．0的NC模块中，刀具的类型、几何参数及材料等可在“刀具设定”窗口中的“普通”选项卡中设置，在选择刀具时，应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素来确定刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，由大到小，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。除此之外，选择刀具还应注意以下几个方面：对于凹形表面，在半精加工和精加工时，应选择球头刀，以得到好的表面质量，但在粗加工时宜选择平端立铣刀或圆角立铣刀，这是因为球头刀切削条件较差；对凸形表面，粗加工时一般选择平端立铣刀或圆角立铣刀，但在精加工时宜选择圆角立铣刀，这是因为圆角铣刀的几何条件比平端立铣刀好；对带脱模斜度的侧面，宜选用锥度铣刀，虽然采用平端立铣刀通过插值也可以加工斜面，但会使加工路径变长而影响加工效率，同时会加大刀具的磨损而影响加工的精度。总之，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。

生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。

在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般取得很密，故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。

(二)安排刀具排列顺序

在经济型数控加工中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：1)尽量减少刀具数量；2)一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工部位；3)粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；4)先铣后钻；5)先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；6)在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。

在保存切削刀具设置时，Pro／NC会将其保存为．tpm文件格式，并将其存放在由“Pro_mf_tprm_dir”配置选项所指定的目录下。它是-个文本文件，如果熟悉其语句格式，不仅可以直接编辑这个刀具设置文件，而且可以在“刀具设定”界面的文件菜单中将自己常用的刀具建成刀具库。

三切削用量的确定

Pro／NC中切削用量的设置在菜单管理器【制造参数】菜单中的【设置】子菜单中完成。设置时应根据我们预先拟定的加工工艺参数输入相应的值。合理选择切削用量的原则是：粗加工时。一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；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。Pro／NC提供了类型丰富参数设置功能，常见的参数有：

(一)切削深度t(Pro/NC中称其为“步长深度”)

在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，t就等于加工余量，这是提高生产率的-个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。

(二)切削宽度L(Pro／NC中称其为“跨度。)

一般L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。经济型数控加工中，一般L的取值范围为：L=(0．5-0．8)d。其值越小，切削线就越密。

(三)切削速度v

提高v也是提高生产率的一个措施，但v与刀具耐用度的关系比较密切。随着v的增大，刀具耐用度急剧下降，故v的选择主要取决于刀具耐用度。另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如用立铣刀铣削合金刚30CrNi2MoVA时。v可采用8m／min左右；而用同样的立铣刀铣削铝合金时，v可选200m／min以上。

(四)主轴转速n l Pm／NC中称其为。SPINDLE-SPEED”-单位为r／min)

主轴转速一般根据切削速度v来选定。计算公式为：n=v/πd(r／min)，式中。d为刀具或工件直径(mm)。

(五)进给速度vF(Pro／NC中称其为。CUT_FEED。)

vF应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。vF的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时，vF可选择得大些。但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。除了上述参数外，在设置加工参数时经常见到的设置选项还有很多，只有充分理解这些参数的确切含义才能准确无误进行设置，如：“PROF_STOCK_ALLOW”用于设置加工余量，这部分的设置等于同时指定X、Y、Z三个方向的加工余量，如果X、Y、Z三个方向的加工余量都一致，那就设置此项，而。允许的未加工毛坯“和”允许的底部线框“等两项就不用再设了；”允许的未加工毛坯“用于设置粗加工的加工余量，此值等同于同时指定X、Y两个方向的值。当X、Y两个方向的加工余量和z方向的加工余量不同时，就要设置此项和下面我们要三切削用量的确定Pro／NC中切削用量的设置在菜单管理器【制造参数】菜单中的【设置】子菜单中完成。设置时应根据我们预先拟定的加工工艺参数输入相应的值。合理选择切削用量的原则是：粗加工时。一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；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。

Pro／NC提供了类型丰富参数设置功能，常见的参数有：

(一)切削深度t(Pro/NC中称其为”步长深度“)

在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，t就等于加工余量，这是提高生产率的-个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。

(二)切削宽度L(Pro／NC中称其为”跨度。)

一般L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。经济型数控加工中，一般L的取值范围为：L=(O．5-0．8)d。其值越小，切削线就越密。

(三)切削速度v

提高v也是提高生产率的一个措施，但v与刀具耐用度的关系比较密切。随着v的增大，刀具耐用度急剧下降，故v的选择主要取决于刀具耐用度。另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如用立铣刀铣削合金刚30CrNi2MoVA时。v可采用8m／min左右；而用同样的立铣刀铣削铝合金时，v可选200m／min以上。

(四)主轴转速n(Pro／NC中称其为。SPINDLE-SPEED“-单位为r／min)

主轴转速一般根据切削速度v来选定。计算公式为：n=v／πd(r／min)，式中。d为刀具或工件直径(mm)。

(五)进给速度vF(Pro／NC中称其为。CUT_FEED。)

vF应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。vF的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时，vF可选择得大些。但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。

除了上述参数外，在设置加工参数时经常见到的设置选项还有很多，只有充分理解这些参数的确切含义才能准确无误进行设置，如：”PROF_STOCK_ALLOW“用于设置加工余量，这部分的设置等于同时指定X、Y、Z三个方向的加工余量，如果X、Y、Z三个方向的加工余量都一致，那就设置此项，而。允许的未加工毛坯”和“允许的底部线框”等两项就不用再设了；“允许的未加工毛坯”用于设置粗加工的加工余量，此值等同于同时指定X、Y两个方向的值。当X、Y两个方向的加工余量和z方向的加工余量不同时，就要设置此项和下面我们要讲到的“允许的底部线框”，在精铣阶段。

该项通常为“0”。允许的底郝线框“指z轴方向的加工余量，当X、Y两个方向的加工余量和z方向的加工余量不同时，就要设置此项和”允许的未加工毛坯“；”切割角“指刀具路径与x轴的夹角；”扫描类型"用于设置加工区域轨迹的拓扑结构等等。

加工工艺参数 篇6

关键词：数控加工 切削参数库 选择方式

一、数控编程中参数的确定

数控加工是指通过分析待加工零件的几何结构，使用软件提供工艺参数的设置界面，选择合适的工艺过程和工艺参数生成刀路轨迹，再生成数控指令，指挥数控机床按程序进行加工。由于加工过程是自动的，因此加工中的所有参数都要预先设置好。数控加工中对工艺问题处理的好坏，将直接影响数控加工的质量和效率，严重时还会对数控机床造成损坏。为此，要求数控程序编程员首先应该对数控加工工艺有深入的了解。

数控銑削中加工参数的定义原则是：根据机床的刚性、刀具材料、工件材料、工件的结构特点、加工工艺等因素合理选用。切削用量包括主轴转速、进给速度、切削深度和切削宽度等，在确定切削用量时要根据机床使用的规定和要求以及刀具的耐用度去选择和计算，当然也可以结合实践经验，采用类比法来确定。其中，切削深度主要受机床、工件和刀具的刚度限制，在刚度允许的情况下，尽可能使切削深度等于零件的加工余量。在选择切削用量时要保证刀具能安全、顺利地加工完一个零件。

下面以UGS公司的CAD/CAM软件NX6为例，论述一般情况下应如何定义这些加工参数。

1.刀具选择

粗加工刀具选择以在最短时间内切除尽可能多的材料为目标，故选择直径20mm的端面铣刀。

2.刀具切削宽度（步距）和切深（每层走刀量）定义

系统默认设置步距为刀具直径的50%，切深为6mm。根据机床刚性、刀具、被切削零件材料进行选择。高速銑削机床一般适合于小切深，高进给率的加工状态，因此这里定义切削深度为1mm，切削材料为T10钢，使用刀具为硬质合金刀具，选择切削步距为刀具直径的80%，即16mm。

3.刀具切削参数选择，

（1）直接根据编程员的经验，输入主轴转速和加工的进给率。这种方法比较直观，对编程员的实践经验有较高的要求，并需借助刀具样本的参数推荐表、机床刚性、以往加工的实际效果进行综合考虑、计算。

（2）使用CAM软件自带的切削数据库，系统会根据选定的刀具、切削状态，自动提取切削速度、每齿进给率，计算出主轴转速和切削进给率的值。此方法比较适合于缺乏实践经验的编程者，但根据软件内置的数据库生成的参数，仅符合一般情况下的切削状态，且具有较大的安全系数。因此，不适用于某些特定的切削方式、条件，否则，加工效率难以保证。对此，可进行模板设置，即预先按照零件的加工工艺、使用刀具、切削参数设选项置，并将其作为模板文件保存。在遇到新的零件需要进行数控编程时，可将零件模型读入，选择需加工的部分，即可根据模板对其进行更新计算，省去参数设置的过程。但此时，易出现参数雷同的现象，无法做到对于实际情况的微调，过于死板。

综合以上情况，在当前普遍使用CAM软件进行数控编程的情况下，主要有以下两个难题：一是软件功能强大，切削方式多样，如何快速根据用户特定需要进行选择、设定；二是刀具种类繁多，针对不同的刀具、切削材料有不同的切削量和走刀参数，如何针对这些经验参数进行归纳、管理，方便重复利用。

二、切削参数库的使用

针对以上情况，UG NX6软件提供了功能强大的用户自定义切削参数库，可以方便用户根据自己的实际情况进行参数设定，自动插补，方便调用。其工作原理为根据被切削材料、使用刀具的材料、几何尺寸、切削工艺，在库中检索，自动选择合适的参数。

用户可在加工参数对话框中，进行刀具材料、切削方法、被切削材料的预设值，选择的刀具材料为涂层镶片式硬质合金，切削方式为高速铣粗加工。然后输入刀具参数，直径为20mm，刀具长度100mm，刀具切削深度为1mm，切削宽度为16mm，并按照切削参数推荐值输入切削线速度为200m/min，每齿进给率为0.15，系统会自动计算出主轴转速和切削进给率，随后就可以在编制数控程序时调用这些参数。调用时，首先在选择加工零件体时定义材料，如T10钢，选择相应的加工方法，如高速铣粗加工，可在创建操作时，通过点取Set Machining Data得到相应的主轴转速，自动获取切削进给率。同时，切深和切削宽度也会自动改为合适的值。如果用户新创建一把直径为10mm的刀具，系统也会在库中根据插值计算原理，给出合适的主轴转速和进给率。

由此可见，通过在加工参数中设定固定的切削参数计算依据，系统可根据切削参数的计算规则进行调用或插值运算，大大减少编程者的工作量，生成的参数安全、高效，使得数控程序的编制可以针对用户实际需要做到标准化、智能化，从而提高编程效率，减少差错的产生。

参考文献：

[1]李户曾等.高速切削加工技术在模具和模型制造中的应用[J].模具技术，2002（2）.

[2]叶右东.数控铣削加工中的工艺分析及处理[J].机械，2004（10）.

加工工艺参数 篇7

为了节省空间，三维空间弯管被广泛应用于航空航天和车辆发动机中。弯管内腔表面粗糙不平会引起内部流动的气体或液体出现湍流，导致发动机工作不稳定，功率下降[1,2]。对空间弯管内表面进行超精密光整加工，减小弯管内表面粗糙度是解决此问题的根本方法。由于弯管内表面空间狭小、形状不规则，故弯管内表面的光整加工一直是超精密加工的难题。磨粒流加工技术对等截面内孔可实现均匀抛光，而对弯管内表面却无法实现均匀抛光，同时对弯管折弯处的冲击较大，易损坏工件。磁力研磨光整加工技术的出现有利于改善弯管内表面的抛光效果，当磁性研磨粒子切削阻力大于磁性研磨粒子在磁场中所受到的磁场作用力时，磨粒会产生滚动或滑动而不会对工件产生严重的划伤，且切削热较小，在抛光过程中不会烧伤弯管内表面;磁性磨粒的自锐性能好，增强了磨削能力，可有效地去除微裂纹等缺陷[3,4,5]。

本文利用磁力研磨光整加工技术对空间弯管内表面进行研磨，并且研制了一套专用的磁力研磨加工装置，通过工艺试验研究主要工艺参数(磁极转速、加工间隙、磁性磨粒粒径、轴向进给速度)对磁力研磨弯管内表面的影响;利用正交试验法设计试验，并综合运用S/N比计算和方差分析进行磁力研磨工艺参数优化设计，验证磁力研磨弯管内表面的工艺可行性。

1 磁力研磨弯管内表面工作机理

如图1所示，利用磁力线可以穿透非磁性材料的特点，在钛合金弯管外部设置永久磁铁，磁力线穿过弯管并在其内部形成磁场;将具有磁性和磨削能力的磁性磨粒填充在弯管内部，在磁场的作用下，加工区的各个磁性磨粒沿着磁力线整齐排列，形成磁粒刷。磁粒刷受到磁场力作用将以“压力”的形式作用在工件表面上[6,7,8,9,10]。安装于六自由度机械手上的磁力研磨装置沿弯管中心轴线进行往复运动，同时磁力研磨装置旋转，带动弯管内部的磁粒刷仿形压附在工件内表面进行螺旋线运动。随着弯管与磁性磨粒间相对运动的产生，磁性磨粒对弯管内表面产生滑擦、挤压、刻划和切削等作用，从而实现弯管内表面的光整加工。

单颗磁性磨粒在磁场中的受力情况如图1所示。在研磨过程中，磁性磨粒受到旋转磁场的作用会沿着弯管内表面运动，在磁力(ΔFx、ΔFy)、重力(mg)、离心力(FC)的共同作用下完成对弯管内表面的研磨抛光。

弯管内部的任意一颗磁性磨粒在磁场中均受到沿磁力线和等磁位线方向的磁力ΔFx、ΔFy的作用。两者的合力ΔF在弯管内表面产生研磨压力。磁力的计算公式如下:

式中，D为磁性磨粒的直径，μm;χ为磁性磨粒的磁化率;H为磁性磨粒所处位置的磁场强度，A/m;(H/x)、(H/y)分别为沿x、y方向的磁场强度变化率。

在磁场中磁性磨粒受到的合力计算公式为

由式(1)和式(2)可知磁性磨粒的直径越大、磁化率越大、磁场强度越高、磁场强度的变化率越大，磁性磨粒在磁场中所受到的力就越大。故在磁场的作用下，磁性磨粒受到合力ΔF的作用，将自动沿磁力线方向的加工区域聚集形成磁粒刷，即合力方向一直指向磁力研磨加工区域。在研磨的过程中磁性磨粒自身的重力也会提供一个法向切削力G':

式中，m为磁性磨粒的质量，g;g为重力加速度，m/s2;α为重力方向与竖直方向的夹角。

同时，在外部旋转磁场带动下磁性磨粒会紧贴弯管内表面，与其产生相对运动，此时旋转的磁性磨粒还受到离心力FC的作用:

式中，v为磁性磨粒的线速度，m/s;R为磁性磨粒的旋转半径，mm。

所以单个磁性磨粒在研磨过程中受到的力即法向切削力，由法向的磁场力、重力的分力和旋转时的离心力三部分组成:

综上分析可知，影响磁力研磨弯管内表面的工艺参数包括磁场强度、加工间隙、磁极转速、磁性磨粒粒径、轴向进给速度等。

2 磁力研磨试验

2.1 试验装置

图2是磁力研磨弯管内表面的加工装置图，在加工弯管时，弯管工件被固定在工作台上，在弯管内填充烧结磁性磨粒，同时加入适量油性研磨液。控制六自由度机械手带动研磨装置沿弯管中心轴线进行往复运动，伺服电机通过软轴传动使磁极旋转。磁性磨粒追随着外部磁极的运动，在弯管内部做螺旋线运动，完成弯管内表面的研磨加工。

2.2 试验条件

本试验研究选用钛合金弯管，研磨区域尺寸大小为选用钕铁硼(Nd-Fe-B)永久磁铁，尺寸为15 mm×15 mm×10 mm;使用的磁性磨粒采用烧结法自制，具体由还原铁粉和氧化铝颗粒两种原料按照一定的粒径比在高温下烧结，粉碎后用标准筛筛选得到一定粒径的磁性磨粒;6.5 mm球形磁铁置于弯管内部作为辅助抛光装置来提高加工区域的磁感应强度，即减少磁极间距离，增大研磨时所需的磁力;选择油性研磨液;钛合金弯管内表面粗糙度通过JB-8E触针式表面粗糙度测量仪测定;微观表面形貌采用VHX-500F超景深3D电子显微镜观测。

2.3 试验设计

试验中所使用的磁铁为永久磁铁，其磁场强度固定。因此本试验主要以磁极转速、加工间隙、磁性磨粒粒径、轴向进给速度4个工艺参数为研究因素，根据各因素的经验值选择范围，确定每个因素的三个水平，正交试验方案见表1。

3 试验结果分析与优化

为研究上述工艺参数对弯管内表面表面质量的影响程度，并对工艺参数进行优化组合，采用田口方法对试验数据进行S/N比(信噪比)计算和方差分析[11]。由表2可知:加工前后Ra的差值ΔRa越大，试验获得的表面粗糙度就越小。根据田口方法中的静态特性分析，本文应采用望大特性，测试值为yi j(这里yi j表示第j次试验得到的第i个性能特性，即ΔRa值)，其望大特性的平均质量损失函数为

根据式(6)算出相应的S/N比为

根据表2的试验数据分别计算出各因素水平S/N比效应值，如图3所示，S/N比效应值越大对应因素水平对试验结果影响越大，故可求得最优工艺参数组合[12]。各因素中水平S/N比效应值波动越大对试验结果影响越明显。由图3可知，工艺参数A(磁极转速)、B(加工间隙)、C(磨粒粒径)对磁力研磨弯管内表面影响显著并求得最优工艺参数组合为A1∶B3∶C2∶D1。表3所示为对工艺参数进行的方差分析。从表3中可看出各工艺参数对磁力研磨弯管内表面粗糙度的影响程度。由表3并结合图3综合得出，磁极转速是影响弯管内表面粗糙度的主要工艺参数。

利用上述优化工艺参数组合对钛合金弯管内表面进行磁力研磨试验，研磨效果明显。从图4a中可知，原始表面粗糙不平且存在微裂纹等缺陷，测得表面粗糙度均值Ra大约为0.3675μm。图4b所示为对研磨工艺参数进行优化组合后获得的表面形貌，从图中可清晰看出加工纹理变得十分平整光滑，表面粗糙度值Ra达到0.09μm。由此可知，采用优化后的工艺参数组合，弯管内表面表面质量明显提高。本试验研究验证了采用磁力研磨法加工空间弯管内表面的可行性。

4 结论

(1)利用正交试验法对磁极转速、加工间隙、磁性磨粒粒径、轴向进给速度4个工艺参数进行设计试验，得出磁力研磨弯管内表面工艺参数的优化组合如下:磁极转速为750 r/min、磁性磨粒粒径为150μm、加工间隙为2 mm、轴向进给速度为0.5 mm/s。

(2)对试验数据进行S/N比计算和方差分析得出，磁极转速对磁力研磨弯管内表面影响最显著。磁极转速变化会影响弯管内磁性磨料的翻转速度从而影响管内表面的磨削。当磁极转速低于一定值时磨削量过大，表面纹理较粗;当转速高于磨削临界值时磨削量很小，加工效率受到影响，故控制磁极转速对试验影响显著。

(3)应用磁力研磨法对钛合金弯管内表面进行研磨加工，弯管内表面表面粗糙度均值Ra由初始的0.3675μm减小到最终的0.09μm，并且表面形貌变得均匀平整。验证了该加工方法对提高弯管内表面表面质量的可行性和有效性。

摘要：利用磁力研磨法,使安装在六自由度机械手的磁力研磨装置带动弯管内部的磁粒刷沿弯管中心轴线往复运动,同时磁力研磨装置旋转,解决空间弯管内表面研磨加工的技术难题。选取了影响磁力研磨工艺抛光弯管内表面的主要工艺参数(磁极转速、加工间隙、磁性磨粒粒径、轴向进给速度)并应用正交试验设计法对钛合金弯管内表面进行了研磨试验,结合试验数据对工艺参数进行了分析和优化。通过对比钛合金弯管内表面研磨前后的表面粗糙度及形貌变化,验证了采用磁力研磨工艺对弯管内表面进行光整加工的可行性和可靠性。

关键词：磁力研磨,空间弯管,工艺参数,正交试验

参考文献

[1]江志强,杨合,詹梅,等.钛合金管材研制及其在航空领域应用的现状与前景[J].塑性工程学报,2009,16(4):44-50.Jiang Zhiqiang,Yang He,Zhan Mei,et al.State-of-thearts and Prospectives of Manufacturing and Application of Titanium Alloy Tube in Aviation Industry[J].Journal of Plasticity Engineering,2009,16(4):44-50.

[2]熊威,甘忠.空间弯管仿真与回弹补偿[J].中国机械工程,2013,24(23):3249-3254.Xiong Wei,Gan Zhong.Simulation and Compensation for Springback in Spatial Tube Bengding[J].China Mechanical Engineering,2013,24(23):3249-3254.

[3]陈逢军,尹韶辉,王宇.结合ELID磨削与MAF工艺对复杂曲面的加工控制[J].中国机械工程,2008,19(22):2657-2661.Chen Fengjun,Yin Shaohui,Wang Yu.Machining Control for Complex Surfaces Based on Electrolytic Inprocess Dressing(ELID)Grinding and Magnetic Abrasive Finishing(MAF)[J].China Mechanical Engineering,2008,19(22):2657-2661.

[4]Girma B,Joshi S S,Raghuramet M.An Experimental Analysis of Magnetic Abrasives Finishing of Plane Surfaces[J].Machining Science and Technology,2006,10(3):323-340.

[5]陈燕,巨东英.应用磁研磨法对细长管内表面的抛光处理[J].模具制造,2004(10):48-50.Chen Yan,Ju Dongying.Application of Magnetic Abrasive Finishing Method for Polishing the Surface of the Slender Tube[J].Mold Manufacturing,2004(10):48-50.

[6]Shinmura T,Yamaguchi H.Study on a New Internal Finishing Process of a Nonferromagnitic Tube by the Application of a Linearly Traveling Magnetic-field-on the Process Principle and the Behaviors of Magnetic Finishing Tool[J].International Journal of the Japan Society for Precision Engineering,1994,28(1):29-34.

[7]Ik-Tae Im,Sang Don Mun,Seong Mo Oh.Micro Machining of an STS 304 Bar by Magnetic Abrasive Finishing[J].Journal of Mechanical Science and Technology,2009,23(7):1982-1988.

[8]Nishida H,Shimada K,Goto M.Polishing Inner Capillary Walls by a Magnetic Compound Fluid[J].Int.J.Appl.Electromagnet Mech.,2007,25(1/4):25-29.

[9]Shinmura T,Yamaguchi H.Study on a New Internal Finishing Process by the Application of Magnetic Abrasive Machining Internal Finishing of Stainless Steel Tube and Clean Gas Bomb[J].JSME International Journal Series C-dynamics Control Robotics Design and Manufacturing,1995,38(4):798-804.

[10]Yamaguchi H,Shinmura T,Kobayshi A.Development of an Internal Magnetic Abrasive Finishing Process for Nonferromagnetic Complex Shaped Tubes[J].JEMS International Journal Series C-dynamics Control Robotics Design and Manufacturing,2001,44(1):275-281.

[11]Kwak J S,Kim I K,Ha M K,et al.Optimization Strategies of Grinding Parameters for Metal Matrix Composites by Design of Experiments and Genetic Algorithm[C]//International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century.2005:607-612.

加工工艺参数 篇8

电火花加工具有传统切削加工所无法比拟的优点,特别适用于形状复杂、有特殊要求的零件和难加工材料的加工,因此已被广泛应用于生产技术领域。但由于电火花加工的复杂性及特殊性,电火花加工的工艺知识相对于其它一般的机械加工工艺方法要多,这就对操作者在选取工艺参数时提出了较高的要求,由于操作者经验的不足,往往使机床的性能和功能得不到充分的发挥。大量研究表明:人工神经网络特别适合处理复杂问题[1—5]。出于这一考虑,本文研究采用了一种基于神经网络的电火花加工效果预测及工艺参数优化选取系统,试图模仿一个熟练操作者的决策过程,以适应加工中千变万化的情况,充分发挥机床的性能,并为集成化、智能化、网络化制造中实现各项参数可进行自动修正、调整、补偿,提高电火花加工的自动化程度做好准备。

1 系统结构

电火花加工性能预测及加工参数优化选取系统的结构如图1所示,系统中各模块的主要作用如图1。

1.1 数据采集及数据处理模块

针对不同的加工方式,创建新工艺数据库或对已有数据库的记录进行增加、删除及修改的操作。完成了数据采集后,可进行数据处理,数据处理包括数据归一化处理、数据分组、数据的重新排列,为创建模型做好数据准备。

1.2 模型训练模块

以工艺数据库为样本库采用BP神经网络建立预测模型,该模块实际上是一个知识获取模块,通过学习将样本数据中的知识提取出来记忆在神经网络中的权值和阈值中,学习完成后网络即为具有预测及推理机制的电火花加工工艺模型或工艺评价知识库。该模型建立了工艺参数与工艺效果之间的映射关系,它是神经网络模拟人类思维推理的基础。

1.3 加工效果预测模块

对设定的加工条件,使用所建立的预测模型,预测出该加工条件的工艺效果。

1.4 工艺参数选择模块

输入期望的加工工艺效果,运行优化模型,得出最优的加工参数。

1.5 数据库管理模块

将某种工艺条件下的工艺数据、数据处理结果及建模过程中所产生的中间数据进行集中统一管理。

1.6 工艺数据库

存储各种加工条件下的原始工艺数据。

Matlab是一个高性能的数值计算和可视化数学软件,作者使用Matlab开发实现了该智能选择系统取得了较好的效果[6]。

2 系统的实现

下面以铜加工SKD—11材料为例说明该智能系统几个主要模块的建立,对于电火花加工,用户可以调节的主要参数有脉冲宽度、脉冲间隔和脉冲电流三项,所要预测的加工效果为加工速度、表面粗糙度,还需要了解进行电极设计所需的放电间隙及影响加工精度的电极损耗量。另外,对于经验不足的工人经常需要了解要达到某一加工效果所需的工艺参数。

2.1 数据采集及数据处理

首先由经验丰富的操作人员进行必要的工艺试验,本研究进行了216次铜加工SKD—11材料试验。由于工艺数据的准确性直接影响预测结果的准确性,因此试验中对试验结果的评判应尽可能准确,另外加工参数的选择范围尽可能宽,以反映出参数变化对加工效果的影响,使预测模型有更宽的使用范围,试验数据如表1所示。

从试验所得工艺数据可知:其中放电时间最小为10μS,而最大则为1 900μS,相差190倍,表面粗糙度最小为2.6μm,而最大为684μm,相差近300倍。双边放电间隙最小为18μm,而最大为525μm相差近30倍,进给率最小0.5 mm3/min,而最大则为805 mm3/min,相差1 600倍。实践表明,这样的数据直接用BP神经网络建立模型预测误差很大,为提高模型预测的准确性,需要将数据进行预处理,即归一化处理,经过反复比较及试验,根据各种输入、输出数据的不同特点,采用了不同的方法进行处理,方法如下:

公式(1)中i=2、3、6、7,Pji为第i个原始数据,(lg pji)min和(lg pji)max分别为第i个原始数据取对数后的最大值和最小值,pnji为第i个数据经归一化的数据,Ki为尺度系数,可经过试验获得,本研究中Ki=1.8;公式(2)中i=1、4、5、8,其中K1=100、K4=10、K5=1 000、K8=1。i由1~8所代表的数据名称分别为电极直径、进给率、表面粗糙度、电极损耗、放电间隙、放电时间、电流、冲油压力。

由于用户输入工艺数据时一般是按顺序进行,为了满足神经网络设计的需要应将不同类别的数据交叉输入,因此在此模块中加入数据重排功能。为了测试网络的泛化能力,需将216组工艺数据分为训练样本144组和测试样本72组,为此在此模块中加入数据分组功能将数据进行自动分组。

2.2 训练和预测模型

利用BP网络对输入输出的映射能力和自学习的特点,建立电火花加工效果预测和加工参数选择模型。采用了基于数值优化的Levenberg_Marquardt快速算法对网络进行训练,经过大量的试验最后确定采用三层BP结构即4×17×4,训练完毕后就可获得相应的预测模型,输入加工工艺参数调用预测模型可输出相应的加工效果。采用上述类似的方法建立神经网络并训练达到要求,另外确定了三层BP结构即5×19×3,输入所希望的加工效果,可对加工工艺参数进行选择。

3 系统的验证

该系统是以在D7140P型电火花加工机床上进行的铜加工SKD—11材料工艺试验数据为依据进行开发的,预测模型对铜加工SKD—11材料加工效果的预测误差为0.05%—8.94%,对加工参数的预测误差为0.003%—8.42%,由试验结果可知,所建立的模型已能反映机床的工艺规律,能成功地对所要求的各项指标进行预测并效果良好。

为进一步验证系统的有效性,在D7140P机床上还进行了石墨加工SKD—11材料的162组类似工艺试验,试验数据如表2所示。由系统将这些工艺数据分为训练样本和检测样本,并进行相关数据处理,建立预测模型,相关预测误差为:加工效果的预测误差为0.006%—8.93%,对加工参数的预测误差为0.006%—8.92%,同样取得了较好的预测效果,系统使用方便运行稳定。

4系统的通用性

当学习完成后,网络即为具有预测及推理机制的电火花加工工艺模型或工艺参数选择知识库。但随着生产条件和生产技术的发展,以及新材料、新工艺、新结构、新设备的不断出现,生产经验也随之变化。由于原有网络学习时并不包含这部分新知识,原来的拓扑结构将不能满足要求,因此需要重新构建神经网络拓扑结构,重新对神经网络进行训练,获得新权值和阈值,即系统应具有通用性。本研究通过一个新建工艺数据库模块和模型训练模块来实现。只要建立某方法或某过程的工艺数据库(样本库),便可以使用BP网络对新的工艺数据库进行学习,进而对所要求的指标进行预测或输出工艺参数,系统通用性的实现流程图由图2所示。

训练模型、工艺参数选择与加工效果预测功能的实现主要通过设置加工工艺条件和工艺数据库管理二部分来实现。

3.1 加工条件的确定

用户可通过人机交互的方式确定加工条件,比如:加工方式、工件材料、工件形状、工具电极材料,这些都是工艺数据库的组成部分。

3.2 数据管理模式

为了使系统具有较强的通用性,数据采集部分设计成开放形式,用户可对已有的数据进行补充修改,也可根据需要添加加工方式、工件材料、工件形状及电极材料组成新的加工条件,然后根据本系统给出的试验方案做一组试验得到有关数据,试验的目的是进行数据采集确定样本数据,以便使用BP网络对新的工艺数据进行学习,进而对所要求的指标进行预测。这些数据的存储、数据处理过程中产生的中间结果以及其它一些数据均以文件的形式集中管理,如f_1_1_2_1.mat文件中存储了冲油加工方式、工件材料为SKD—11、工件形状为圆形、电极材料为紫铜这种加工条件下的所有数据,确保了每种加工条件下数据的完整性及独立性。文件名中的数字代表某加工条件中的各项在各自栏目中的序号,每增加一种新加工条件便会产生一个新的以f开头的文件,并将相关数据集中在其中管理,如图3、图4所示,这种模式可进行较大规模的数据管理,足可满足不同企业的生产需要。

5 结论

(1)本文开发实现了电火花加工效果预测及加工参数智能选择系统。经实践验证,该系统的预测模型可以较精确地映射加工参数和加工效果之间的复杂关系,具有较高的精度,并且系统使用方便运行稳定。

(2)该系统通过有效的数据管理模式及新建工艺数据库和训练模型的功能,能适用于不同类型的电火花加工机床和不同的加工工艺条件,具有较好的通用性,将来在此系统基础上可进一步开发功能更加强大的智能系统。

参考文献

[1]朱大奇.人工神经网络原理与应用.北京:科学出版社,2006

[2]Lin J L,Wang K S,Yan B H,et al.Optimization of the electrical dis-charge machining process based on the taguchi method with fuzzy logics.Journal of Materials Processing Technology,2000;102(1):48—55

[3]彭泽军.基于神经网络的电火花加工工艺选择模型研究.机械科学与技术,2006;(4):394—397

[4]Srinivas A,Rouge B.Multi-objective optimization of electro-discharge machining process.Micro Tech,1990;6(2):33—36

[5]张勤河.电火花成形加工技术的研究现状和发展趋势.中国机械工程,2005;(9):1586—1592

镁合金加工的切削参数选择 篇9

关键词：镁合金,加工,刀具几何参数,切削用量

镁合金具有密度小, 强度高的特点, 近年来在航空航天领域得到了广泛的应用。我们国家也非常重视镁合金的加工研究, “镁合金应用与开发”被列为“十五”国家科技发展规划中材料领域的重点任务, 投入大量的经费, 组织多个研究院所、高校和家企业参与项目实施。

目前多数企业刚刚开始接触镁合金零件的加工, 缺乏相应的经验, 除了特殊要考虑镁合金的加工安全性外, 一般加工时等同于铝合金材料, 往往不能得到最优的效果。

1 镁合金概述

镁合金呈银白色, 外观与铝相似, 极易氧化燃烧, 燃烧时发出强烈白光。镁合金中主要加入元素有AL、Zn和Mn等, 可通过热处理淬火, 然后实效强化。镁合金密度为1.8g/cm3的, 比铝合金轻36%、锌合金轻73%、钢轻77%, 被公认为重量最轻的结构金属材料。镁合金切削阻抗小, 切削能耗是钢的1/6, 铝的1/2, 易于切削加工。我单位表1镁合金与其它结构材料加工性的比较所用的镁合金牌号ZM5、ZM8、MB8等。表1为镁合金与其它结构材料加工性的比较。

由于镁合金的比热高和导热性良好, 磨擦产生的热量会迅速地扩散到零件的各个部分, 因此, 对镁合金进行切削加工时一般并不会产生较高的温度。但是, 在高切削速度和进给量大的情况下, 零件所产生的热量也时相当可观的, 很可能因为温度过高而造成扭曲变形。

镁合金具有相当大的热膨胀系数, 在20℃~200℃范围内为26.6~27.4um/m·℃ (与合金成份有关) , 热膨胀系数略高于铝, 明显高于钢。如果零件的尺寸公差要求比较严格, 则加工和终检时的温度差异对尺寸的影响就比较显著, 必须在精加工时预留一定的膨胀收缩量, 否则很可能会影响到零件的加工精度。

2 刀具几何参数的选择

刀具的材料确定后, 选择合适的刀具几何参数非常重要, 不仅影响刀具的耐用度和加工效率, 而且有时还严重影响产品的加工质量。

镁合金的切削性能好, 一般要求刀具锋利, 但由于镁合金具有低热容量的特性, 当切削温度高于480℃, 细切屑极易燃烧起火, 因此刀具选择时应尽量是产生的切削热降低到最低。对于铣削加工, 前角应减小5°~10°, 一般取15°左右, 硬质合金刀具的前角可以取得更小些, 一般在12°左右, 以降低刀具材料的剥落。刀具后角角度一般在10°~15°, 以减少刀具与工件已加工表面的摩擦, 避免过多的热量积聚。还可适当加大容屑槽空间, 减少铣刀的刀片数量以降低切屑与刀具的摩擦。特别注意经常检查刀具前、后刀面, 应保持刀面光洁。避免使用钝、有缺口或崩刃的刀具。副切削刃对切削影响不显著, 但副切削刃角度过大容易产生振刀, 可以根据零件的结构刚性和装夹情况选择合适的副切削刃角度。

3 切削用量的选择

切削用量直接决定了加工效率的高低, 同时也影响加工的质量。由于镁合金切削性能好, 一般采用高速大进给量切削。同时要考虑以下原则。

切削速度对切削温度的影响很大, 镁合金切削阻力小、热导率高, 可以实现高速切削。但切削速度高于5m/s和进给量小于0.02mm/r, 会增加着火的危险, 在切削速度低于3.5m/min时, 即使在最不利的切削条件下 (钝的切削刀具和小的进给量) 引燃切屑也是非常不容易的。如果工件公差要求严格, 镁合金的热膨胀系数大的特性必须考虑, 这时应采用较低的切削速度, 减少温升过快。

切削深度对温度影响较小, 所以增大切削深度对镁合金的切削是有利的。细微的切削会使切削热传导到零件上, 增加工件的发热, 采用较大的进刀量和切削深度, 可以减少过度的发热。特别是粗铣时, 要尽量保证刀刃完全进入被切削的镁合金表面内。表2和表3为车削和铣削时的推荐参数。

4 结语

镁合金加工时刀具的前角和后角选择比较重要, 一般前角15°左右, 硬质合金刀具的前角可以取得更小些, 一般在12°左右;后角取一般取10°~15°。

零件精度不高时一般采用大的切削速度和切削深度, 如果零件精度较高时则选用较低的切削速度和进给量。

参考文献

[1]徐河, 刘静, 谢水生.镁合金制备与加工技术[M].北京:冶金工业出版社, 2007.

[2]材料手册[M].上海:上海航天局第八零七研究所, 1992.

数控车削加工的参数化编程探讨 篇10

数控机床在金属加工领域的主导地位正逐步凸现出来, 数控技术是机电一体化技术发展的结晶, 数控机床的使用使得金属加工质量对操作者技能的依赖性大为降低, 使得以前不可能的复杂高精度加工变为可能。普通数控系统一般只提供直线插补 (G01) 、圆弧插补 (G02、G03) , 而在现实数控车削中经常需要加工一定精度的非圆曲线, 如抛物线等, 这时就无法直接采用此类数控系统内部的插补指令。为加工此类特定曲线, 可考虑用微细小直线段拟合非圆曲线的方法来达到精度要求。首先针对非圆曲线建立笛卡尔坐标系, 车削加工中常以工件右端面中心点为工件坐标系原点, X轴、Z轴平行于机床坐标系;再从坐标系原点出发建立一系列非圆曲线的割线, 可由曲线方程计算出割线族与非圆曲线的交点坐标;最终用直线插补指令 (G01) 连续插补出各微细小直线段。

各条割线间的间隔角度随精度要求的不同进行调整, 故精度要求越高, 要求割线间的间隔角度越小, 计算量也随之增加, 程序也变得更复杂。FANUC-0T系统提供了A、B两种用户宏指令, 对特定非圆曲线采用宏指令编程可将程序参数化, 使程序精简易懂, 能有效解决计算量增加带来的程序庞大等问题。

1典型非圆曲线方程分析

本文以抛物线为例, 对抛物线曲线方程作出分析。在xoz平面内建立笛卡尔坐标系, 如图1所示, 抛物线的标准方程为:

x2=-2pz p>0 。 (1)

其中:p为抛物线的焦准距。

数控系统在进行插补时, 要实时计算出下一步的抛物线坐标点的坐标值。可根据z=f (x) 的函数关系, 给定一个x值 (此处采用半径值) 可计算出相应的z值:

undefined。 (2)

此外, 还可以根据抛物线的参数方程求解曲线上各点的坐标值, 参数方程如下:

undefined

。 (3)

其中:α为斜率角度变量;c为抛物线动径横坐标。

运用式 (2) 和式 (3) 两种方程计算插补点的过程中, 要注意到不同计算方式带来的精度问题, 我们可以在数控机床粗车、半精车加工阶段采用公式 (2) 、精车加工阶段采用公式 (3) 来计算数控系统要求的各插补点坐标值。

2加工编程举例

2.1 编程实例

已知待加工榔头手柄尾部为一抛物线, 材料为45圆钢, 毛坯直径为Φ16 mm, 加工尺寸如图2所示。建立该工件右端抛物线函数与参数方程如下:

2.2 加工工艺路线分析

圆钢毛坯直径为Φ16 mm, 由图2可以看出工件各段的加工余量较大且不相同, 故宜采用先分段走直线粗车, 粗车用量取0.5 mm, 留出精加工余量0.2 mm, 然后精车出图纸要求尺寸。图2中与本文无关处之加工工艺, 如螺纹、退刀槽、滚花等在此不予讨论。

2.3 程序实现

2.3.1 程序变量设置

工件坐标系以工件右端面回转中心点为原点, 以便于编程;抛物线段的切削可以由端面车刀完成粗、精加工, 不需要设置刀偏补偿, 以该端面车刀作为标准刀;本文为便于说明修改系统参数, 将FANUC系统默认的直径编程模式改为半径编程模式。FANUC系统提供了两种不同功能范围的宏指令, 分为“用户宏程序A”、“用户宏程序B”, 这里采用用户宏程序B编写程序;参数化编写程序需要用变量对加工参数作出定义, FANUC-0T系统提供了#100～#149、#500～#531两类公共变量, #100～#149为断电清零型变量, #500～#531为断电保持型变量。准备段程序编写如下:

O2010;

N10 G54 G40 G49 T0100 M06 M03 S600 F0.1;确定坐标系, 初始化系统

N20 G00 X 2*#105 Z10; 确定起刀点

N30 #100=0.5; x方向粗车背吃刀量

N40 #101=0.2; x方向精车背吃刀量

N50 #105=8; 抛物线开口8 mm (半径值)

N60 #106=16; 抛物线z向长度

N70 #107=0.5; 精加工余量

N80 #110=#105-#100; 粗车段x向坐标值

N90 #120=0; 精加工初始角度

2.3.2 粗车路线

粗车路线示意图如图3所示, 刀具从起刀点向x轴负方向按粗车背吃刀量#100进给, 沿z轴负向直线切削毛坯。

每一次直线进给需确定相应的z坐标值, 其算法思路如下:

当x坐标值大于抛物线开口值时, z=-16+精加工余量;

当x坐标值小于或等于抛物线开口值时, undefined精加工余量;

当x坐标值等于零时, z=0。

用绝对跳转指令结合条件跳转指令语句可实现上述的粗加工过程, 选择FANUC-0T系统“用户宏程序B”编写程序如下:

O0100;

N100 G00 Z=1; 粗车z轴起点

N110 WHILE [#110 GE 0] DO 1;x坐标大于等于0, 开始循环

N120 IF X GT 8 GOTO N130; 如x坐标超出抛物线开口宽度8

N130 G01 Z=-16+#101 F1.5; 车削到z=-16+精车余量为止

N140 IF X LE 8 GOTO N140; 如x坐标在抛物线开口宽度以内, 开始循环车削

N150 G01 Z=-X*X/4 +#101 F1.5;用抛物线方程计算x坐标并保留精加工余量

N160 X=X - #100; x自减, 准备下一次循环

N170 IF X=0 GOTO N190 ; 如x=0 加工结束

N180 END 1;

N190 G00 X200 Z100; 返回换刀点

2.3.3 精车路线

在给定精车背吃刀量的情况下, α角度的细微变化能精确反映加工点坐标值的变化, 因此可以采用α角度变化量近似拟合抛物线曲线, 完成抛物线精加工。程序如下:

N200 G00 Z1.0 X0.0; 精加工起点 (0.0, 1.0)

N210 G96 G64 S1000 F1.0; 恒定圆周速度控制, 连续路径加工

N220 G01 Z0; 直线插补, 切入工件

N230 WHILE[#120 LT 90] D0 2;角度小于等于90o准许循环

N240 #120=#120+1; 角度从0开始自加, 每次增加1o

N250 G01 X=-4*TAN[#120] Z=-4*TAN[#120]*TAN[#120];

计算角度对应坐标点 (x, z)

N260 END 2;

N270 G00 X200 Z100; 返回换刀点, 曲线加工完成

3总结

数控编程是目前CAM系统中能明显提高效益的主要环节之一, 本文采用FANUC-0T数控系统提供的宏指令编程模式, 运用参数化编程模式来探讨解决一般中低档经济型数控系统不能直接加工非圆曲线的问题。在数控机床的应用日益普遍的情况下, 通过调整编程模式, 充分挖掘数控系统的潜力, 拓展数控机床的使用范围, 以提高数控机床的加工能力, 对工厂的实际生产具有一定的借鉴价值。

参考文献

[1]郭培全.数控机床编程与应用[M].北京:机械工业出版社, 2000.