（机械工程专业论文）油管数控加工工艺参数的研究与试验.pdf

淀朝+ 韭大学颈主喾使途文 摘要 灌管东石涵芏照孛被，“泛建瓣。它怒瘦矮子溜雾内输送石濑秘天然气赘锈餐， 蜜装于套管内，湘气从油箭内流动升至井口。油箭一般内接箍连接，接藕两端有螺 纹。滴管静嬲工矮鼙赢按影相浦， ：，叠产的安全控麓。 国际上一些经济发达阑家，油管的数控加工技术起步早，技术先进，对发展巾圈家 实行技术射锁。在国内，湘符加丫设备多数是机械式车床，结构和功能棚删。近年来随 耱数控技术舱发艘与普及，匹胄一定数爨缎数控枣浓褥到艨列，掺动，浊镑燕l 王技零憋 发展，在定程度上提高r 加工效率和质鼹。但i ；i u i f 各生产厂家对油管的加工技术保 密，生产厂家之阕没鸯撬会探讨翔工工艺，戮魏焱这方嚣缀处。手摸索搽讨除羧。 本义根据优化理论，研究r 在新条件( 如数控系统、刀具等) f ，加工工艺参数的 影响蠢素及交 毛特点，建宠r 绕亿切溪参数懿数学模蘩，并报摇涵管切潮溪嚣要求，飙 j 骥论j 二确定r 切削参数。 金属切削试骏钉! 金璃切潮研究r f q - 一1 l = 鼗地位。金擒切削过程的优化，尤其是切稳参 数的优化铃一系列实际闼题必须邋过试验老“能解决。随麓秘学技术的进步，特别是数控 披术的发艘，使切削试验的步骤大人简化，数控机，末的次切削中，可以给出不同的切 鸯速度毒琏蚕羁懿遴绘量，巍露骧慕援不麓豹甥燃刃爨，逶避壤程霹溪节镶搴按锾酃霹戳 方便实现。本文研究并给_ r 快速柯效的切削试验方案，缀过切削试验和对试验结果的 分褥，确定了一襄最捷葫互工艺参数。 数控机床的，仁产效率、加t 精度和产晶成本等在很大襁度i 二取决于刀具的t 竹：性 麓。为戴零文提出 刃其选择模式，它是戳经济敬虢、社会效益和环境效益为霸标，以 环境影响翱资源零4 用为前提，综合考虑功熊、质量、成本和服务等闲素进霉子憋刀具选 择。是从根本上有利于企她的生存和发展的有效方法。 逶过， ：述鲍磷究试验，霹以饺改造瑟弱题班雾数控：擎浓充分发撂癌鸯熬痒趱，为 念业带来更大的经济和社会效益。 关键词：数控工拨参数切削试验刀具选择模式 沈阳r 业火学硕士学位论义 t h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o no nd i g i t a lc o n t r o lm a n u f a c t u r i n g p a r a m e t e r so f s c r e w so f t h eo i lp i p e sp r o d u c e db ya m e r i c a a b s t r a c t 。 o i lp i p e st h a ta l es t e e lo n e su s e df o rt r a n s p o r t i n go i la n dn a t u r a lg a sa n da r ef i x e di n s i d es l e e v e s ， i nw h i c ho i la n dg a sm o v eu pt ot h eo r i f i c eo f o i lw e l l ，a r ew i d e l ya p p l i e di np e t r o l e u mi n d u s t r y ， h o o p sw i t ht h r e a da te n d sg e n e r a l l yc o n n e c to i lp i p e s ，w h i c ha r eo n e6 f i m p o r t a n tl i n k sb e t w e e n t h e ma n dt h eq u a l i t yo f t h o s ed i r e c t l ya f f e c tt h eh e f 翻a e f i cp e r f o r m a n c e so f o i lw e l l + d i g i t a l - c o n t r o l l e dt e c h n o l o g yo f p i p et k r e a di ns o m eo f t h ed e v e l o p e dc o u n t r i e sh a sc o m eu pt o a d v a n c e dw o r l ds t a n d a r d ，b u tt h o s ei nd e v e l o p i n gc o u n t r i e sa r eb l o c k a d e d m o s t o f t h ep i p e t h r e a d sm a n u f a c t u r i n ge q u i p m e n t sa r em e c h a n i c a lo n e sw i t ht h es a n l es t r u c t a r 毯a n df u n c t i o ni n c h i n a w i t lt h ed e v e l o p m e n ta n d p o p u l a r i z a t i o no f d i g i t a l c o n t r o l l e dt e c h n o l o g y , s o m eo f d i g i t a l c o n t r o l l e dp i p et h r e a d sh a v e b e e na p p l i e d ，w h i c hf u r t h e r e dt h ep o l y t e c h n i cd e v e l o p m e n t i np i p et h r e a d sa n di m p r o v e dm a n u f a c t u r i n ge f f i c i e n ta sw e l lt h e i rq u a l i t yt os o m ee x t e n t h o w e v e r , m a n u f a c t u r e r sh a v en oc h a n c e st op r o b et h ep r o c e s s e so np i p et h r e a d st oe a c ho t h e r b e c a u s et h e ys u p p r e s st h em a n u f a c t u r i n gp r o c e s s e sa b o u to i lp i p et h r e a d sa n dt h et e c h n o l o g yi s s t i l li nt h ei n i t i a ls t a g e a c c o r d i n gt ot h eo p t i m i z a t i o nt h e o r yt h ei n f l u e n t i a lf a c t sa n dd i f f e r e n tf e a t u r e so f p r o c e s s e s p a r a m e t e r sa r es t u d i e di nn e wc o n d i t i o n ss u c ha sd i g i t a l - c o n t r o l l e ds y s t e ma n ds h a r p e n e r se t c 。 t h em a t h e m a t i c sm o d e lo f o p f i m i z e dc u r i n gp a r a m e t e r st h a ta r et h e o r e t i c a l l yd e t e r m i n e db yt h e q u a l i t yo f t h r e a d sc u t t i n gi ss e tu p c u t t i n ge x p e r i m e n th a sah i 曲p l a c ei nr e s e a r c ho f c u t t i n gm e t a l t h eo p t i m i z a t i o no f p r o c e s s i n g m e t a l ，e s p e c i a l l yo n e so f as e r i e so f p r a c t i c a lp r o b l e m si nc u t t i n gp a r a m e t e r sm u s tb es o l v e db y e x p e r i m e n t s 。w i t ht h ep m g r e s so f s c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , p a r t i c u l a r l yt h ed e v e l o p m e n to f d i g i t a l c o n t r o l l e dt e c h n i q u em a k e sc u t t i n ge x p e r i m e n tm u c hm o r es i m p l e v a r i o u ss p e e da n d d i f f e r e n ts u p p l e m e n t 粼g i v e ni no r ep r o c e s s , a n da l s oa l ec o n v e n i e n t l ya c c o m p l i s h e dw i t h a n o t h e rs h a r p e n e rb yp r o g r a m m i n ga n da d j u s t i n gm u l t i p l eb u t t o n s t h es c h e m et h a ti ss i m p l e a n de f f e c t i v ef o rc u t t i n ge x p e r i m e n ti sg i v e nt h r o u g h o u tt h ec u r i n ge x p e r i m e n t sa n dt h e a n a l y s e sf o rt h e m ，a n das e to f o p t i m a lp r o c e s sp a r a m e t e r si sd e c i d e d 2 沈掰i j ：业大学硕士学位论文 p r o d u c t i o ne f f i c i e n c y , p r o c e s sp r e c i s i o na n dp r o d u c tc o s to f ad i g i t a l - c o n t r o l l e dl a t h ed e p e n d s l a r g e l yo nt h ep e r f o r m a n c eo f s h a r p e n e r s i ti n t r o d u c e st h em o d u l ef o rc h o o s i n gs h a r p e n e r s ， w h i c hi st h eo n e f o rt h eb e n e f i to f e c o n o m y , s o c i e t ya n de n v i r o n m e n tt h r o u g hc o n s i d e r i n g s y n t h e t i c a l l yf u n c t i o n ，q u a l i t y ，c o s t ，s e r v i c ea n dt h el i k ea n d a f u n d a m e n t a l l ye f f e c t i v ew a yf o r t h es u r v i v a la n dd e v e l o p m e n tt oe n t e r p r i s e s 。 b yt h ee x p e r i n a e n t sa n dr e s e a r c ha b o v em a k et h ed i g i t a l - c o n t r o l l e dt h r e a dl a t h et h a ti sr e f o r m e d p l a y sa ne f f e c t u a lr o l e , w h i c hw i l l 蹦n ge n t e r p r i s e sm o r ee c o n o m i ca n d s o c i a le f f i c i e n c y 。k e y w o r d s ：d i g i t a l - c o n t r o l l e d p r o c e s sp a r a m e t e r sc u t t i n ge x p e d m e m m o d u l e f o rc h o o s i n gs h a r p e n e r s 独创性说明 本人郑璧声明：艨呈交的论文是我个人在导瘀指导下进行的磷究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标淀和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 沈蕊工鲎大学或其他教育瓿毒毒瓣学位或涯书赝镬耀过的糖精。与我一曩 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名：刻鏖垄蹬期：篓兰：! ：翌 关于论文使用授权的说明 本入完全了勰沈嬲工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保黧送交论文的复e p 件，允许论文被查阅和借阕；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名：趟堡垒 。1 0 1 j 1 0 “o 一导师橼脾 网期：咖：；。一 沈l j t l ：r l q k 火学硕。 ：学位论文 插图或附表清单 图2l 数控改造后的g e - - 1 0 0 0 s 西班牙机床 图2 26 - 1 2 ”钻铤零件图 图2 3刀具选择框图 图4 1因素与指标关系图 图4 2背吃刀量与主轴电流关系图 图4 3进给景与主轴电流关系阁 图4 4 工件切屑图 表2 1 刀片、刀垫和刀体的型号及用途表 表4 1因素水平表 表4 2 试验方案表 表4 3试验结果分析表 m 附 m 陟 l 墨 哳 阱 蹦 主! 嘲 蹦 沈阳下业大学硕一 ：学位论文 引言 本文针对普通车床在切削汕管) j i i - e q t ，加t 质最小高、不断屑币加工效率较低等问 题，提 r 数控加t t 艺参数的研究与试验这一课题。通过本文的研究，力图实现加工 t 艺参数的最优化，提高j | l t 质最和效率，使数控系统和先进刀具充分发挥j 应有的作 用。 日前，对油管加工国内人都使用普通机床和专用机床，因此，加工工艺参数的优化 和试验的研究主要是为了这些车床在加工中的质最和效率问题，国内从事油管修复与制 造的骨干企业有些在加工工艺环节方面比较薄弱，尤其对美国进口的油管其加工工艺 参数还处于摸索之中，数控加工工艺参数的优化还处于起步阶段。 为了获得数控加工的合理工艺参数，首先确定最优化目标，分析数控加工的切削约 束条件，建立优化的数学模型。 我们i ! 处在世界制造技术发展时期，切削加工作为制造技术的主要基础1 二艺，切削 ，j 具得到j r 卡火速发展。大景的实际应用经验表明：选用一把性能较好的数控刀具，能够 很好的改善加工工艺参数，提高加工效率和质量。近年来世界各国数控机床用的刀具 科，类繁多，型号、规格、价位以及服务等各不相同，为此本文提出刀具选择模块，在分 析r 现有的切削条件后，利用该模块可以方便、快捷合理地选择刀具。 数控加工t 艺参数试验方案，是根据其特点确定的，通过编程控制加t t 艺参数， 在特殊的非正常情况f 使_ _ i 倍率旋钮；观察、测量并纪录主轴电流的变化、切屑形状和 表面粗糙度等，系统分析这些影响因素，确定最佳切削参数。 荚【蚓进l j 的汕篱数控1 ：t 艺参数的确定，使最优化理论和方法= l ，j 激挖加t 领域的应 用更进一步，通过这一研究与试验过程，不仅有利于油管数控加工工艺的研究，也促进 了引进机床的数控化改造。 2 ， 。 沈阳：t 业大学硕：l 学位论文 一_-一一 l 绪论 我国的石油地质比较丰富遍及大江南北，而为其提供设备服务的机械厂，也不断增 加，不同企业有着不同的加工条件和特点，而油管的加工却是石油和地质行业中涉及面 较，的一类机械加工问题。近年来，随着我国社会经济的飞速发展，加工制造业的水平 有了很大提高，许多企业都有数控加工机床，但是目前，仍有相当数量的普通车床在切 削加工中发挥着重要作用，然而它们的加工效率和加工质量却不理想，本文针对普通车 床数控改造后如何确定加丁工艺参数这一问题，研究了数控机床的切削参数优化以及试 验方法，并通过合理选择刀具以获得数控加工工艺参数的最优值。 1 1 问题的提出 在我国油管的加工中多数还是机械式机床，其中还有一部分是引进机床，由于它 们各自都有一定的弱点，比如自动化程度不商，操作控制不协调等，往往使其加工质量 和效率不高，甚至无法使用，周内从事油管加工的有些骨干企! l k ，由于加丁工艺环节比 较薄弱，尤其对美国进口的油管其加工工艺参数还处于摸索之中，没有一个比较合理的 加工工艺参数，在加工中，经常i “现切削状态h i f - 、加t 精度不够和不断屑等现象，给 用，o 和厂家造成了很大损失。为此，对这些机床进行数控改造，一方面保留引进机床的 良好的机械性能，另一方面又使机械加工数控化。在这种情况下，如何配备合适的刀 具，选用怎样的加工丁艺参数才能使数控改造后的机床充分发挥其应有的作用至关重 要。 1 2 数控加工工艺参数研究的基本情况 切削加工工艺参数的研究一区是从事切削加工技术人员所关心的问题，人量文献表 明：通过提高切削速度来提高加工质量和效率，是目前研究的个主要方向。高速切削 可以降低切削力，提高加工零件精度和表面质量等。最近又有学者提出高效率加工的新 概念，认为在金属切削过程 l ，选择很高的切削速度，并不一定是提高加工效率的唯一 方法。不要忽视在中等切削速度下的大进给量加工方案，通常所谓的高速切削，是选用 很高的切削速度与很低的进给摄和很小的切削深度进行切削的。这种切削方案实际存在 着许多问题，用于提高生产效率的高速切削加工，内于进给量和切削深度都很小因此 3 沈婵 j 【业大学硕：e 学位跑文 瓣撬懿生产袭攀著尽天。羧簿鬣遴鲶篓，旋麓、落凝深壤鸯民徐鹣翥蘧穗戮矮耱除率较 低，爿j 产效率也不瀚。当然，这时机床的荛轴功譬可以很小。这一点对予那些尺寸精 度、表雠粗糙度及袭馘完整性要求搬商的零件的精加王( 要求零件不变形，脚而切削中 产鬟三麴谚蕊鸯黉枣麓一系麓摄其游测祭耱f t ：k j 熬互) ，确蹩津漆蠢翡熬。 黉提高生产效率，就必须掇黼切除率。凼切削原理可知，龛属切削，p 的龊滁爨与切 削速艘+ 进给鬣和切削深度肖着密切的关系。熬切削动力学的限制，在一般切削中，切 粼深发誉麓逡撵太大，禽效率落潮迄不秘癸。辍赢效率藤工霹黻选努夫遂飨嚣( 豫在怒 距离的螂削扎予鼹期i 遮疫嬲般铡，只商邀糍小进给最姐l 下外) i 适、q 入的切巍玎 深度进纷加工。褥通过选辑辟量嬲藤不烧选辑报寇的惦削速度加以i ! l 己会，也能达到嵩 谫豫率。 1 2 ，l 加盖王艺参数的 楚化 t 甓化冉b 王工艺参数的阀魃已被辱l 为现代化铝逡) l k , - p 缀为夔鼗的经济阏题之一。楣网 鹣魏工祭箨，逡撵不瓣豁藏 ：f 工慧参数会产生誉黼浆餐潮效祭，这耨轰接影嫡舞藏黯鹣 骚爨、! 芝产枣魏攫l 王成奉等。翔碘他设备熬可拣悭、零爨：熬搜翅蛙熊、! 三产辫、生产袋 本、加工糖度、表藤鹱爨等瓣隧均敬决予正确逡撵加工艺参数。然蕊内予影响期工王 慧参数舱鼹素繁多，搠麴：赧王耩泼、表疆矮簌、工绛瓣辩链麓、刃其留辩链、工艺系 绞别发锩，影嚷爨豢之翊又薜 蔓交叉，壤夏测约，毽琵确定嫩镗蕊工王艺参数比较困 难。入们最镑怒根攒始验求确定会聪勰工王艺参数静：工艺人癸校据麴_ t 瓣懿体条弹， 按照巍己静熏产经验缄巍凳翔i j _ 辩，h 释蠢鞭辩瓤工工艺参数方案遘稽浇较，从中选择最 ， 绽黪剃，；另乡 对嬲王熬掰t f t ：材糖对其切洌翦l 蔓经蚤了解辩，徒缝透过秘燃试验，拽 f 季鲤l 王工芑参数l 嚣矛 掺瓤闽躯关系，扶 l _ | 找滋鬣专虻斡嬲王工艺参数。瓣d 争，许多 一厂也灞楚通避参考手册、实践缀验等来确定潮互工艺参数静，然丽这些方法所确定酌 ；t r l _ - r 王憨参数瓣入陵厂 l i 器，实辩效聚掇麓缀大。特剐是瑟 l f ，疆饕漤内多 嚣释裁墼毒害 鞑静蠢；撅涵瑗，以及数控辊臻、翩= _ f = 嘻t 心葶l l 柔栏制造系绕豹成燃，依靠经验寒确定搬王 工艺参数已远不能邋成r c - f , 瀚发麓。 - 4 一 沈阳工业大学硕： ：学位论文 随着人们对金属切削机理研究的彳i 断深入，科学和计算机技术的迅猛发展，人们已 建立起多个计算机辅助优化切削数据的程序系统，为选择最优切削参数提供了新的方法 和手段。 用遗传学中的遗传算法和计算机编程优化加丁丁艺参数。遗传算法是借用生物进 化舰律，通过繁殖、遗传、变异、竞争，实现优胜劣汰是有指导性的搜索，指导优化计 算的依据是适合度，由此一步一步地逼近问题的最优解。遗传算法的基本理论可以说明 所有长度短、阶次低和- ；i t 均适心度商十群体f 均适应度的模式j i l 裆i 遗传算法巾呈指数形 式增长。桐反。凡是长度k = 、阶次高和平均适j 蝴变低于群体平均适应度的模式将昼指数 形式消失；在遗传过程中能存活的模式都是字长短、阶次低和平均适应度高于群体平均 适应度的优良模式，这些优良模式又被称为构造块。遗传算法j e 是利用这些构造块的堆 叠，逐步攀登最高峰( 最优值) 。 运用神经网络智能化选择加工工艺参数1 其基本思想是：运用神经网络非线性映射 能力，恰当选取影响加工t 艺参数选择的特征因素，建立加工t 艺参数和各影响因素之 间的神经网络映射模型，运用机床过去运行数据进行学习，自动寻找规律并分布储存于 权值中，运行时对输入切削条件参数通过前向计算求解出最佳加工工艺参数。 应用模糊数学方法，对受多种因素影响的对象和事物作出总的评价1 ，从而达到对 模糊概念的多方案在多种评判标准下的优化目的。 而向绿色制造的t 艺参数优化”足阕为资源利_ j 】与环境行为问题是当今i j ：| = 界倍受重 视的研究课题。而制造系统的资源利用与环境行为优化是其中的重要组成部分。长期以 来。人们对机械制造系统的研究较多集中于生产成本、生产率、产品质最等方面，而对合 理利用资源及保护环境关注甚少。近年来，随着人们对节约地球资源、改善环境质量、 保护人类健康等问题的日益重视，机械制造系统已不再是仅用成本、效率、质量等传统 指标进行描述的了。 1 2 2 数控切削刀具 切削刀具，它是数控加工工艺中的重要内容，不仅影响机床的加工效率，而且直接 影响加二【：= 质量。数控机床的生产效率、加工精度和产品成本等，在很大程度上取决于刀 具的工作性能。因此，对于数控车床所选的刀具除了应满足一般刀具所具有的基本条件 5 沈阳工业大学硕j ：学位沦文 外，还应满足数控加工的一些特殊要求：刀具应具备合适的卷屑或断屑结构，以利于切 屑的自动排除：刀具的耐用度要高，以减少换刀次数：刀具或刀夹的结构应能实现快速 更换；尽勤用先进的高， i 产率的刀具和标准化、系列化产品，以利于编程加工和刀具 臀理等。 刀具材料的性能直接关系着j 舆的耐_ 1 ：j 度和，j j 产率的高低、刀具消耗f i o j l l 工成本的 多少、加工精度和表面质量的优劣等等。在刀具材料中用得最为广泛的是高速钢和硬质 合金，切削刀具材料近期发展特别迅速，为更好的选择创造_ ：r 日口提，这是当前机械制造领 域1 1 - 非常有利的时期，赆能一占也而临着诸多难题，关键n ：于综合地掌握这些材料的性能来 艇l 以利用。 刀具涂层技术自从问f ： j = 以来，对刀具性能的改善和加工技术的进步起着非常重要的 作用，涂层刀具已经成为现代刀具的标志，在刀具中的比例已超过5 0 。当前刀具材料 发展的重要趋势之一是硬质合金刀具，其应用范围继续扩大，碳氮化钛基硬质台金、超 细颗粒硬质合金、梯度绍构硬质合金及硬质合金与高速钢两种粉末复合的材料等将代替 相当一部分高速钢刀具，包括钻头、皿铣刀、丝锥等简单通用刀具和1 齿轮滚刀、拉刀等 精密复杂刀具，使这一类刀具的切削速度有很大的提高。硬质合金将在刀具材料中，与主 导地位，覆盖大部分常规的加工领域。在普通机床数控化的同时应提高对刀具的投入， 充分利用刀具在提高效率、降低成本、缩短交货期、加快新产品开发中的作用。国外有 数据表明，刀具费用l ! i 制造成本2 5 4 ，但它却直接影响占制造成本2 0 的机床费用 和3 8 的人工费用，因此，进给速度和切削速度每提高1 5 2 0 可降低制造成本1 0 9 6 15 。这说明使用好刀具会增加成本，但效率提高则会使机床费用和人工费用有很大的 降低，这匝是工业发达国家制造业所采取的经营策略之一。表面涂层方法把基体材料的 高强度和韧性，与表层的高硬度和耐磨性结合起来，从而使这种复合材料具有更好的切 削性能。正在发展的物理气相沉积法用于硬质合金刀具，使硬质涂层作为阻碍化学扩散 和热传导的障壁，使刀具在切削时的磨损速度减慢，涂层刀片的寿命与不涂层的相比大 约提高1 3 倍以上。提高涂层r t 艺技术、改进涂层材料及开发纳米级多功能涂层材 料，使涂层刀具的涂层结合牢度、耐磨性、抗冲击韧性等不断提高。瑞典的l ij 特维克公 司其涂层硬质合金刀具无论足技术还足功能在世界范围内都足一流的。 6 浣冀 王照大警硕士学经论文 j 量颦来，橇必式搿转钕刀矮餐麴泛熬擞溺，奁数蘩一t 这裂懿个数控刃其豹3 ( n 4 0 ，会攥切除髓占总数嬲8 ( 9 臁。出予诳转使刃其嘲潮效率藏，辅助时瓣少，鼹极 太瓣纛王效，霹拿使刃嶷鹣刀棒霹骧夔复经建簦缝f 镶瓣鞫锈逡赞弼，疆魏葵经济毪 鼢，褥转德刀瑟褥发耧檄夫靛健送f 刀羹接零鹪主撬步，鞠 l 孝胃转穗刀体鹩专l t 纯、稼鬻 化! t 产又健进r 刀体制逖j r 琶魍发艇。，县的耐心渲剽糙艘j 刀艇价格关系檄火，必须 引越潍意的是，在大多数情况一f ，选择好的刀具融然增加了刀具成本，但由此带来的加 工矮爨瀑l 麓蹑效率魏援麓，粼萄鞋键黎个藏l ：秘彘本人夫簿甄。 嚣瑟嬲落次，器| 】刃懿秘糨次。我翔蠢穹刀热市场已跫完全豹买方书场，这瓣买方有 利，同时也给买方带来丫刚惑。选择什么档次的刀具与机床的档次、嚣部件加t 的簧 求、产黼鹣徐僚黻及念被的搽潮稻余娩产黼静诳溺状况等有着辩销静关系。稀藉，辩中 国憋刃其“屡次”业悫露这么糖扶为：翦强怒德嚣、歇美、以饿到、黩本等，其次怒 饕躅、台湾，羧下来楚中嚣凌建豁产整。一簸寒浚这整黧家靼缝嚣豹弼獒徐缀莛季葭次遂 减的，德这并i ；蹩说英刀菇的性徐浇也楚知诧，鬻不楚诞各自存秘己的强项方疆不楚锻 嚣臻缀产熬( 趣摄徐臻) 、曩i 跫蘩l 层次。豳羚：t i i 特绒毙钢辩：熬切溅，嚣纳、伊粳”擎 的赫澈含盎、不锈钢的加工，攀时、伊斯弦、i l i 赢的铝及有色金属的腑= ：l = ：山特维克的 李刀等等。霆蠹；晗王襞豹镳刀、蜍一工、汉漫= 】= 其厂戆藩轮滚刃、上露懿戆豢、灏露 键旗鹣藏髂硬矮会金乃瑟、；“：e 魏王其系绫、成帮羔其骥究舞瓣懿绞刀黄等等，罄菇嚣 l 备领域和层次j ：贝有丰h 当l l 勺优辫，根据自身的安际情况充分考虑，) 贝的性价比，作出选 铎。如产黼难加工或加一簧求离、裔效率、肖质最的要求，可选粥第一层次的刃具。 1 2 3 落潮试验 众璃璃潮燕个一 傍囊杂熬过程，影响的鬻数众多蚕又交叉关联，n 魏弱瑶翦为 止：，试验研究仍在金澜切肖研究中t 譬主要壹呶位。不仅是金属的铷渐过程优化特剐是谢酬 参数黪德纯等一系残癸瓣瓣鼹必簸遴遵试验磷究考+ 戆解捩。毽魏缆 众藩甥潮辩学爨览 在确巍火程度一l 二是以试验移 究为期b 朗，并隧麓众麟切削试验技术的发腥弧发腱。 衾属绣麓试验戆黟 突主簧蹩懑绕篱撵懑锯溪熬王效察，慈长刀其毒鑫魏撬囊蘩l 羔袭 囊袋凝等方纛避行鹃。愈聪谚舞l 斌骏涉爱瓣瓣缀广。掰蘩麓熬手羧髓盂怒多嚣麓。金翳端 削试验研究对象涉及的斛綮很多，符影响嘲紫之i i ；i 】的因果关系魁复杂的，如何选择l e 7 沈嘲：l ：l 大学硖：t 学巍沦义 凌、实穗嚣爱遴鹣试验方浚，舞 秘确定正确浆试骏方案，簧 秘筑骖躐多试验王终薰( 鞍 少的试验次数) i i i j 仍能得出正确的试验结论这就怒试验方絮的研究均确定的i i 的。 我稻翔邋，要进稃辩学丽有效瀚试验，蒋：试验蓊努籁对试验俸研究静述 亍试验浚许 潋褥疑获褥镩效貉患鹣效率。试骏设计涉及爨熬肉嚣 啥事窝。霹i 试狳瀚。i 瀚莰( 试验 设计、试验实施和对试验结粜舰分析) ，札尤以试骏设计和试验结裂分析掇为重要。知 聚斌验设诗褥好，瓣试验熊聚分毒蓐褥法，就娩以鞍少的试验次数、较矮的试验翊鹈，以 麓较低熬浓本涎遨逑鹣袋辫羧l e 确瓣结论黎 较鼢豹试骚缭鬃；之，樊鼙增鞠试验次数、 筵试验矧矮，滚赞夫凝久力、秘，j 、赡矗羲l 时翔，逛雉戳达到馥_ l l l 瓣效鬃，莛堡譬羧 试验失败。 霹蓑，添囊羚广泛采翔靛试验浚诗方法蹩正交试验凌诗法，宅憩一耪雯簿秘分辨多 牌数试验的科学方法，它以人们的生产实践经验、省关熬专烛知识和檄率论跨数理统计 为藏础，幂口掰一套裰掰数学匕豹“证交性”原理丽编锖8 弗t 三标凇亿了的表格叫t 交袭， 来辩擎静蜜簧 试验方褰稻瓣试验结慕遘霉亍诗箨、努瓣，我窭最捷或羧优瓣垒产条终或工 艺条件的数学方法。麓言之，它是秘使明越交表躲排试验菇对结鬃进行统计分析，迅 速找凄谯纯方寰煞秘攀方法。 正交表是芷交试验设计鹣基本王矮。程交试黢设谛中，安 试验、对试验结莱避 嚣谤莫努辑，麓袭援交表+ l 二遽褥。骚誊释擎菠零懿笈震，耪麓是羧擦技零熬发矮，傻袅 属切削试验逐步从低级向商级阶段迈进。数控机床的应用已使切削试验的步骤大大筋 傀，数控税床酶一次甥澍中，碍菇绘接不溺豹切黼速度稻不同静进给蘸 羹可苏采溺不 嬲的切削刃最，这些遢避臻6 撩秘调节嵇枣按镪均霹方便雯瑷。 1 3 课题研究方案的确定 基予瓣题戆挺擦秘懿臻羧控改逡豹实辩，我嚣j 鬻娄磅究魏舞选褥数控刀蒸，器选舞 每钒庆霸王释豹褥料及鸯王王艺熬熬婷蘸懿；魏秘残赫兹条髂一f 对麴王工艺参数进群德 亿；逸器囊慧搀l 鼋试耱方案硬其试验结繁受趋台理等等，通逡这麴深入豹锈究，考缝 实聪课题的目标。 数控刀爨瓣磷爽舄选撵，藩免黉分褥韬麓翻! = ：l ：= 艺戆祭纷，特糕怒穰臻黎l 王嵇耪辩 的性质，在此基础上，螺攒建立的川其选择模式，优选数控珏艇。 * s 一 淀藤i j l - ：大学醭主攀歉 文 刃羹逡强攘式蠢；爨终囊逮资鞭模块、瓷凝霾耩块、选择露其繁琴帮刃；萎溪谖摸块 等姆个模块组成。它怒以经济效益、社会效菔为目标，以环境影晌年l 】资源利朋为前提， 综合考虑功能、质鬣、成本和服务蒋融素进行豹，熊选耩，楚谶进众娆发演的科学祷效 方法。 加工工艺参数的优化研究是以敝优化理论为蕊碱的，袋羽对生产效率、加：【时剃和 产黯耧濑攀鲍缘会分携法，全嚣分毫瞪三妥豁蹑数的簸忧勰，强时，巍选耩约藤条锌拜重簧 充分考露数控瓿臻黪特点，建立一个合逶盼纯纯数举模甏。 键麴试验方案蕊蠢委燮瀵论为瀵翰綦藤| t 癍强。墨爨豢三窳s 萝懿歪；雯袤安舞 试验，疆 搦数控机球自身的特点，在率肖外飚i 试验方粲中，搬f = lr 次试验中绘m 一组进给墩和 一懑凌潮滤度黪试狳方法，体现了镯黼试验黪薪惑藩。 l 。4 本课题研究的主要内容及意义 通过论文前期的文献检索工作所得到的信息发现，在有关数控加工二c 芑黔数的研究 方鬻， 每多从事金矮秘潮鸯# 王熬摹萼技工露誊。 邀察瓣骚究舞麴崧予：遴曼 鬟薅凌龚速度 袋镯粼爨柬掇离生产枣：遭避钛理埝上联炎摄谯使方法秘疆冀掇豹蜜域；遴避毛| | 己选甥燃 刃藏 j | 己馥数控熬工王琶参数簿等。 簿在对予溪弼n u m 数羧系统数控教逡瓣g f 5 t ( y - j ( 翁谣 溅搿车床上配餐了瑞媳的s a n d v t k 公司的祭到刀其厢，加荧阑制造的油臀，对其加工 王麓参数鹣硒究彝试骏，已鬣骞熬骈究工撵还缀多凳。袋凑，拳漂鬻麓任务藏是要京这 种特定的切削加工袈伶f ，研究切 l l | 加1 ：”t = 装参数，以满媳预搏 f i 豁。 在确愆加工工麓参数的方法| r ，奉文拟采用以嫩优化理论为基础的综合分析法，通 道落溅试黢鹣分辑垮溪敷使冬交优。喜# 羹凝逡容钉： 1 数控切削刿舆与加工祭p l ： 为了逡铎与数控菠迄螽纛孽辘寐耩遥癍熬数控刃瑟，霹翡潮条谨要送行垒黼努褥，镪 魏税臻懿稳髓、工徉誊重辩塔凝秀e 工互慧特煮簿，在她基礁上，翻蠲建囊豹刀懿选耩模 式，谯选刀其。 2 优化数控加工艺参数，建立数学横溅 船工工艺参数静优亿酋终簧逮辩设谤燹蘸。嚣谂上诱，选溺熬变爨越多，饶纯静羧 聚越好，誊然计算也越越复祭，如繁变量太雾。谤冀之瑟甚爱会韪 蛾笼鼹撬麟热理蘩。 母 沈阳1 ：q k 大学硕：i ：学位沦史 因此根据实际加_ _ ： 条件，恰当的选择变量是必要的。其次，确定目标函数。生产中的技 术经济指标如生产率、成本、利润等一般都可以和切削变量建立相应的函数关系，即目 标函数或评价函数。选用设计变量要以达到最优目标函数为目的，不同的目标函数，选 用的设计变量值不同。如选用最大生产率作为目标函数求出的切削深度、进给量和切削 速度，其加工成本就不是最低的。因此，口标函数的建立要经过多方面的考虑和权衡， 它与经济效率应密切相关。为此，我们将最大生产率( 最少单件工时) 、最低的单件成 本和最大的单件利润这二三个目标函数综合起来考虑。约束条件的限制，在生产过程中由 于受加二_ = 设备、加工条件及工件质最要求等的限制，可供选择的加工工艺参数变化范围 是有限的，因此在切削加工工艺参数优化时必须考虑各种约束条件。在实际生产过程 中，技术上可能产生的约束条件是多种多样的，应根据具体情况确定。一般足由机床的 性能、刀具的特点和工件的表面质量等方面来考虑，最后建立优化的数学模型。 3 切削试验方案的确定与实施 以正交试验方法分析切削试验的影响因素，结合数控加工特点，制定切削试验方 案。在每组的试验r f l ，安排爹个进给量和4 ：同的切削速度，一方面减少试验次数，另一 方丽也便于表面加丁质景的对比和测最。为了保证切削试验的精确性和可靠性，其切削 参数由数控编程来控制，只有在切削加工过程出现非正常情况时才可以使用倍率旋钮。 在试验过程中，观察、测量并纪录主轴电流、切屑的形状和表面粗糙度。 4 切削数据的糕碑与分析 在试验结束后，需要将所有信息资料归纳整理，分析试验结果，找出切削参数变化 对， 轴电流、t 件的表而粗糙度以及切屑形状的影响舰律，在综合考虑切削加t 丁艺参 数的各因素以后，给出加下工艺参数的最优值。 本课题的目标就是在这种特殊的加工条件下，找出用于油管数控加工的优化工艺参 数使其加工效率和质量提高。 研究本课题的意义谊：十： 1 可以获得最佳加工丁艺参数，利用该参数可以使加工效率提高和加工质量增 加，从而增加企业的经济效益。 1 0 沈阳王姑火学碳二仁学健硷文 2 3 4 通过对美图! i 幽管的数控加工可以对其材料在这种特定条件f 的加工工忧性 舂较深入的了瓣，一方巍能提赢蟥究入烫豹技本水平，另一方露也能爨纛操 佟久爨豹王佟素质，使= i ： = 1 2 强激黧懿商场经济中瑟矮竞争力。 研究加工工笆参数的最优化，建窥优化的数学模醚，研以为计算机优化系统 的建征提供数学模型参考。 切削试验方寒的建立与实施，为切鸯h 试验研究提供r 瓤的出容，也为我阑猩 裁楚数控穰溶怼荚露l 蘧蛰翔王瓣熹鎏爹疆究撵供了蠢徐德瓣数掇瓷辩。 沈阳工业大学硕士学位论文 2 数控刀具的研究与选择 数控机床的生产效率、加工精度和产品成本等，在很大程度上取决于刀具的工作性 能。因此，对于数控改造后的西班牙车床所选的刀具除了应满足一般刀具所具有的基本 条件外，还应满足数控加工的一些特殊要求：刀具应具备合适的卷屑或断屑结构，以利 于切屑的自动排除：刀具的耐用度要高，以减少换刀次数：刀具或刀夹的结构应能实现 快速更换：尽量采用先进的高生产率的刀具和标准化、系列化产品，以利于编程加工和 刀具管理等。传统的刀具选择目标往往是只追求企业的经济效益这一单个目标，选择方 法上仅从刀具的刚性、耐用度和加工精度等单一的使用性能考虑而忽略它对社会产生的 负面影响甚至是危害。显然这种观念和选择方法已无法适应2 1 世纪制造业可持续发展 的战略需要，尽管传统的刀具选择方法有时可能会给企业带来一点眼前的经济利益，但 它无法给企业带来更大的长远经济和社会效益。因此，要全面分析刀具的切削加工条 件，合理配置刀具。 2 1 切削加工条件 2 1 1 数控改造后的机床 ( 1 ) 数控系统选择法国的n u m - - 1 0 4 0 t 型数控系统。该系统除具备与其它系统相 同的基本功能外，还具有“螺纹继续切削”功能，可以对任何已加工过的螺纹进行继续 切削，而且不出现乱扣现象。另外，该系统在进行速度跟踪时，采用了反馈控制方式， 能适应螺纹切削过程中的变速要求。 ( 2 ) 伺服系统进给伺服系统选择与n u m - - 1 0 4 0 t 相配套的n u m 交流伺服系统。根据 计算并参考同类型机床，纵向( z 轴) 选用3 6 n m 交流伺服电机，横向( x 轴) 选用 2 5 n m 电机。 ( 3 ) 进给系统将原机床的进给箱、溜板箱、丝杠、滑板及刀架全部拆除，只留溜 板。纵向进给由固定在车床上的伺服电机经齿轮箱与滚珠丝杠连接，再经螺母带动溜板 而实现。 ( 4 ) 主轴系统主轴系统保留原机床已采用的西门子主轴伺服系统，同时在主轴箱 内安装编码器，以构成加工螺纹所需的主轴系统( c 轴) 。选用1 0 0 0 r p m 的编码器，由 1 2 沈阳业大学硕士二学位论文 于主轴犬齿轮为1 2 8 齿( m = 5 ) ，故编码器前端齿轮选用2 0 齿，其速比为6 4 ：1 ，则主 轴每转一转，编码器将返回6 4 0 0 个脉冲，经过网分频后，每转计数脉冲为2 5 6 0 0 ，分 辨率为5 0 6 2 5 秒脉冲，完全满足数控系统对c 轴的反馈精度要求。 ( 5 ) 机床的电气控制原机床有一个电控丰! ，喂而放置，开关、继电器、接触器、 主轴伺服系统等。由于要利用原机床的主轴变速系统、冷却系统、润滑系统等，因此必 须增加一个新的电控柜。该电控柜除放置数控系统和伺服系统外，还必须具有接管原电 控椒部分功能的能力。其休做法足：根捌改造后的 u 气原理，设计制作电拄机；原有元 器件仍放篇红原电控枷- 亿按电气原理作必要的改动，两电挖机问用电缆进行传输。 ( 6 ) 机械系统的改造方案在主轴箱内安装编码器、编码器支架、c 轴零位开关与支 架。编码器前端经过弹性联轴器与支承的齿轮同轴连接，该齿轮z = 2 0 ，m = 5 ，孑主轴 人齿轮( z = 1 2 8 ，m = 5 ) 啮合，作为c 轴的反馈元件。另外，在主轴大齿轮的锁紧螺母 i ：犍一挡块，作为c 轴零位开关的发信装爱。采用电动刀架以实现加工过程的自动切换 刀具。选择烟台机床厂生产的a k 2 1 2 4 0 x 4 型电动刀架。图2l 为改造后的g e - - 1 0 0 0 s 西班牙机床。 图2 1 数控改造后的g e - - 1 0 0 0 s 西班牙机床 1 3 沈阳工业大学硕士学位论文 2 1 2 油管的材料及加工特点 该油管是美国生产的，其材料相当于我国的3 5 c r l o a ，经过调质处理，其材质均 匀、韧性好。 工件的加工工艺特点：如图2 2 所示为6 - 1 2 钻铤零件图，加工该零件需要先车 去约2 0 岫厚的外园以后，再加工螺纹。另外，还要加工端面、倒角和螺纹退刀槽等。 与此相联接的还有带有内螺纹的油管零件图。 图2 26 - i 2 ”钻铤零件图 2 2 数擢刃具的研究与刀具选择槽- 式 近年来，快速发展的数控机加工工艺技术促进了数控刀具结构基础科研和新产品的 开发。世界各大厂商生产的数控机床用刀具种类、规格繁多，数量庞大，其分类如下： 1 4 - 沈阳工业大学硕士学位论文 机夹可转位刀具 铣刀( 粗、精) 孔加工刀具( 粗、精) 车刀( 粗、精；内、外圆；螺纹；成形；仿形) 拉刀 滚压刀具等 整体刀具 淼妻治臌 超硬材料刀具 单晶金刚石车刀 聚晶金刚石车刀 聚晶立方氮化硼车刀 陶瓷 c v d ；p v d 涂层刀具( 机夹可转位硬质合金涂层车刀) 等 为了便于刀具的选择，提出了选择模式，它是由四个模块组成：网络查询资料模 块、资料库模块、选择刀具型号和刀具辨识模块。其框图如2 3 所示。 图2 3 刀具选择框图 1 5 沈r i e 业大学颀士学位论史 每个模块的作用 i 网络查询资料模块应用计算机网络可以高效、便捷和全面的获取刀具系统的相 关资料，这是合理选择刀具的必要条件。随着计算机技术的飞速发展，计算机网络已经 f 分普及，对于一些技术水f 较高，产品- 质景较高，经营管理完善的俩i k 部已经在网i ： 钉自己的宣传网页，l ：嘲查询f 分方便，无论足国内还是国外的企业，只要一连网，所 需资料就会尽收眼底例如德国c i m 公司