毕业设计（论文）-数控拉槽刀具设计.doc

毕业设计数控拉槽刀具设计三号112011333 吴春瑞机械工程系学生姓名： 学号： 机械设计制造及其自动化系 部： 张志龙专 业： 指导教师： 二一五年六月II诚信声明本人郑重声明：本设计及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成设计时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 数控拉槽刀具设计 系部： 机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 学号： 112011333 学生： 吴春瑞 指导教师（含职称）： 张志龙（高工） 1设计的主要任务及目标本设计的主要任务：设计加工数控拉槽刀具，绘制数控拉槽刀具的图纸，并编制数控拉槽刀具的加工工艺规程。目标： 1.通过本次设计了解数控拉槽刀具的结构型式；2.了解拉刀各部分尺寸的计算方法；3.数控拉槽刀具各种切削角度的选取原则；4.通过工艺规程的编制，学习数控拉槽刀具的完整加工过程。2设计的基本要求和内容 要求：绘制的图纸符合机械制图国家标准，并做到内容完整、准确。设计的工艺既要切合实际又要保证产品的精度要求，还要符合经济性的要求。 内容：设计并绘制数控拉槽刀具的图纸，编制数控拉槽刀具的加工工艺规程，并编写毕业设计。3主要参考文献1 楼希翱，薄化川.拉刀设计与使用.北京：机械工业出版社，19832 杨荣福，董申.金属切削原理.北京：机械工业出版社，19953 刘杰华.刀具精确设计理论与实践.北京：国防工业出版社，20054 刘华明.金属切削刀具设计简明手册.北京：机械工业出版社，1994.74进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1查阅文献，了解研究目的意义，完成开题报告2014.12.01至2014.12.312拉槽刀具结构和技术要求分析设计2015.01.01至2015.03.103计算以及校核设计，完成中期检查2015.03.11至2015.04.304综合整改，全面完善2014.05.01至2014.05.155全面整理毕业设计，准备答辩2014.05.16至2014.06.10审核人： 年 月 日太原工业学院毕业设计5数控拉槽刀具设计摘要：随着数控拉槽刀具的发展，其设计对产品加工的要求越来越严苛。刀具的结构决定其使用性能，通过先进的刀具结构，才能发挥刀具本身的优势。本设计以加工特种管模类零件为例，在数控拉槽刀具的设计要点、材料优化等基础上，着重指出数控拉槽刀具加工的实效性。本设计以其研究的意义、国内外现状及发展趋势，逐步引出拉槽刀具的工作原理，刀具的设计要点以及完成管模这种产品的数控加工过程，同时对如何提高拉槽的加工质量，找出更合适加工产品的刀具材料。这样设计出的拉槽刀具能够保证产品的误差更小，精度更高，能有效提高拉槽表面质量，保证加工精度，提高整体工作效率，减轻劳动强度，充分发挥拉槽刀具的性能，从而提高经济效益，推动此类生产的发展。关键词：拉槽刀具，数控加工过程，表面质量，加工精度The design of CNC slot cutting toolAbstract: With the development of CNC pull slot cutter, its design is more and more stricter to the requirement of product processing. Giving a full play to the superiority of the tool itself is by the use of advanced cutting tool structure because cutting tool structure determines the performance.The special pipe die parts processing as the simple of the design in a CNC slot cutter based on the key points of design, material optimization, emphatically points out that CNC slot cutting tool machining efficiency. This design not only gradually lead to pull slot cutter principle of work, main points of the design and the NC machining process of completed pipe die according to the significance of the research and the present situation and development trend at home and abroad, but also find a more appropriate cutting tool material processing products for improving the quality of pull groove processing. Such designed slot cutter can improve the economic efficiency and promote the development of this kind of production due to it can guarantee the smaller error and higher precision product, increase the groove surface quality effectively, ensure the machining accuracy, improve the overall work efficiency, reduce labor intensity and give full play to the performance of slot cutting tool. Keywords: Pull slot cutter, NC machining process, Surface quality, Machining precision目录1 前言11.1 研究背景11.2 课题研究的意义11.3 国内外现状及发展趋势21.3.1 国内现状21.3.2 国外现状31.3.3 发展趋势41.4 完成本设计的主要工作41.5 本章小结52 设计部分62.1 设计依据62.2 工作原理62.3 设计难点分析62.3.1 深孔槽加工72.3.2 刀具设计难点72.4 与普通拉削的异同82.5 拉槽刀具设计82.6 本章小结143 优化部分153.1 刀具材料选择153.1.1 材料对比153.1.2 材料优化163.2 提高加工质量173.2.1 加工精度173.2.2 加工表面质量183.3 加工质量控制方法193.4 本章小结194 加工过程214.1 工艺流程214.2 基本要求214.3 辅助功能224.4 加工特点234.5数控加工过程244.6本章小结255 结论与展望265.1 结论265.2 展望26参考文献28致谢29IV太原工业学院毕业设计1 前言1.1 研究背景随着数控拉槽刀具的飞快发展，需要用数控拉槽刀具设计的产品要求精度不断提升，所需对应的拉槽刀具也越来越严苛。本设计以加工特种管模类零件为例，逐步引出数控拉槽刀具的设计要点、材料优化及其完整的数控加工过程。管模是一种模具，模具关键部分采用优质的钨钢模具材料精密研磨而成，具有强度高、耐磨性好、韧性佳等特点，加工某管模类零件时需要与之对应的刀具材料。我国对模具工业的发展十分重视，国务院在1989年就将模具技术的发展列为机械行业的首要任务。充分的说明模具工业的基础性及重要性。这些都充分体现了国务院和国家有关部门对发展模具工业的重视和支持。另外，管模对很多人来说并不陌生，因为它在我们的日常生产生活有着很广泛的用途。本文中设计中的管模需要用数控拉槽刀具逐步拉槽，因为如果一次性拉出所需要的槽型，有可能造成刀体损毁，或者因拉削量过大使表面粗糙度过大，表面质量差而使产品严重不合格，所以在加工过程中，我们采用数控系统，将提前编好的程序导入，把已经设计好的刀体安装上去，分刀体逐步加工。通过对此类管模类零件的加工，我们可以逐步分析如何提高拉槽的表面质量，我们将对数控拉槽刀具进行全面的设计，在此过程中需要考虑刀具刚度和刀具寿命等等问题，同时对刀具材料进行筛选，并分析刀具材料的优缺点，保证加工精度，提高整体工作效率，减轻劳动强度，充分发展拉槽刀具的性能，同时也要降低操作人员的操作水平的要求，以便提高整体工作效率。1.2 课题研究的意义随着生产发展的需要，对数控拉槽刀具的要求也越严苛，设计资料中对数控拉槽刀具的尺寸精度、表面质量、材料选择已进行严格控制，如不改进必不能满足产品的质量要求。随着管模类零件的设计趋向愈来愈复杂，其制造周期必定加长，数控拉槽刀具与数控机床的结合以及装配会更加困难，而且在数控加工过程中对操作人员的要求及其技术水平更加严格，另外，在检查过程中如果不能排除人为因素困扰，其自动化水平就会越低，会增加人力及其时间，导致效率低下。为满足生产发展的需要，完成特种管模类零件内孔槽的加工，需设计与之对应的拉槽刀具，设计出的拉槽刀具能够保证特种管模类零件的误差更小、精度更高，以解决拉槽困难、效率低、成本高等缺陷。此拉槽刀具能够可靠地实现复杂槽型，提高拉槽质量，保证加工精度，提高整体工作效率，减轻劳动强度，充分发挥拉槽刀具的性能，从而提高经济效益，推动此类生产的发展。如何解决管模类零件内孔槽对质量控制的要求，满足实际生产发展的需求已迫在眉睫，对数控拉槽刀具设计的质量控制更需要改进，使数控拉槽技术具备实际可行性，对生产此类产品的技术水平更上一层楼。1.3 国内外现状及发展趋势1.3.1 国内现状在国内，根据拉槽刀具现状分析，其要点有：拉槽刀具生命周期，经济成本等。特别是近几年新型拉槽刀具不断增加，原拉槽刀具的设计方法已满足不了实际需求。为确保装配精度，使产品不受影响，需研究制定设计方案，以满足科研生产需求，延长拉槽刀具使用寿命，提高生产效率。展望历史，英国的工业化用了100年，美国用了70年，战后的日本用了20年就进入了“后工业化”时代，具有后发优势的我们在改革开放的30年后也应该加速完成工业化的进程，即从原材料工业到加工组装工业进而到技术集约型工业的转化。我国制造业的整体水平与世界先进水平相比之下，仍处于低端水平，要想真正提高我国制造水平，必须走科技创新道路。毕竟我国制造业的技术创新能力不足，部分企业的核心竞争能力不足，甚至缺乏技术支撑，产品更新换代能力不足、进展缓慢，虽然在机床制造、装备制造、汽车制造等行业取得了不小的进步，但整体实力仍处于劣势。通过科技创新，加快我国制造业的整体水平是我国制造业发展的唯一出路。我们可以通过对数控设备的了解、熟悉，了解到了数控设备可以利用提高产品质量，提高产品的一致性，尤其是通过数控拉槽刀具来加工的管模类产品，提高数控拉槽刀具的精度，来提升整体的产品质量，进一步说明数控加工是提高产品质量的解决途径。通过现有技术对数控拉槽刀具进行设计、改进，通过自主技术创新，使此类生产发展的加工水平更上一个新的台阶。1.3.2 国外现状在国外，刀具的快速发展是在18世纪后期，伴随蒸汽机等机器的发展而来的。那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，许用的切削速度约为5米/分。1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。1923年，德国的施勒特尔发明硬质合金。在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约8米/分，采用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。制造业是国民经济的物质基础和产业主力，制造业是高速增长的发动机。制造业技术水平的高低，是国家经济实力的典型体现。先进制造工艺技术进步是生产力发展的主要动力。据统计，劳动生产力的提高，60%左右是依靠采用先进制造工艺技术来实现的。美国、俄罗斯、日本、欧盟等，都十分重视先进制造工艺技术的发展，以保持雄厚的制造技术基础好人水平。随着制造资源的制约以及产品性能大幅度提升，先进制造工艺技术在发达国家得到充分发展，并朝着节能、环保、精密、数字化等方向发展，工业发达国家通过先进制造工艺技术的开发与应用，在提升性能、保证质量、提高生产效率、合理利用各项资源方面已经走在了我们的前面。(1)数字化方向先进成形技术与装备是制造技术赖以生存和发展的重要支柱。西方发达国家正朝着数字化技术方向全面迈进，由机器的控制正在向数字化方向转变，从而我们的生活也会因此而变得更加舒适和标准化。西方发达国家在数字化制造发展中经历了单项技术和局部系统的车间级应用阶段：信息集成、功能集成和过程集成构成的企业级集成应用阶段；以敏捷制造、供应链管理、电子商务为主要内容的企业间集成应用阶段；转型方向发生变化，正在从传统的生产型制造向客户资源为核心的服务型制造方向发展，数字化制造将从生产型进入服务型，数字化方向正在全面改善。(2)刀具材料的发展与应用高速钢的发明和应用，已有整整一个世纪的历史，随着硬质合金、陶瓷、涂层刀具材料、人造金刚石、立方氮化硼、粉末冶金高速钢刀具等的陆续研究，机械加工日益趋向于高速、超高速、干式切削等新的技术发展方向。先进数控机床中，不仅要求刀具材料具有很高的红硬性（指材料在一定温度下保持一定时间后所能保持其硬度的能力）和热韧性，而且还必须有良好的耐磨性、耐热冲击和抗粘结性新兴工艺、新技术的发展对刀具材料提出了更高的要求。国外的拉削刀具材料在19世纪80年代既已使用高速钢涂层或者硬质合金，以德国为例，拉削刀具高速钢涂层材料的使用率高达67%，不仅节约了成本、重磨以及装夹时间，而且刀具寿命也有了显著提高。目前，国外对其加工工艺的发展仍处于保密状态，而且报刊杂志对其发展状况也鲜有报道，综合目前国际机械加工制造业的总体发展水平，我们对数控拉槽刀具进行深化创新、设计，推动管模零件向数字化方向生产发展已迫在眉睫。1.3.3 发展趋势数控拉槽刀具的飞速进步，需要增加技术研发资金的投入，更大的提高自主创新的能力；数控拉槽刀具的飞速进步，需要有一批勇于奉献、眼光长远的技术掌舵者，这样数控拉槽刀具才能丢掉自身的枷锁，从长远指之处看到数控拉槽刀具发展的未来趋势；数控拉槽刀具的飞速进步，还需要有一个良好的市场竞争机制，整个市场的制造厂商可以给以使用机会和足够的信任，才能使数控拉槽刀具有不断进步的趋向。不断追求劳动生产率的提高，是制造业永恒的主题。作为一个完整的制造技术体系，现代数字化制造技术主要由数控机床、数控量仪与数控刀具（国际上习惯称“现代高效刀具”）三部分组成。这三个子系统既独立发展，又相辅相成、互相促进，不断进步，不断推动制造业劳动生产率的提高。在数控系统中，数控机床在传统拉削一次的工作行程就能加工成形，拉削只有一个主运动，就是拉槽刀具的直线运动。由于数控拉槽刀具的拉削精度受到拉槽刀体本身的精度、使用条件、使用机床、工件形式、工件材料、加工前尺寸精度以及工件加持方式等诸多条件的影响。本设计着重强调数控拉槽刀具的工作原理、刀体设计、材料优化、提高精度等方面进行研究，来提高管模类零件产品的整体产品质量。现代工业的发展需要现代数字化制造技术，数控拉槽刀具在此更应该加大创新力度，为以后能实现传统产品的全面自动化而打下坚实的基础。1.4 完成本设计的主要工作由于数控拉槽刀具的拉削精度受到拉槽刀体本身的精度、使用条件、使用机床、工件形式、工件材料、加工前尺寸精度以及工件加持方式等诸多条件的影响。本设计着重强调数控拉槽刀具的工作原理、刀体设计、材料优化、提高精度等方面进行研究，来提高管模类零件产品的整体产品质量。本设计以加工特种管模类零件为例，在知晓数控拉槽刀具的设计要点、材料优化、发展趋势的基础上，着重指出数控拉槽刀具加工的实效性，是完成整个数控加工过程中很重要的一步。本设计以其研究的现实意义、国内外现状及发展趋势，逐步引出数控拉槽刀具的工作原理，刀具的设计要点以及完成管模这种产品的完整的数控加工过程，同时对如何提高拉槽的表面质量，找出更合适加工产品的刀具材料。本设计在此需完成以下工作：（1）对数控拉槽刀具的设计依据应进行全面的分析，从设计数控拉槽刀具的所需的管模入手；（2）对数控拉槽刀具的工作原理应进行充分的阐述，熟悉刀具的设计要点以及完成管模这种产品的完整的数控加工过程，对数控拉槽刀具的刀体的设计进行逐步分析；（3）通过对传统高速钢刀具材料与粉末冶金、高速钢涂层材料的比较、实验，选择适合数控拉槽刀具的材料；（4）在进一步分析数控拉槽刀具的各种因素的基础上，通过对数控拉槽刀具的实际加工进行分析比较，确定通过加工方式的改变、刀具材料的改变等方面因素可以有效的控制数控拉槽刀具的加工精度，使其生产的产品具有质量稳定、可靠、一致性强等特点；（5）写出所需的工艺流程以及完成本设计中产品完整的数控加工过程。1.5 本章小结本章通过对国内外数控拉槽刀具行业整体工艺水平的分析，以及数控拉槽刀具的加工质量与加工精度对产品的重要意义，着重指出了本设计研究内容的重要性，并提出了本设计研究的主要工作。302 设计部分2.1 设计依据以长度为2070mm的管模为例，需要做出的整体产品如下图（图2.1）所示，需要用本文设计出的数控拉槽刀具拉削出的槽如下图（图2.1）所示。图2.1 管模2.2 工作原理本体与机床主轴结合，机床主轴带动拉杆，拉杆使滑动锥体做轴向运动，滑动锥体的轴向运动可以带动刀夹，以改变刀体的切削深度。使用传统的加工方法在机械式拉槽机上实现，主要通过两个运动实现管模内孔槽的切削:（1）刀具随刀杆沿轴线方向运动，实现长槽加工；（2）拉槽刀具的径向运动由机床进刀装置与刀体共同实现，拉槽刀体内的切削刀具通过机床、刀杆、刀体共同作用来实现刀具径向运动高度的变化。2.3 设计难点分析刀体是组成数控拉槽刀具很重要的一部分，而且是很关键的一部分，形状多样，加工流程长，尤其是对管模类零件内壁槽的加工，加工时其质量很不容易控制，需要刀体在装配的时候非常严密。管模的工艺流程如下：实心锻造热处理毛坯检验粗车钻深孔热处理半精车深镗孔内孔珩磨拉槽精车磨外圆探伤镀铬2.3.1 深孔槽加工该管模的外圆长径比是8.6,内孔长径比是17.0，内外圆的壁厚是59，影响如下：（1）在加工该工件时，受热时则会产生弯曲变形，工件在切削里的作用下势必会产生微小弯曲和振动，肯定会影响其尺寸、形状精度和表面质量；（2）刀具的刀体过长，刚度差，刀体容易引偏，加工的时候容易产生弯曲和振动，很难保证内孔槽的直线度、加工精度以及表面质量等要求；（3）内外圆的壁厚是59，加工过程中会产生微小形变问题；（4）管模内孔槽加工的起点位置是在孔内的指定长度上，要求刀具的刀体直接插入孔内通过刀体上的键与内孔定位进行加工；（5）虽然槽深不随长度的变化而变化，但是要在指定节点上，要满足拉槽所需深度以及准确加工并测量该节点的位置；拉槽刀具切入工件不是控制系统直接控制和检测的位置，二者相去甚远，机械传动部件形变大大增加了控制难度；所有机床都要求尽可能高的机械刚性，它直接关系到进刀量控制的快速性和准确性；由于管模内孔尺寸原因，相应的刀杆、拉杆和锥形滑动体等部件尺寸也要相应的变化，它们的刚性难以提高，因此对于进刀量的精确控制更难以保证，需要从机械结构设计、制造、装配和电气控制上予以充分考虑和保证；深孔槽加工使得操作者无法直接观察到内部的实际加工情况，故障难于及时发现和控制，在孔内发生故障后操作比较难控制；影响加工过程和加工精度的不确定性因素较多，例如工件的内孔尺寸精度、工件夹持松紧度、工件与刀杆的同心度、刀具磨损速率、机床当前传动系统状态等都将会影响到槽线的正常加工和容易发生进刀不均匀或者啃刀过载等等事故；进刀量小，加工持续时间长，往复循环过程多。现在我国对于深孔槽加工已经有了很大的进步，不论是加工设备、加工刀具以及必须的辅助用具，还是加工所必须的工艺参数、工人的操作水平与技巧都可以满足深孔槽加工的质量要求。 2.3.2 刀具设计难点（1）在设计数控拉槽刀具时，刀体的结构在一定程度上比较复杂,而且在加工管模类零件时需要更换不同的刀体，分次序逐步进行加工。数控拉槽刀具设计首先必须保证刀体的强度、寿命以及它的可靠性，由于在加工管模类零件时存在阻力，而且还受到管内压力的慢性冲击作用，因此设计出的数控拉槽刀具的刀体必须能承受加工时受到的最大的阻力；（2）分次序设计刀体，在加工管模类零件时能有效地减小阻力，而且所有刀体在装配时结构必须紧凑而严密，这样加工出的管模类零件的内孔槽的相应精度才会有所提高；（3）对于管模内孔槽的加工质量，它的表面粗糙度除了由工件与刀具的材料决定外，还由所采用的切削速度、冷却润滑液、刀具磨损程度决定。2.4 与普通拉削的异同普通工件的长度正常情况下均为短孔，它们的长度一般在10120mm之间，最长情况下也不会超过300mm,如果是加工圆孔的话，它们的直径一般不会大于180mm，加工的长径比一般在10以下。对于数控拉槽刀具加工的内孔槽来说，它的内孔长径比是17.0，加工的内孔槽全长是2070mm，和传统的拉削工件从数据上来说就完全不同，它的刀具的设计、拉削的方式、加工的机床、检测要求等等根本不一样。2.5 拉槽刀具设计由于管模内孔槽为直槽，所以刀具的运动轨迹为直线运动，在拉削的过程中，数控拉槽刀具的工作角度就不会发生变化，但是在刀具设计时也必须充分考虑刀具工作角度的合理性，并且需要考虑数控拉槽刀具要有足够的强度。拉槽刀具的部分尺寸：刀具的设计前角、后角都是定值。在拉槽刀具加工管模内孔槽时，拉削的过程中，由于工作基面不会发生变化，刀具的工作前角、工作后角也都是定值，不会随拉削部位不同而发生变化，所以刀具在设计过程中也需要把工作的前后脚的极值计算出来，以便于确定合适的初始前后角，保证拉槽刀具在进行第二阶段的加工中后角和加工表面不会发生干涉，在第四阶段的加工过程中前角也不会和待加工表面发生表面干涉。本体与机床主轴结合，本体的118外圆根据管模内孔直径设计，并通过键定位(具体设计图如图2.2所示),为了保证本体与机床相结合，所以本体尾部设计为缩短的公制锥体80。图2.2 本体拉杆使滑动锥体（如下图2.3所示）做轴向运动。求解滑动锥体的锥度（上、下两底圆直径之差与锥台高度之比）：设大径为D，小径为d，锥台高度为L，锥度为C由实际图纸数据可知，D=52mm，d=20mm，L=80mm，则：C=（D-d）/L=1:2.5 即C=0.4图2.3 滑动锥体刀夹（如下图2.4所示）根据刀体和本体进行设计，滑动锥体使刀夹做径向进刀、退刀运动，以控制管模内孔槽的切削深度。图2.4 刀夹刀体的主要设计参数为：锥度、刀具伸缩所需的轴向行程、两个刀夹的对称度等。刀体具体的尺寸以刀夹口的大小设计，因为切削量不能过大，所以需要分刀体逐步拉削，先拉直槽，第一阶段先直线拉削8mm，第一阶段使用一号刀体，如下图2.5所示。图2.5 一号刀体第二阶段：使用二号刀体，如图2.6所示图2.6 二号刀体第三阶段：使用三号刀体，如图2.7所示图2.7 三号刀体第四阶段：使用四号刀体，如图2.8所示图2.8 四号刀体第五阶段：使用五号刀体，如图2.9所示图2.9 五号刀体刀体外圆与管模内孔配合，刀体尾部由止口与刀杆配合，保证刀体的直线性，锥体分上下两部分（如图2.10所示），其锥度一致；尾部由螺纹与本体内的拉杆配合，通过拉杆的轴向运动实现锥体运动，刀夹通过销子装配而成，其上的触点分别与滑动锥体配合，保证刀夹在作业过程中始终与滑动锥体接触，两刀夹的锥度的对称直接影响槽深的一致性，刀夹使刀体完成径向运动；刀夹上装夹刀体的位置与销轴孔中心保持一定的位置关系，以确保两刀体径向运动的一致性；安装刀具后，自然形成容屑槽，一次进刀后形成的切屑在此槽内容纳，待完成一次往复运动后，人工去除。图2.10 装配结构1.本体 2.刀夹 3.滑动锥体 6.螺钉 7.螺钉 8.销 9.螺钉2.6 本章小结本章从设计依据入手，引出数控拉槽刀具的设计以及设计难点，介绍与普通拉削的异同，按次序介绍拉削管模内孔槽拉槽刀具的刀体，拉槽刀具的工作原理，对数控拉槽刀具做出了整体分析。3 优化部分3.1 刀具材料选择数控拉槽刀具可以用来加工各式各样的通孔、槽还有一些形状比较复杂的内表面，在拉削的过程中按照何种顺序把加工余量从工件上拉削下来，对于作业效率、加工表面质量以及拉槽刀具的制造成本都会有很大的影响。管模内槽的拉削方式和传统的拉削方式不同，在拉削的过程中，加工余量被按照分层拉削法依次切削下来，而且拉削刀具与传统拉削刀具不同。管模内孔槽加工的数控拉槽刀具只是负责拉削加工余量，拉槽刀具对工件的运动由机床带动完成，拉槽刀具的进刀是由刀体完成的。在拉削的过程中，数控拉槽刀具的设计变得简单的话，必须考虑到一些问题，即刀具的刚度、刀具的寿命、刀具设计角度等等问题。对于管模内孔槽的加工质量，它的表面粗糙度除了由工件与刀具的材料决定外，还由所采用的切削速度、冷却润滑液、刀具磨损程度决定。3.1.1 材料对比在现在实际的社会生产发展中，刀具的材料是不断地发展的，我们也应该学习世界上其他先进国家的刀具材料，“取其精华，去其糟粕”，为我们以后刀具材料的使用做准备。下面就现在市场主流的刀具材料和比较先进的刀具材料简单地做些比较：（1）硬质合金刀具 硬度合金刀具具有硬度高、耐磨、强度与韧性比较好、耐热、耐腐蚀等等一系列优良性能，尤其是它的高硬度与耐磨性即使在500的温度下也能基本保持不变，在1000时仍有很高的硬度。（2）高速钢刀具加工管模内孔槽的刀具的材料向来都使用的是属钨钼系高碳含钴超硬型高速钢，它具有较高的常温硬度（可以达到70HRC）与高温硬度、锋利、易磨削、高红硬性等等优点。这种材料也可制作格式各样的高精度复杂的刀具，还可以用于制作各式各样高硬度的刀片、刀头等等，此材料在经过730840的预热，再经过11701190的盐浴炉或者11801200的箱式炉加热之后，回火3次之后，油冷，再经过530550回火3次（每次回火时间保持2小时），它的硬度就可以达到6769HRC，满足了加工管模内孔槽所承受的切削力要求，但是因为零件硬度高，拉削的长度较长，利用此材料制造的拉槽刀具易磨损，寿命短，而且零件的表面粗糙度不能达到要求，很难满足现代生产发展日益提高的精度要求以及表面质量要求。现在因为此材料在市场上的需求量比较小，购买的时候还比较困难，所以应找寻另外的具有寿命长、高效、耐磨损的刀具材料来满足加工管模内孔槽，满足其加工精度和加工质量要求。（3）粉末冶金高速钢刀具粉末冶金是制取金属粉末或者用金属粉末（或者金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，在经过成形与烧结，制取金属材料、复合材料和各种类型制品的工业技术。可以获得极高硬度（6370HRC），而且在550600仍可保持高硬度（60 HRC以上）和高耐磨性的耐热耐磨钢类，良好的磨削性、良好的热处理尺寸稳定性、良好的韧性、良好的红硬性、良好的耐磨性。3.1.2 材料优化结合管模内孔槽对拉槽刀具的要求:刀具的寿命长、刚性好、耐磨损、耐冲击不易产生积削瘤等等，结合拉槽刀具新材料的不断发展，通过世界上其他先进拉槽刀具材料的了解、学习，目前可以提高拉槽刀具性能的材料主要有下列四种：（1）高速钢作为基体的涂层刀具；（2）硬质合金刀具；（3）涂层硬质合金刀具；（4）粉末冶金高速钢刀具。硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。在韧性较好的硬质合金表面沉积一层极薄的耐磨层，即涂层硬质合金，它能较好地解决硬质合金的耐磨性和韧性之间的矛盾。粉末冶金具有显著节能、省材、性能优越，产品精度高而且稳定性好的等等一系列优点。在了解各式各样的材料的基础上，如果从原材料进厂开始直到刀具加工完毕为止，从材料的成本、加工的成本、加工的难度、使用的效果等等几个方面，对四种材料的特点进行对比：普通的高速钢涂层或粉末冶金高速钢的原材料最便宜，硬质合金以及硬质合金涂层的价格都高；刀具架可以委托专业的厂家进行，而且数量越多其成本越低，但是由于使用有限，没有办法像汽车行业一样行程大规模的刀具订购，所以使用硬质金属材料的加工成本极高；高速钢涂层、粉末冶金高速钢可子拉槽刀具成形后委托给专业涂层厂家进行，但对于硬质合金拉槽刀具一般也没有专业设备；从使用效果来看，高速钢涂层刀具、粉末冶金高速钢刀具都可以满足管模内孔槽的加工精度和加工质量要求。综合上述缘故，使用粉末冶金高速钢刀具的成本低、加工的难度小、加工的成本低，可以代替高速钢来加工管模内孔槽。粉末冶金合金钢有很多种牌号，经过多种材料的加工实验，美产CPMP15和德产S2-10-1-8明显优于国产F系列粉末冶金高速钢。3.2 提高加工质量零件加工质量是保证机械加工产品质量的基础，零件的加工质量包括零件的机械加工精度和加工表面质量两个方面。如前所述，公差对制动规律的影响变得更为敏感。零件公差可能对机械的正常运作产生细微影响，从而影响机构的正常运作。质量控制是保障管模内孔槽加工加工质量满足要求和促进工艺进步的管理手段，通过质量控制的特点和质量控制的方法，其目的是通过流程检验和控制，人员、设备、物料管理、环境管理、以及先进的质量控制与分析方法的应用来提高加工的质量精度、质量稳定性与合格率。3.2.1 加工精度机械加工精度是零件加工后的实际几何参数，例如尺寸、形状以及表面间的相互位置和理论几何参数的符合程度，符合程度越高，加工精度就越高。零件的加工精度包含三方面内容：尺寸精度、形状公差、位置精度，这三者之间相互关联，对于管模内孔槽的加工精度，就是指长度上的槽深、槽宽、槽底圆角之间的分度等等。实际加工过程中，加工精度取决于工件和拉槽刀具在切削运动过程中的相互位置关系。通过对管模内孔槽加工过程分析，在完成零件的装夹与调整后，影响加工精度的主要因素为工件与拉槽刀具之间的正确相互位置、准确测量。由于加工过程中会产生切削力、切削热以及摩擦，这会引起工艺系统的受力变形、受热变形以及磨损，造成种种加工误差。同时，在加工过成长，还必须要对零件进行测量，才能判定加工是否合格，任何测量方法和量具、量仪均不可能绝对正确，测量误差的产生也成为影响加工质量的重要因素。无论是利用传统加工方法加工还是数控方法加工都依靠设备精度来保证，数控拉槽机床的精度明显优于普通机床，影响管模内孔槽的加工质量的主要因素为加工前的调整：（1）由于零件长，加工时拉槽刀具从最远处起刀，零件孔径小，相应的刀杆直径小，悬伸长，起到位置离刀杆支架远，极易造成起刀位置与出刀位置的槽深度不一致；（2）理论上工件支承与刀杆支架同心，其设计误差不超过0.02mm，但是工件为细长杆类零件，存在一定的挠度，刀杆在加工起点位置会产生悬垂，同样会产生整体长度上对称加工的槽深度不对称的现象；（3）量具本身额制造误差、使用条件例如湿度影响、操作者的细心程度等，都会影响零件的调整精度和测量精度；（4）夹具的制造误差、安装误差以及使用中的磨损也直接影响零件表面的位置精度和尺寸精度；（5）管模内孔槽采用定尺寸拉槽刀具，加工的时候，拉槽刀具的尺寸精度形状精度直接影响工件的加工精度；拉槽刀具在使用的过程中会发生磨损，特别是管模内孔槽加工这种路径长、受力大、一次走到所需时间长的加工方法，其退屑能力弱，更容易造成拉槽刀具磨损。另外，刀具材料也会对零件的加工精度产生影响，由于刀具材料优化，其拉槽刀具的使用条件也会随之发生变化，主要体现在切削参数上，传统切削参数远不能发挥拉槽刀具材料的特性和优势；刀具材料的优化，使刀具参数发生变化，相应的冷却液也会发生变化，使用优化后的材料制作的拉槽刀具，管模内孔槽的表面粗糙度有明显提高，其内孔槽的表面不会产生波纹；使用优化后的材料制作的拉槽刀具，管模内孔槽的加工精度和表面质量有明显提高，从测量结果来看，内孔槽的直线性高，对比其他金属拉槽刀具，加工精度有了明显提高。3.2.2 加工表面质量实践表明，机械加工的破坏，一般都是从表面开始的。这说明零件的表面质量至关重要，加工表面质量包含两方面的内容，加工表面的几何形貌以及材料的力学物理性能和化学性能。加工表面的表面结构是指表面粗糙度、表面波纹度、纹理方向和表面缺陷，对于管模内孔槽加工表面来说，最重要的指标是表面粗糙度。由于零件的表面质量对于耐磨性、耐疲劳性、耐腐蚀性、零件配合质量都有很大的影响：（1）耐磨性由于零件表面存在不平度，当零件配合时，实际接触面积并非理论上的整个接触表面，表面波纹度越大，粗糙度越大，其有效接触面积就越小。对于管模内孔槽来说，其表面粗糙度越小，表面越光滑，液流越流畅。（2）耐疲劳性表面粗糙度值越小，表面缺陷越小，压力不易集中，工件的耐疲劳性越好。（3）耐蚀性零件的耐蚀性很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙度大，腐蚀物质容易沉积在表面凹坑中，是耐蚀性降低。3.3 加工质量控制方法管模内孔槽采用传统的机械式加工方式、利用高速钢刀具加工，其加工精度较低、表面质量较差，尤其是槽深的实测数据一致性较差，导致管模内孔槽的加工合格率较低，协议品较多。采用数控机床加工管模内孔槽，并提高刀具材料性能，并有针对性的设计制造高精度检测仪器，在加工质量上产生巨大变化，其质量可以控制，加工一致性优，加工精度和表面质量明显优于传统加工。在加工管模内孔槽的过程中，仍然需要从以下几个细节加强：（1）提高细长杆类零件加工工艺水平，保证零件前工序的加工精度，以便提高零件的加工精度与表面质量；（2）对夹具、量具进行定期复验，保持其应有的精度，同时也注意平时的使用过程，提高精度；（3）数控拉槽刀具磨损后应该及时的修复，提高它的制造精度，保证零件的加工精度与表面质量；（4）平时应该注意的是，定期的对操作人员进行培训，提高操作人员的熟练程度。3.4 本章小结 本章着重介绍，刀具材料的优化，对材料做出对比以及用何种材料才能使刀具本身发挥出最大的优势，以提高加工表面质量和加工精度，采用数控机床加工管模内孔槽，并提高刀具材料性能，并有针对性的设计制造高精度检测仪器，在加工质量上产生巨大变化，其质量可以控制，加工一致性优，加工精度和表面质量明显优于传统加工，提出了加工质量控制方法。4 加工过程4.1 工艺流程管模的工艺流程如下：实心锻造热处理毛坯检验粗车钻深孔热处理半精车深镗孔内孔珩磨拉槽精车磨外圆探伤镀铬管模内孔槽的流程：拉槽刀体与数控拉槽机床结合分别逐步更换一号、二号、三号、四号、五号刀体进行拉削工作。4.2 基本要求实现管模内孔槽长与刀体径向伸缩的控制，利用数控系统必须满足槽长与刀体径向进刀尺寸的匹配，数控拉槽与普通机械拉槽式拉槽的工作原理基本一致，不同点在于：（1）刀具的轴向运动与刀具随槽长变化而有规律的径向运动均由数控系统控制机械传动实现；刀具的径向运动所拉削长度的变化通过计算机控制后，不同产品对管模内孔槽的不同要求均可通过数控系统的参数进行设置，不需要每一种产品设计一整套数控拉槽刀具，大大节约了新产品的科研周期，节省科研费用；同时，对于正在生产的不同产品，只需要更换相应的刀体、刀具即可，不需要频繁的进行设计，由磨损造成的产品零件精度下降的问题也完全可以避免，计算机控制可以满足生产多品种、小批量的加工需求；（2）刀体通过数控系统控制进行旋转分度，拉槽刀具由数控机床控制，满足管模内孔槽的数量要求；利用计算机控制刀具的旋转，从而代替零件划线后，通过搞正十字线旋转工件进行分度的方式，分度的精度高，如果零件出现问题的时候，可以随时进行返修，可以在一定程度上提高合格率；（3）数控系统须具备Z、C、X三轴控制，任意两轴联动的同时，三轴要求实现联动控制；拉槽的运动主要为沿Z轴方向刀具的径向运动，沿X轴刀杆的轴向运动，沿车轴刀杆的旋转运动，当Z轴、X轴联动时可以实现管模内孔槽的加工，任意两轴联动的同时，三轴要求实现联动控制；（4）Z、C、X三轴采用位置全闭环的控制方式，以提高加工过程中的质量控制，提高产品的加工精度和表面质量；要求采用全闭环的控制方式，通过对电机力矩偏差检测，使各轴的反馈坐标值与光栅坐标之间形成同步的对应关系。4.3 辅助功能管模内孔槽的加工由数控系统控制后，除了满足拉削的基本要求功能外，还根据管模内孔槽的加工特点要求增加以下功能：（1）工件曲线加工轨迹图形显示该功能能实时监控拉削过程的运动轨迹，同时通过对拉削功率的监控，掌握拉削过程的动态；（2）手动干预和微调修调自动计算功能进行拉削试验，对同一把刀体拉削后的液流槽进行检验，并记录数据，通过对数据的分析，可对管模内孔槽与槽长的相关数据进行微量修调，并将修调数据计入程序，以保证槽深的一致性，对刀具径向进刀的精度误差进行补偿；（3）联动测试、报警在线监视在新产品或新的管模内孔槽曲线试制前，通过调整参数的输入，改变深度曲线后，进行X轴、Z轴的联动关系认证后，并通过指定长度的刀体径向进给数值，简间接检测槽深，为实际加工提供保障，能实现自动增量和手动增量，在手动增量时能实现任意长度的测试；报警在线检测要求能实现以下功能：急停报警、限位报警、润滑泵故障报警、变压器故障报警、Z轴电机过热报警。（4）卡刀回退原路轨迹自动计算与程序生成功能由于零件材料不均匀出现的局部硬点或刀具磨损造成的刀具损坏，或由于Z轴、C轴电机过载保护，或由于断电，或人为终止等因素，均可导致正在进行的加工过程被终止，而使刀杆停留在零件内部，影响正常的加工，导致废品出现。为避免这种现象的发生，要求发生该现象时，完整记录停电后机床的位置数据，待重新上电后，通过数据采集记录系统保存的前次系统退出时的异常信息和位置等信息，并且根据这些信息，是刀杆能负方向运动一定距离，使刀具全部收回至小于孔径的安全位置，然后沿拉削将刀杆从管模内孔槽中移动出来，不损坏已加工好的槽型，并保护刀具不受损坏。尤其是对于正在加工的产品，在断点处Z轴负方向安全回退距离之后，同时C轴也应按对应的联动关系正向回转相应的角度，从而使刀具随管模内孔槽轨迹回退，确保精度不受影响，减少报废可能。（5）参数设置参数设置包括系统参数、控制参数、工艺参数等内容，可根据产品零件尺寸的不同进行设置，如刀具的自动旋转，根据管模内孔槽的表面粗糙度，每刀径向进给量的随时调整等等；为安全起见，在批量生产加工某一产品的时候，在所有参数设置完成之后，可以实现参数保护，防止人或者操作者误改参数，导致加工的某批零件产生批量的零件报废；主要满足新产品科研中，管模内孔槽相关尺寸根据产品试验而做的调整，提高设备加工柔性；要求参数输入过程直接按系统提示操作，不使用复杂的G代码和PLC编程语言(或梯形图)，降低了数据计算差错、操作出错和对操作者很高的技术要求，简化操作程序。（6）数据实时采集记录对自动加工全过程的关键位置数据、电机负载数据等进行实时采集和记录，既可以用于当前的故障侦测，还可以为调试、检验、质量追溯、新产品试制和工艺等提供详细和真实的参考数据（检验槽深以及产品是否合格都需要涉及到深孔内径测量仪，由于仪器太过专业已超出所学知识范围，这里不便详细介绍）。（7）预留在线检测接口要求预留管模内孔槽在线检测装置接口和深度检测操作功能，当在线检测技术成熟时可随时安装，提高机床的使用性能。4.4 加工特点通过数控系统控制并增加多项辅助功能之后，管模内孔槽的加工与传统方法相比具备以下特点：（1）安全性高尤其是卡刀回退功能的实现，大量减少了废品的出现，为二次修复零件提供了基本的条件；（2）轨迹的精确性提高避免了由于机床传动而造成的误差，以及多部件加工误差、安装误差等累计误差对零件加工的影响；（3）一机多用新型设备不仅可以加工管模内孔槽，同时还可以加工键槽、花键等内沟槽，大大提高工厂加工的敏捷性。由此可见，这种新的加工方法适应性强，只要配备不同的刀具，不仅可以使用多品种、多规格的管模内孔槽的加工，还可以广泛应用于深孔内各种等深度、不同形状通槽的加工。4.5数控加工过程 （1）刀具与机床结合，并将刀体装于刀夹上紧固，使刀具到达最大尺寸用千分尺测量其尺寸，要求该尺寸大于最大槽深对应的直径，如果实测尺寸小于要求尺寸，可通过调整拉杆，使刀夹在锥体上的位置改变，以满足要求，并将刀具安装好；（2）将管模放在拉槽机的中心架上夹紧，调整零件夹持的中心高与刀杆同心；（3）确定刀具加工的起始位置；（4）数控拉槽刀具各种切削角度的选取根据所加工的管模决定；（5）按照系统提示将管模内孔槽的相关参数输入，系统界面将显示理想的线槽；（6）启动机床，依次换上一号、二号、三号、四号、五号刀体对管模进行拉削；（7）加工临近所需槽深时，及时测量，分别拉削完以后进入槽深公差，结束拉削，停止加工；（8）卸下零件，将其置于平台上，