关键词：
机床切削（精选十篇）
机床切削 篇1
关键词：机床切削,刀具,切削颤振
1 切削加工的重要作用与刀具
1.1 切削加工的重要作用
机械制造过程中最关键的步骤是零件的制作。制作毛坯时一般采用成形制造的方法, 通过铸造、焊接、锻造等方式手段加工完成。精确成形工艺, 又称净成形工艺, 是近些年来出现的新工艺, 加工半成品或成品时一般采用精确成形工艺, 通过精铸、精锻的方式加工完成。制造模型或经书零件时一般采用快速原型制造工艺。切削、磨削是传统的加工制造方式, 除此之外机床切削加工方式还包括激光束加工、电子束加工、电化学加工等工艺。现今, 传统加工方式中切削工艺是最重要的加工方式, 在未来的几年内还将在零件加工领域发挥越来越重要的作用。
1.2 刀具的重要作用
性能好的刀具能够提升机床的生产效率, 保证加工出的产品质量。因此, 提高刀具的性能对机械制造业的生产水平和经济效益的提高起着至关重要的作用。
金属切削加工出的产品在外观形状、尺寸大小、表面的光滑程度和产品质量有严格的要求, 因此, 在使用刀具切除工件上多余的金属材料时, 要重视生产过程中加工的每个步骤。特别是使用刀具分离工具表层时, 刀具和零件的表面会产生一个相互作用的力, 即刀具的切削作用和工件的反切削作用, 这是机床切削加工过程中首要矛盾。
随着工具加工行业的迅猛发展, 相关企业越来越重视切削刀具在生产加工过程中发挥的重要作用。新产品和新科技的使用加速了刀具切削工艺的革新进程, 数控机床等高性能的加工刀具技术开始投放生产使高速切削和超高速切削成为了可能。高速切削和超高速切削工艺对生产加工的要求程度更高, 要求切削的稳定性高, 精准程度更加精确, 刀具能够实现快速更换, 甚至是自动更换。机床切削加工未来的发展趋势迫切要求刀具在材料、结构和性能上的质量更高。
2 切削颤振产生与危害
2.1 切削颤振产生的原因
当出现以下几种情形时机床会产生自激振动:一是工件或是刀具同回转主轴相互连接时因为扭转和弯曲而产生了自激振动;二是在工件切削过程中因为工件的周期性运动而造成的机床整体性自激振动;三是在工件切削过程中慢速加工时, 机床会随之与地面产生缓慢的摩擦而产生的自激振动。
颤振指的是在金属工件的加工过程中, 刀具同工件因为相互加工摩擦而产生的自激振动。产生颤振的原因是在金属工件的切削过程中, 工件、刀具和机床因为相互作用形成间断而有规律性的振动。
2.2 切削颤振的危害
在实际生产活动中, 一旦机床产生振动, 会产生巨大的噪声。长时间以来, 机械生产中产生的大规模噪声远远超过了人体能够承受的健康程度, 一方面长时间工作在噪声大的生产环境中会使操作人员较易产生疲劳感, 甚至会诱发心脑血管疾病, 降低工作效率;另一方面, 机床的频繁振动会加速机床的磨损程度, 缩短机床的寿命, 导致工件的精准程度降低, 增加加工过程中的风险。长期以来, 机械制造业中的噪声污染相当突出, 大大超过国家环保标准。刺耳的噪声是工件一刀具系统强烈切削颤振的结果, 它降低了产品的表面质量, 降低了生产效率和刀具、设备寿命, 增加了材料和能源消耗。
在切削金属原件时, 颤振是持续发生的, 机械加工由于颤振会严重影响金属工件的质量, 因此减少颤振产生的不利影响是提高机床切削加工的重要方面。为了降低颤振所带来的不利影响, 操作者在切削过程中往往临时改变切削的加工方法, 然而这种临时性的改变必然会延长加工的时间, 可能会造成工期的延误, 增加生产的成本。
现代工业生产通过采用现代化的机床能够实现机械加工的规模化生产, 因此, 解决颤振带来的不利影响对提高机械生产效率起到了至关重要的作用。机械化生产在操作和时间上的可控程度高, 在解决颤振问题上人们更多关注的是提高机床的使用效率, 降低加工时间。
3 再生颤振理论与减小切削颤振的措施
3.1 再生颤振理论
针对再生颤振产生的原因, 理论界和实践界普遍认同的是以下解释:一次切削完成后会延续振动即振纹, 当下一次切削开始时上一次切削延续的振纹同本次切削会存在一个差值, 因此而导致切削后的薄厚程度不同而形成的颤振。
3.2 振型耦合理论
切削螺纹时, 从理论上看, 后转切削与前传切削的表面全部分离, 没有重合的部分, 因此无法产生再生颤振, 但在生产实践中也经常发生颤振。因为刀具与工件在加工过程中行进的方向组成了一个椭圆形, 所以颤振同时发生在两个方向上。由此可见, 当颤振同时发生在方向相反的两段式, 因原有的两个振型相互重合也会产生颤振。联系到生产实践中, 在设计机床时必须要考虑到机床在不同方向加工时的承受程度。
3.3 减小切削颤振的措施
进入工业化生产以来, 人们在机床切削加工上的实际生产经验相当丰富, 经过大量的生产实践总结, 减小切削颤振可以从以下3个方面着手:
一是调整机床的各个部件的参数, 包括主轴转速、进给量、切削宽度和刀具加工角度等。实际生产中能够发现, 通过人为的改变主轴的转速, 及通过控制切削的速度使之不停的变化能够尽可能的减少颤振的产生;
二是通过改进机床上的部分部件。由于机床的结构相当复杂, 难以从整体上改进, 因此可以通过对机床床身、立柱等基础部件的改进提高机床的整体稳定程度;
三是适当的改进刀具的结构。通过增大刀具的阻尼并适当的改进刀具的结构使之与机床和零件更加贴合, 能够有效的降低颤振发生的频率和幅度。
4 研究切削颤振现象及其控制理论的意义
通过研究颤振产生的原因为理论研究相关人员探讨机床切削加工理论提供了实践基础, 对机械加工理论和机械工程实践的发展起到了至关重要的作用。从实际生产领域来看, 通过控制颤振发生的频率和幅度能够尽可能的减小颤振带来的危害, 一方面能够为机床加工人员的身体健康提供保障, 另一方面能够减少元件的损耗, 延长机床的实用寿命、降低生产成本、提高生产效率, 促进机床切削加工工艺的长足发展、增加生产效益、提高经济收益。
参考文献
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《金属切削机床概论》教学大纲 篇2
课程代码： 学分数：
学时数：60（讲授学时）适用专业：机电类专科
开课单位：五邑大学继续教育学院江门高级技工学校分教点
一、课程教学目的、要求 教学目的：
《金属切削机床》是机械设计制造及自动化专业的一门主要专业课，主要任务是使学生能根据说明书及机床实物来了解机床工作原理、传动系统与结构；能根据工作要求正确选用机床；初步掌握机床结构设计的方法；初步具有对机床主要部件进行设计的能力。对学生毕业后能否完成一般机械设计及加工工作有直接的影响，在专业课中占有很重要的地位。
教学要求：
通过本课程的教学应使学生达到下列基本要求：
1、了解机床的主要类型，性能特点及其工艺范围，具有合理选用机床的基本知识；
2、熟悉典型机床的运动、传动、结构和操纵控制原理，初步掌握认识和分析机床的方法和步骤；对一般机床能根据说明书和实物，掌握其工作原理、传动和结构。能按加工要求对机床进行调整。
3、了解机床设计的原则和步骤，初步掌握机床方案设计的分析方法。
4、熟悉机床主要部件的结构、性能要求及其设计原理。初步掌握机床零件和部件的设计方法，具有对现有机床进行改装和设计专用机床及一般机器的初步能力。
二、知识要点：
绪论
1、教学内容：绪论
2、教学目的及要求：通过学习金属切削机床概述机床的基础知识，了解机床在国民经济中的地位及机床的发展简史。
3、教学重点：掌握机床的分类及型号编制方法，记住常用机床的类代号、通用特性代号、主参数等，掌握通用机床、专门化机床和专用机床的主要区别。
4、教学难点：掌握机床的分类及型号编制方法
5、各章节教学时间分配及进度安排：绪论1学时
6、主要教学环节的组织：本课题为课堂理论教学，主要围绕一些重要的概念展开讲解，通过本课题教学使学生基本掌握金属切削机床的分类与型号的编制方法。
第一章 机床的运动分析
1、教学内容：
第一节 工件加工表面及其形成方法 第二节 机床的运动
第三节 机床的传动联系和传动原理图
第四节 机床运动的调整
2、教学目的及要求：掌握工件表面成形运动和辅助运动。
3、教学重点：工件表面形状和形成方法，发生线的形成方法，机床的传动原理图。
4、教学难点：机床运动调整计算的一般方法
5、各章节教学时间分配及进度安排：
第一节 工件加工表面及其形成方法 1学时 第二节 机床的运动 1学时
第三节 机床的传动联系和传动原理图 2学时 第四节 机床运动的调整 1学时
6、主要教学环节的组织：本课题为课堂理论教学，围绕一些重要的概念展开讲解。
第二章 车床
1、教学内容：
第一节 车床的用途、运动和分类
第二节 CA6140型卧式车床的工艺范围和布局
第三节CA6140型卧式车床的传动系统
第四节 CA6140型卧式车床的主要结构
第五节 CK3263B型数控（CNC）转塔车床
第六节 CM1107型精密单轴纵切自动车床
2、教学目的及要求：了解机床的主要类型、性能特点及其工艺范围，具有合理选用机床的基本知识，掌握车床的运动传动结构和操纵控制原理。
3、教学重点： 剖析CA6140型卧式车床的传动系统和主要结构。其中，传动系统应掌握传动的原理图、系统图、路线表达式、调整计算（运动平衡式）和转速图等的概念和方法。车床主要是主轴箱、进给箱和溜板箱中的重要结构：主轴及其轴承、主轴开停及换向离合器、制动装置、变速操纵机构、开合螺母及其操纵机构、刀架纵横向机动进给操纵机构、互锁机构、过载保险装置。
4、教学难点：典型卧式车床传动系统分析、主运动传动链、螺纹进给传动链、纵向和横向进给传动链、刀架快速移动传动链。
5、各章节教学时间分配及进度安排： 第一节 车床的用途、运动和分类 1学时
第二节 CA6140型卧式车床的工艺范围和布局 1学时 第三节CA6140型卧式车床的传动系统 3学时 第四节 CA6140型卧式车床的主要结构 3学时 第五节 CK3263B型数控（CNC）转塔车床 2学时 第六节 CM1107型精密单轴纵切自动车床 2学时
6、主要教学环节的组织：到车间现场了解机床的运动以及卧式车床的组成、传动链、主要部件结构。
第三章 磨床
1、教学内容：
第一节 磨床的功用和类型
第二节 M1432A型万能外圆磨床 第三节 其它类型磨床简介 第四节 高精度磨床
2、教学目的及要求：了解磨床的传动系统、传动结构、机床的操纵机构及其操作方法，熟悉和掌握磨床主要部件及其调整方法。
3、教学重点： M1432A万能外圆磨床的工艺范围、组成部件、运动、传动特点、主要结构(砂轮架和内磨装置)。
4、教学难点：M1432A万能外圆磨床的传动系统、机床的操纵机构
5、各章节教学时间分配及进度安排： 第一节
磨床的功用和类型 1学时
第二节
M1432A型万能外圆磨床 3学时 第三节 其它类型磨床简介 1学时 第四节 高精度磨床 1学时
6、主要教学环节的组织：争取采用多媒体电化教学手段，以提高教学效果。
第四章 齿轮加工机床
1、教学内容：
第一节 齿轮加工机床的工作原理和分类 第二节 滚齿机的运动分析 第四节 YC3180型淬硬滚齿机
第四节 内联系传动链换置器官的布局方案与挂轮的微机选取法 第五节 其它齿轮加工机床的运动分析
2、教学目的及要求：通过分析YC3180滚齿机的传动系统，掌握传动原理图及范成运动、进给运动和附加运动等传动链。
3、教学重点：掌握YC3180滚齿机的传动原理图及范成运动、进给运动和附加运动的传动链。
4、教学难点：滚刀安装角，工件运动方向的确定与调整 加工齿齿大于100的质数直齿圆柱齿轮的调整原理
5、各章节教学时间分配及进度安排：
第一节 齿轮加工机床的工作原理和分类 1学时 第二节
滚齿机的运动分析 2学时
第三节 YC3180型淬硬滚齿机 1学时
第四节 内联系传动链换置器官的布局方案与挂轮的微机选取法 2学时 第五节
其它齿轮加工机床的运动分析 2学时
6、主要教学环节的组织：安排现场教学，要学生把基本理论知识、图纸和实物结合起来分析、研究。在有条件的情况下，还可安排专门的机床部件拆装实习，以增强学生对滚齿机床结构的感性认识，并培养其动手能力。
第五章 数控机床
1、教学内容：
第一节 数控机床的产生和特点
第二节 数控的工作原理 第三节 数控机床的伺服系统 第四节 数控机床的程序编制
第五节 JCS－018型立式镗铣加工中心 第六节 机床数控技术的发展
2、教学目的及要求：掌握典型数控机床的传动，学会数控机床的程序编制
3、教学重点：数控机床主传动特点、主轴组件分析、数控进给传动系统及组成元件、数控机床的自动换刀装置、数控机床的程序编制
4、教学难点：数控机床主轴组件分析、数控机床的自动换刀装置
5、各章节教学时间分配及进度安排： 第一节 数控机床的产生和特点 1学时 第二节 数控的工作原理 1学时 第三节 数控机床的伺服系统 2学时 第四节 数控机床的程序编制 4学时
第五节 JCS－018型立式镗铣加工中心 3学时 第五节 机床数控技术的发展 1学时
6、主要教学环节的组织：通过生产实习手段解决。
第六章 其它机床
1、教学内容： 第一节 铣床 第二节 镗床 第三节 钻床 第四节 组合机床 第五节 直线运动机床
2、教学目的及要求：通过本课题教学，使学生了解铣床、钻床、镗床、磨床、滚齿机床、数控机床的组成以及各自的特点和加工范围。
3、教学重点：钻床、镗床、铣床、刨床、拉床的主要类型、工作方法、结构特点及其应用范围。坐标镗床的坐标测量装置。
4、教学难点：坐标镗床的坐标测量装置。
5、各章节教学时间分配及进度安排： 第一节 铣床 1学时 第二节 镗床 1学时 第三节 钻床 2学时
第五节 组合机床 2学时 第五节 直线运动机床 2学时
6、主要教学环节的组织：本课题为课堂理论教学，通过观看VCD手段解决。
三、其它教学环节：
(一)习题课：配合考前复习，适当安排1—2次习题课，选择有启发性的课题，目的在于加深学生对课程内容的理解。
(二)课堂讨论：根据需要进行安排，时间不另立，可穿插在课堂教学中进行，对在课外作业中出现的共同性问题进行讲评，提高学生分析问题的能力。
(三)课外作业量：为了促进学生的学习主动机，在每一章节之后都应安排一定数量的课外作业量。
9.本课程应在学完本专业有关的技术基础课和专业基础课后进行工艺、刀具、液压、电气等专业课，互为条件和依据。
五、主要参考书目：
《金属切削机床》 上册 黄鹤汀主编 机械工业出版社出版 《金属切削机床》 下册 黄鹤汀主编 机械工业出版社出版
《数控机床》 第三版 吴祖育 秦鹏飞主编 上海科学技术出版社出版
四、说明：
1、先修课程：理论力学、材料力学、机械原理、机械零件、金属切削原理及刀具
2、本课程主要讲述机床的运动、传动、结构、操纵控制原理及其调整使用方法。讲授时应相互联系，前后呼应。
3、金属切削机床种类繁多，它们各具个性，但又有共性。本课程的主要教学目的不在于使学生掌握多少种(台)具体机床的传动、结构及其调整的计算方法，而是使学生掌握分析机床运动、传动，结构、操纵控制的基本知识和方法。因此在概论部分的内容安排上，选择卧式车床、滚齿机、万能外圆磨床等几种具有代表性的通用机床作比较详细的分析。在此基础上，再概略论述其它通用机床的特点、工艺范围和应用范围，从而使学生既懂得机床运动，传动、结构，操纵控制与调整计算的基本规律，掌握认识和分析机床的方法，同时对各种常用机床的工作方法及使用情况也有一般了解，为合理选用机床提供必要的基本知识。
4、讲授“其它机床”时，应着重从加工表面形状、加工方法、工件形状、工件尺寸与重量、加工质量要求，生产批量等工艺因素以及科学技术的发展出发，综述机床类型的形成与扩展。各种具体类型机床的加工方法、布局及其应用范围等，通过生产实习及观看VCD等手段解决。
5、为使教学实现„三个面向”的要求，数控机床的内容作了适当调整。在介绍完机床概论后，着重分析数控机床与通用机床的异同，如主传动、主轴组件、进给传动等。组合机床的内容只作适当介绍。
6、本课程是一门实践性较强的课程，教学过程中应使学生尽可能多接触机床实物如组织学生去实验室、工厂参观各种机床，具体机床的结构及其调整方法等可安排现场教学，要学生把基本理论知识、图纸和实物结合起来分析、研究。在有条件的情况下，还可安排专门的机床部件拆装实习，以增强学生对机床结构的感性认识，并培养其动手能力。
7、机床构造复杂，且通常只有在运动技术状态下才能真正了解其工作方法。为此，应争取多采用多媒体电化教学手段，以提高教学效果。
机床切削颤振控制研究现状分析 篇3
【关键词】切削颤振；产生机理；摩擦型；再生型；振型耦合型；颤振控制；智能控制
0.前言
机床振动是生产率和刀具使用寿命的主要影响因素,而在所有的这些振动中，颤振扮演着及其重要的角色。因此，如何有效地预防和控制颤振成了工程技术领域的一个重要课题。如今，工业程度不断提高，传统的控制理论越来越暴露出它的局限性。同时随着智能材料和智能结构的兴起[1,2,3]，对结构振动进行主动控制在技术实现上提供了发展空间。
1.切削颤振的分类与产生机理
切削颤振是机械加工过程中机床、工件和刀具之间发生的是一种复杂的动态不稳定现象。要消除或抑制颤振就必须研究它的产生机理和特性，进而提出防治的相应措施。颤振有许多类型，根据颤振形成的物理原因，目前公认的有摩擦型颤振、再生型颤振与振型耦合型颤振。
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.Tlusty首次提出[4],后来有不少学者进行这方面的研究。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[5]。
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, 从1946年K.N.Arnold提出其产生机理以来,这方面有不少的研究与讨论。Neter Stelter建立了以简化悬臂梁在干摩擦作用下的摩擦型颤振模型，讨论了摩擦力识别和梁系统的时域特性问题[6]。
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.Hahn首次提出。此后，以S.A.Tobias，J.Tlusty和星铁太郎为代表的一大批研究者对再生颤振理论进行了大量的研究。目前，国内外对这种颤振机理研究的最多[7-11]，也由此提出了许多相关的诊断方法。
2.机床切削颤振控制的研究现状
控制颤振是研究颤振的最后环节,从 80年代开始, 国内外的研究人员在这方面已进行了大量的工作, 颤振控制总的来说可分为两大类：振动控制方法和调整切削参数的控制方法。振动控制方法中, 又根据控制执行装置性质的不同分为主动控制方法、半主动控制方法和被动控制方法。
2.1主动控制
主动控制就是采用反馈控制的原理, 检测出系统的某一状态量(切削力或位移 )的变动, 然后把与状态量同频率和幅度但反相的控制量加到这个状态量本身或作相应变动后加在其它状态量上去。例如, 王先上[12]在外圆车削中直接将动态切削力信号放大并反相后作为电磁激振器的输入信号, 这样可使施加给工件的激励力始终跟踪动态切削力并反相。主动控制技术发展到今天，已经产生了许多比较成熟的控制方法，主要分为两大类:传统的主动控制方法与智能控制方法。传统的控制方法主要有:最优控制法、极点配置法、模态控制方法、直接输出反馈方法、预测控制方法等[13]。智能控制是人工智能、自动控制和运筹学三个主要学科相结合的产物，是自动控制的最新发展阶段。主要有基于专家系统的专家控制、基于模糊推理和计算的模糊控制、基于人工神经网络的神经网络控制以上三种方法的集成型智能控制。专家控制[14]是将专家系统的理论与技术同控制理论方法与技术相结合，在未知环境下，仿效专家的智能，实现对系统的控制。模糊控制[14]是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制。神经网络控制[14]是在控制系统中采用神经网络这一工具，对难以精确描述的复杂的非线性对象进行建模，或充当控制器、或优化计算、或进行推理、或故障诊断等，以及同时兼有上述某些功能的适当组合。
2.2被动控制
被动型颤振控制方法主要是通过在系统中加入吸振部件来达到减振抑振的效果, 但它也有消极控制和积极控制两类。前者不需要附加能源, 减振器的工作完全取决于主振动系统, 其结构简单、工作可靠,主要缺点是一经设计加工后, 它的各项性能参数就已固定。后者需附加能源, 其主要优点是减振器的某一项或多项性能参数可以根据实际振动情况进行调节。
2.3半主动控制
半主动控制既具有主动控制的控制范围宽、 适应性强的优点, 又具有被动控制的高可靠性, 因此在振动控制中得到了广泛的应用, 但在金属切削加工中还没有得到成功的应用。半主动控制在切削颤振中得到成功应用的关键就是找到一种响应速度高、 控制方便的控制调节执行介质, 目前智能材料中的电流变材料等在这方面具有很强的应用前景。
2.4调整切削参数控制
变切削参数抑制颤振, 是七十年代发展起来的,严格来说属于半主动型颤振控制,。调整切削参数的控制方法就是通过在线调整切削参数（切削速度、进给量和刀具工作角等）。例如,Tarng等[15]通过在一定范围内调节主轴转速, 寻找最佳主轴转速, 使切削宽度达到其最大切削稳定极限。Smith[16]发现颤振频率、切削系统固有频率和主轴转速之间有一个复杂关系, 可以通过调整主轴转速,使颤振频率等于切削系统固有频率, 此时系统稳定性最佳，颤振将被抑制。Sexton等[17]建立了变速切削抑制颤振的理论模型, 揭示了变速切削抑制颤振的本质。
3.机床切削颤振控制现存的问题
虽然对于机床切削颤振的研究可以追溯到上世纪初,但由于发生颤振的过程非线性、随机性、快速性等因素都给研究带来很多不便,到目前为止,对于颤振的控制方面的研究还存在着许多问题。
（1）机床颤振控制所基于的切削系统动力学模型受到系统模态间的耦合性和切削过程时变性的限制。刀具结构本身是一个分布式质量系统，但很多的模型都是把其作为集中质量的模型来建模的，这种建模方法忽略了其他一些非主导模态的作用，会造成溢出效应[18]。SMITH等[19]就指出了刀具的动态性包含多于一个模态的情况。同时，由于切削过程本身是一个时变的过程，过程参数和结构参数都在不断变化，因此对于切削参数的固定化也会导致研究失真。
（2）切削系统和切削过程的时变性给被动控制的设计带来困难。同时，由于颤振是在切削过程中发生的，一个好的吸振器的设计方法必须能找到合适的位置来附加而不使切削过程受到影响，这也使得被动控制应用的范围受到限制。TANAKA[20]指出动态阻尼器设备的实际应用非常困难的主要原因是这些设备允许的参数范围是非常有限的。
（3）虽然智能材料的发展给控制系统的设计带来了巨大的便利，但智能材料本身还存在着一些不足。压电陶瓷已经在很多的领域应用，但它的小应变始终在一定程度上限制其作为驱动器的应用[21]。对于电流变液，其应用所需要的极高的外加电压使它的应用受到限制，并且目前电流变液价格还很昂贵[22]。电流变体的温度适用范围还需进一步拓展，磁流变体的退磁效应还有待深入研究[21]。
总体来说，对切削颤振进行控制的方法虽多，但绝大多数都不能运用在实践上，模糊控制、神经网络控制等方法也不同程度地存在着一定的缺陷。但是这些智能控制方法为复杂系统的主动控制提出了智能化控制的途径,今后智能化控制方法还将是控制领域的研究热点。
4.展望
随着机械领域对机床加工质量要求的提高,机床颤振的研究必将进一步扩大与加强,同时与其它学科的交叉必将不断地深入。新型传感器的研发、新的信号处理技术的诞生、现代控制理论的出现等等必将为机床颤振控制提供新途径。
（1）应用新型传感器,采用多传感器智能融合技术将更好的监控机床的状态, 精确提取颤振的特征量, 增加主动控制快速性、 准变颤振产生的条件从而抑制颤振的发生[23,24]。
（2）将模糊控制、神经网络控制等现代控制理论融入对机床的在线控制中,使控制系统具有自适应、自学习的特性,实现控制智能化, 并增加控制系统的通用性[25-27]。
（3）智能材料减振器的应用。特别是电流变液减振器在机理研究、力学建模、材料性能和工程应用等各个方面都取得了长足的发展。可以预见, 电流变液减振器必将成为半主动控制系统中良好的动力可调元件[28]。
总之, 开发快速、准确、通用性强的颤振控制系统是现代高精度生产的迫切需要, 特别是基于现代控制理论中的智能控制方法, 能通过在线学习自适应地进行控制,将会更好地适应颤振的特性, 从而提高机床的加工精度与产品质量。
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机床切削时的振动研究 篇4
1 振动产生的原因
在机床切削过程中, 所发生的振动是非常复杂的, 引起振动的原因也是多方面的。
1.1 刀具的选择不合适。
刀具的材料、刚性、切削刃角度的选择和工件的尺寸、材料和加工部位形状有很大关系。粗加工和精加工, 连续车削和断续车削对刀具的要求也是不一样的, 刀体材料不合适, 刚性差, 是引起振动的主要原因之一。
1.2 工件的外形复杂而装夹部位选择不合适。
工件的外形结构不规则, 没有好的基准面, 不方便装夹, 工件夹不紧, 容易在加工时产生松动, 随着切削力的变化而发生相应振动。
1.3 机床自身状况的影响。
机床本身的精度不够也是振动产生的一个方面。机床主轴箱内各啮合齿轮、轴承等配合精度低, 导轨的磨损, 各夹紧装置的不可靠等, 在切削中都可能产生振动。
1.4 工件内部组织不均匀。
铸造的毛坯局部有气孔、砂眼等缺陷, 晶粒粗大, 或者掺有杂质。切削时软硬不均匀, 切削力不稳定, 易产生振动, 有时会造成打刀, 工件的加工质量很难控制。
1.5 切削用量和机床转速的选择不合适。
工件在加工时, 因毛坯的加工余量不同, 切削用量也不同, 有时还是断续切削, 对刀具和工件的冲击都很大。另外, 切削用量和机床转速的选择不合适在一定范围内易产生自振。
1.6 机床周围环境的影响。
附近有产生振动的大型设备, 或有重型车辆在行驶, 引起地基振动, 并传递到床身, 易造成共振。
2 振动对加工质量的影响
振动对加工质量的影响是非常大的, 主要表现在以下几个方面:
2.1 振动降低了加工表面的质量。
加工过程中的振动, 引起加工表面的振动波纹, 表面粗糙度值大。它还会使工件和刀具之间产生相对位移, 影响正常的运动轨迹。这样, 就降低了加工表面的质量和尺寸精度。
2.2 影响和降低了生产效率。
为了避免剧烈的振动, 不得不降低切削用量。同时, 由于降低了刀具的使用寿命, 频繁换刀、磨刀, 使生产效率下降。
2.3 降低了刀具的使用寿命。
由于振动的产生, 影响刀具的正常切削条件, 加快了刀具的磨损, 甚至会引起切削刃的崩裂, 大大降低了刀具的使用寿命。
2.4 使机床的原始精度下降。
由于振动使机床的运动元件之间松动, 间隙增大, 加快了机床零件的磨损造成精度下降, 影响切削质量, 降低机床的使用寿命。
2.5 影响工作环境。
因振动会产生刺耳的噪声, 使操作者的身心健康受到损害, 降低工作效率。
3 防止和减小振动的措施
由于振动产生的原因是多方面的, 要依据具体情况分析, 判断振动产生的原因和性质, 采取有效措施, 避免和减少振动的产生。
3.1 合理选择刀具的材料。
如钨钴类YG8和钨钛钴类YT5, 抗振性强, 分别适用于铸铁、有色金属和钢件的粗加工;而YG3和YT15则适用于精加工。制造刀杆时, 要选择合适的材料, 调质处理, 以增加刀杆自身的刚性。在保证顺畅排屑的情况下, 尽量选择直径大、长度适宜的刀杆。
3.2 合理选择刀杆的几何角度。
在金属切削中, 对产生振动影响最大的刀具角度是主偏角和前角。减少主偏角, 会使切削截面宽度增加, 厚度减小, 径向切削力增大, 振动也随之增大;减小前角, 或采用负前角, 切屑会增大, 切屑与刀具前面的摩擦力使切削加工硬化提高, 振动增强;刀尖圆弧半径的变化, 对切削振动的影响也明显, 由于刀尖圆弧的增大, 刀具切削的阻力、径向力及加工表面的摩擦力和挤压力也随之增大, 振动也增大。所以, 选择刀具的几何角度时, 一般注意以下几个方面:a.工件系统刚性较弱时, 应采用大的主偏角, 在75~90°时, 可有效减小径向切削分力。b.适当增大前角, 使切削刃光滑锐利, 有较低的表面粗糙度值, 减小切屑和刀具前面的摩擦力, 可同时抑制和排除切屑瘤产生, 降低径向切削分力。c.尽量不采用负前角, 尽量选用较小的刀尖圆弧半径。
3.3 工件要正确装夹。
工件夹紧时, 夹紧点要选在工件刚性好, 且变形小的部位。以减小接触变形, 并且距工件承受切削力的位置越近越好。如果是车床, 注意降低高速旋转时因工件偏心而引起的振动。如果是镗铣、刨及钻床等, 则注意增大工件和工作台的接触面积, 提高稳定性。
3.4 合理选用切削用量。
在车削中, 切削速度v=50~60m/min时, 稳定性最低, 最容易产生自振。因此, 要尽量选择高速或低速切削。同时, 进给量越大, 振幅越小;背吃刀量越小, 振幅越小。在工件表面粗糙度值允许的前提下, 应选择较大的进给量和较小的背吃刀量。
3.5 工作环境的选择。
精密机床要尽量同粗加工机床分开布置, 远离锻造等工序的工作场地, 远离有重型车辆行驶的公路等, 尽量减少环境对机床的影响。
3.6 提高机床自身的抗振性。
可以从改善机床刚性, 提高机床零件加工和装配质量方面合理保养机床。机床各移动部件之间和各轴承安装的间隙应按照规定的技术要求来调整, 使其处于最佳工作状态。应锁紧的零件必须锁紧可靠无松动, 保持工作面平整、光滑, 使工件和工作台面有很好的接触性。
4 结论
通过以上分析, 可以尽可能的减小机床切削时振动的产生, 提高机床的使用寿命, 提高机械产品的加工质量和机床的切削效率。
摘要：本文主要阐述机床切削时振动产生的原因, 振动对加工质量的影响以及防止和减小振动的措施。
关键词：机床,切削,振动,原因,措施
参考文献
[1]数控机床故障诊断与排除[M].北京:机械工业出版社, 2009.
12级机电切削机床设计复习题 篇5
1、机床设计有哪些基本要求？
2、系列化、模块化设计的概念
3、简述影响机床总体布局的基本因素？
4、现代机床造型的特点是什么？
5、现代机床的线型风格是什么？
6、机床的色彩能否多样？
7、机床的尺寸参数与主参数有何关系
8、普通机床主运动范围的最高转速与最低转速公式中的υmax/υmin、dmax/dmin如何确定？
9、机床主轴转速或进给传动系统的转速采用等比数列有什么优点？
10、公比选择的一般原则是什么？
11、机床的动力参数如何确定？
第二章
1、变速的基本规律是什么？哪一个结构式符合级比规律且扩大顺序与传动顺序一致
A．18=31×32×29B．18=34×31×22C．18=22×31×33D．8=21×23×242、结构式如何选择？传动比如何分配?
3、正确缩小变速箱轴向尺寸的方法
4、增加一个变速组如何实现扩大系统变速范围的5、某机床主传动采用三速电动机，请写出主轴转速级数若为18，公比φ=1.26的结构式
6、无级变速计算(P56)：例子
7、交换齿轮变速组一般安放在传动系统何位置，交换齿轮变速组是什么变速组？
8、进给传动系统的特点是什么？
9、在传动链中，误差的传递规律是什么？（答案在P61）
10、提高传动精度的途径
11、进给传动系统的计算转速如何确定？
12、如图铣床主传动系统图（P34）主轴转速范围为30-1500r/min，公比φ=1.26，电动机的转速为1450r/min，求：（1）主轴的转速级数Z；（2）确定合理结构式；（3）会拟定该转速图
（4）若再增加一个变速组（P=2），主轴转速级数Z最大应为多少？
13、在一个变速组内模数相同的齿轮齿数的计算例题（在教材P35）
14、计算转速公式：nJ=nminφz/3-1.计算转速确定例题（P55）
第三章
1、对主轴部件的基本要求是什么？
2、主轴常用的各滚动轴承特点及应用
3、滚动轴承在承载能力和适应转速上的排列顺序分别是什么?
4、滚动轴承的三种布置方式的性能比较
5、理解动、静压轴承的工作原理
6、主轴滚动轴承的润滑方式有哪些？理解它们的特点及应用
7、主轴脂润滑密封可采用什么装置，而主轴油润滑防漏主要靠什么？
8、主轴一般是什么形状轴，一般机床常用什么钢，采用什么热处理？
9、例题，通过该例题要掌握主轴结构参数如何确定
10、提高主轴部件性能的措施
11、齿轮在主轴上如何布置（P96）
12、由于结构原因主轴组件不能采用合理支承跨距时，应如何提高主轴组件的刚度?
第四章
1、支撑件不封闭对支承件的刚度有什么影响。
2、不同隔板布置形式对机床床身有何影响？
3、如何提高抵抗受迫振动的能力
4、通过增加阻尼而提高支承件的抗振性的方法有哪些？
5、减少支承件的热变形的方法有哪些？
6、导轨应满足的基本要求是什么？
8、理解不同导轨组合形式的特点及应用
9、理解提高导轨耐磨性的措施
10、理解消除爬行的措施
11、理解动压导轨、静压导轨、卸荷导轨、滚动导轨的各个特点及应用
第五章
1、操纵机构应满足哪些要求？（P135）
普通金属切削机床数控化改造探讨 篇6
关键词：普通机床,数控化,改造
机床(英文名称:machine tool)诞生于17世纪中期,机床是利用金属切削原理将金属毛坯件加工成机械零件的机械加工设备,通俗讲机床就是制造机器的机器,又称其为“工作母机”或“工具机”。
机床的先进化程度和自动化水平是机械制造工业的基础,肩负着为国民经济和国防工业提供现代化技术装备任务。以机床为基础的机床工业技术水平很大程度上标志着一个国家的工业生产能力和科学化水平。
1普通金属切削机床改造的必要性
普通金属切削机床是利用待加工件与刀具之间的相对运动完成对毛坯件的机械加工,是我国机械制造领域、国防工业和机械制造发展进程中使用最多的一类机床。
普通金属切屑机床种类繁多,分类复杂,若按加工方式或加工对象可分为车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、花键加工机床、铣床、刨床、插床、拉床、特种加工机床、锯床和刻线机等。
到21世纪的今天,随着信息技术、计算机技术、网络技术和机电一体化的高速发展,伴随着加工方式的改变以及企业转型升级需要,普通金属切削机床的使用范围越来越窄,零件加工受限制条件越来越多,无法加工形状复杂零件,自动化程度不高,加工精度难于保证等方面的缺陷尤为明显,如何将对现有的普通金属切削机床进行数控化改造,更好的满足生产、教学、研究的现实需要,提升普通金属切削机床的使用范围和设备利用率,仍然是摆在众多生产企业、学校学院和研究机构面前的一个课题。
同时,对普通金属切削机床进行数控化改造后还有利于提高机床的使用范围,提高加工精度和加工产品的稳定性;有利于扩大加工零件范围,能加工单件、中小批量生产和加工形状较为复杂的零件等;有利于节约企业生产成本,减少劳动时间,提高生产效率;有利于降低人为操作的影响,减轻工人劳动的强度。
2普通金属切削机床数控化改造内容
普通金属切削机床的数控化改造内容主要包括三个方面。
1)对普通机床数控化改造的经济实用性评估。主要包括机床的结构、性能、功能、加工精度、基本部件、主要结构件、驱动系统和刀具系统等方面的比较分析。
从生产实际、可行性和现实可操作的角度出发,结合实际,开展调查研究,分析机床自身价格和数控化改造价格比较,分析改造所需资金投入的比例是否合理。
2)机床机械部件上的改装。主要包括机床导轨精度修复,根据精度要求合理选择滚珠丝杆或滑动丝杆。特别注意防止硬质颗粒状杂物进入滑动面损伤导轨。机床主轴箱传动部件改造,选择的齿轮传动应该较好满足数控机床的传动要求,确保传动精度达到要求。
另外还有机床进给系统机械传动部件改造以及车床刀具装夹机械改造等等。
3)机床电气控制系统上的改造。主要是基于PLC技术的控制系统改造。包括主轴驱动系统改造、伺服系统改造和刀架电动机控制线路系统改造等。
3普通金属切削机床数控化改造一般步骤
1)通过前期调查研究,明确数控化改造目标的任务。主要阐述机床数控化改造的原因,分析机床数控化改造后的功能,改造成本分析比较。
2)数控化改造总体方案设计。主要包括数控系统的类型遴选,机械部分总体改造思路、电气部分总体改造思路。
3)数控化改造设计计算。主要包括机械部件改造所需的设计计算依据和结果。选用部件的具体型号、绘制装配图。
4)数控化改造中的部件制造、安装。主要包括改造机床的制造、机械零部件的制造和安装。
5)数控化改造后功能调试和系统完善。主要包括动力传输系统、控制系统和进给系统的功能调试以及运行数据的完善。
4普通金属切削机床数控化改造的现实意义
1)资金压力小,节约成本。机床数控化改造与数控机床新购相比可节约60%左右的费用,对大型机床数控化改造及特殊设备更加明显。
2)资源利用率高,设备环境改造小。机床的数控化改造可利用现有的地基、厂房和线路。
3)性能稳定可靠。原机床在使用中,精度已达到要求,经过数控化改造后精度利于保证。
4)生产效率高。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比原机床高3—5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装,不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。
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浅析机床切削中的自激振动 篇7
1 机床切削自激振动产生的条件和特性
切削加工时, 在没有周期性外力作用的情况下, 有时刀具与工件之间也会产生强烈的相对振动, 并在工件的加工表面上残留下明显的、有规律的振纹, 这种由振动系统本身产生的交变力激发和维持的振动称为自激振动, 通常将自激振动看成是由振动系统 (工艺系统) 和调节系统 (切削过程) 两个环节组成的一个闭环系统。如图1所示, 自激振动系统是一个闭环反馈自控系统, 调节系统把持续工作的能源能量转变为交变力对振动系统进行激振, 振动系统的振动又控制切削过程产生激振力, 以反馈制约进入振动系统的能量。
由此可见, 自激振动系统, 简称自振系统, 是由三个部分组成的:1) 能源, 用来供给自激振动中消耗的能量;2) 振动系统是具有振动体和弹性原件的系统;3) 控制及调节系统是一种具有反馈特性的系统。如图2所示, 振动系统的动刚度不足或主振方向 (K1, K2) 与切削力的相对位置不适宜时, 因位移x的联系产生维持自振的交变切削力;切削力具有随切削速度增加而下降的特性时, 由速度X*的联系产生交变切削力P軌。
由此可见, 自激振动具有以下特性:
1) 自激振动的频率等于或接近系统的固有频率, 即由系统本身的参数所决定。在没有外界交变力作用的情况下, 能把作用于系统的固定方向的运动转变为系统的振动。
2) 具有反馈控制环节, 能使自激振动本身所产生的交变力得到控制, 自激振动是由外部激振力的偶然触发而产生的一种不衰减运动, 但维持振动所需的交变力是由振动过程本身产生的, 在切削过程中, 停止切削运动, 交变力也随之消失, 自激振动也就不存在了。
3) 自激振动能否产生和维持取决于每个振动周期内输入和消耗的能量, 自激振动系统维持稳定振动的条件是, 在一个振动周期内, 从能源输入到系统的能量 (E+) 等于系统阻尼所消耗的能量 (E-) 。如果吸收能量大于消耗能量, 则振动会不断加强, 反之, 则振动不断衰减而被抑制。
2 消除或减弱产生自激振动的方法
2.1 合理选择切削用量
通过对机床切削过程中的参数分析, 可知:1) 切削速度V在20～60m/min范围内时, 振动较强。选择较小或者较大的切削速度时, 有利于减小振动。2) 在条件允许的情况下, 加大进给量和减小切削深度, 有利于减小振动。
2.2 合理选择刀具几何参数
刀具几何参数中对振动影响最大的是主偏角Kr和前角γ0, 主偏角Kr增大, 则垂直于加工表面方向的切削分力Fy减小, 实际切削宽度减小, 故不易产生自振。即Kr=90°时, 振幅最小, Kr>90°, 振幅增大。前角γ0越大, 切削力越小, 振幅也小。
2.3 增加切削阻尼
适当减小刀具后角 (α0=2°～3°) , 可以增大工件和刀具后刀面之间的摩擦阻尼;还可在后刀面上磨出带有负后角的消振棱, 形成倒棱减振车刀, 其特点是刀尖不易切入金属, 且后角小, 有减振作用, 切削时稳定性好。
2.4 合理控制系统刚度
以车削细长轴为例, 提高工艺系统刚度的方式有:1) 合理设计零部件结构和截面形状;长度与直径比大于12时, 工件刚性差, 易弯曲变形产生振动;2) 采用辅助支承, 此时应在采用弹性顶尖及辅助支承 (中心架或跟刀架) 来提高工件抗振性能;3) 采用合理装夹和加工方式, 当用细长刀杆进行孔加工时, 应采用中间导向支承来提高刀具的抗振性能。4) 合理安排刀具和工件的相对位置。在车床上安装车刀的方位对提高车削加工过程的稳定性、避免自激振动具有很大的影响。试验表明, 将普通车床车刀安装在水平面上其稳定性最差, 而将车刀装在=60°的方位上, 车削过程的稳定性最好。
摘要：机械系统在一定的运动条件下会产生自激振动, 影响甚至破坏机械的正常工作, 产生自激振动的系统是不稳定的系统。自激振动是一种不以外部激励为必要条件, 而主要由系统本身的动态特性所决定的运动。本文重点分析机床切削产生自激振动的条件和特性, 并通过对其分析, 得出消除和减弱自激振动的措施和方法, 使机床在充分发挥其工作性能的条件下, 保持稳定。
浅谈数控机床切削效率的提高 篇8
当前以高速切削为代表的干切削、硬切削等新的切削工艺已经显示出很多的优点和强大的生命力, 成为制造技术提高加工效率和质量、降低成本的主要途径。
实践证明, 当切削速度提高10倍, 进给速度提高20倍, 远远超越传统的切削"禁区"后, 切削机理发生了根本的变化。其结果是:单位功率的金属切除率提高了30%~40%, 切削力降低了30%, 刀具的切削寿命提高了70%, 大幅度降低了留在工件上的切削热, 切削振动几乎消失;切削加工发生了本质性的飞跃。根据目前机床的情况来看, 要充分发挥先进刀具的高速加工能力, 需采用高速加工, 增大单位时间材料被切除的体积 (材料切除率Q) 。
在选择合理切削用量的同时, 尽量选择密齿刀 (在刀具每英寸直径上的刀齿数≥3) , 增加每齿进给量, 提高生产率及刀具寿命。有关试验研究表明:当线速度为165m/min, 每齿进给为0.04mm时, 进给速度为341m/min, 刀具寿命为30件。如果将切削速度提高到350m/min, 每齿进给为0.18mm, 进给速度则达到2785m/min, 是原来加工效率的817%, 而刀具寿命增加到了117件。
2 选择性能好的刀具材料
在数控机床切削加工中, 金属切削刀具的作用不亚于瓦特发明的蒸气机。制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性, 必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性, 良好的工艺性 (切削加工、锻造和热处理等) , 并不易变形。目前国内外性能好的刀具材料主要有:金属陶瓷、硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具、聚晶金刚石 (PCD) 和立方氮化硼 (CBN) 刀具等。它们各具特点, 适应的工件材料和切削速度范围各不相同。CBN适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等, 如加工高硬钢件 (50~67HRC) 和冷硬铸铁时主要选用陶瓷刀具和CBN刀具, 其中加工硬度60~65HRC以下的工件可用陶瓷刀具, 而65HRC以上的工件则用CBN刀具进行切削;PCD适用于切削不含铁的金属, 及合金、塑料和玻璃钢等, 加工铝合金件时, 主要采用PCD和金刚石膜涂层刀具;碳素工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具;硬质合金涂层刀具 (如涂层Ti N、Ti C、Ti CN、Ti AIN等) 虽然硬度较高, 适于加工的工件范围广, 但其抗氧化温度一般不高, 所以切削速度的提高也受到限制, 一般可在400~500m/min范围内加工钢铁件, 而Al2O3涂层的高温硬度高, 在高速范围内加工时, 其耐磨性较Ti C、Ti N涂层都好。
3 加快涂层技术的开发
刀具涂层技术自从问世以来, 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, 在刀具中所占比例已超过50%。在21世纪初, 涂层刀具的比例将进一步增加, 有望在技术上突破CBN涂层技术, 使CBN的优良性能在更多的刀具和切削加工中得到应用 (包括精密复杂刀具和成形刀具) , 将全面提高加工黑色金属的切削水平。此外, 纳米级超薄超多层和新型涂层材料的开发应用的速度将加快, 涂层将成为改善刀具性能的主要途径。
4 选择高精度刀片
刀片精度低, 跳动量太大, 面铣刀加工的平面光洁度将降低, 甚至出现沟状。高精度数控机床上刀片的跳动量应控制在2~5μm。随着数控机床的发展, 相应出现刀片的表面改性涂层处理, 很大程度上提高了刀片精度。与此同时, 出现了各种新型可转位刀片结构, 如用于车削的高效刮光刀片、形状复杂的带前角铣刀刀片、球头立铣刀刀片、防甩飞的高速铣刀刀片等。可转位刀片进入了材料、涂层、槽型综合开发的新阶段, 可根据加工材料和加工工序合理组合材料、涂层、槽型的功能, 开发出具有最佳加工效果的刀片, 以满足高速、高寿命切削加工生产技术的不同要求。
5 提高加工表面质量
在保持相同的切削效率 (即相同Q值) 下, 提高切削速度可改善切屑形成过程和增加切削阻尼, 抑制颤振, 相应地减少每个刀齿的进给量能降低切削表面轨迹形成的残留高度, 改善表面粗糙度, 从而有利于精密零件和模具的加工。
6 建立合理的刀具储备
这里的刀具是指高切削效率刀具, 而这些刀具的价格较高, 相同直径的铣刀, 好刀具的价格可能是普通刀具的几倍甚至十几倍。如果一个企业长期存放一大批好刀具, 而这些刀具又可能长时间用不上, 则造成资金积压。但如果平常一把刀具也不储备, 或储备数量太少, 很快就用完了, 而新刀具一时又买不到, 这样必然会影响数控加工的效率。绝大多数企业的加工中心的刀库均可容纳40把刀具以上, 并有60、90、120等不同刀数的刀库可供选择。刀具之间交换时间越来越短, 德国STEINEL公司的BZ-26, 日本MAKINO公司的MCC86, 美国CINCINNATI公司的MAXIM500型加工中心的换刀时间只需3~4s。
7 设计简易的磨刀夹具
机夹铣刀盘效率高, 使用方便, 深受操作者欢迎, 但刀片消耗量大, 使用成本高, 而且多数情况下刀片的损坏是由于刃口磨损造成的, 因此刀片的重磨再利用对工厂来说可获得较高经济效益。硬质合金刀片的硬度高, 磨削效率低, 采用单片磨削将达不到节约的目的, 需设计出高效简单的夹具, 实现一次装夹多个刀片。
8 加工方式的选择
加工方式可分为顺铣与逆铣两种。而加工中心的机械传动系统和结构本身就有较高的精度和刚度, 相对运动面的摩擦系数小, 传动部件的间隙小, 运动惯量小, 并有适当的阻尼比, 因此可以采用顺铣的方式加工, 以提高加工效率。此外, 根据加工经验, 顺铣比逆铣时刀具寿命要提高1倍多, 采用不对称的立铣方法, 刀具寿命可提高2~3倍。
9 选择合理的加工路线
数控机床特别是4轴以上加工中心, 一般是一次装夹、多方位加工, 并且都有刀库, 可自动更换刀具, 一次加工成形。因此确定正确简洁的加工路线, 是保证加工质量和提高效率的基础。编程时确定加工路线的原则主要有:应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求;应尽量缩短加工路线, 减少刀具空程移动时间;应使数值计算简单, 程序段数量少, 以减少编程工作量。如对于位置精度和尺寸公差要求高的孔加工来说, 孔直径小于18~20mm的加工工艺路线为:钻中心孔-钻孔-扩孔-铰孔, 而对于孔直径大于18~20mm的加工工艺路线则为钻孔-扩孔-粗镗孔-精镗孔。
1 0 工件装夹的选择
数控加工时由于工序集中的原因, 在对零件进行定位、夹紧设计以及夹具的选用和设计等问题上要全面考虑。首先, 应尽量采用组合夹具, 由于通用夹具的柔性差、定位精度相对较低, 当产品批量比较大、加工精度要求高时可以设计专用夹具。其次, 在选择工装时应有利于刀具交换和在线测量, 避免发生碰撞干涉。
1 1 加工中心的辅助设备要配套
谈提高数控机床切削效率的途径 篇9
当前以高速切削为代表的干切削、硬切削等新的切削工艺已经显示出很多的优点和强大的生命力, 成为制造技术提高加工效率和质量、降低成本的主要途径。实践证明, 当切削速度提高10倍, 进给速度提高20倍, 远远超越传统的切削“禁区”后, 切削机理发生了根本的变化。其结果是:单位功率的金属切除率提高了30%~40%, 切削力降低了30%, 刀具的切削寿命提高了70%, 大幅度降低了留在工件上的切削热, 切削振动几乎消失;切削加工发生了本质性的飞跃。根据目前机床的情况来看, 要充分发挥先进刀具的高速加工能力, 需采用高速加工, 增大单位时间材料被切除的体积 (材料切除率Q) 。在选择合理切削用量的同时, 尽量选择密齿刀 (在刀具每英寸直径上的刀齿数≥3) , 增加每齿进给量, 提高生产率及刀具寿命。有关试验研究表明:当线速度为165m/min, 每齿进给为0.04mm时, 进给速度为341m/min, 刀具寿命为30件。如果将切削速度提高到350m/min, 每齿进给为0.18mm, 进给速度则达到2785m/min, 是原来加工效率的817%, 而刀具寿命增加到了117件。
2 选择性能好的刀具材料
在数控机床切削加工中, 金属切削刀具的作用不亚于瓦特发明的蒸气机。制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性, 必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性, 良好的工艺性 (切削加工、锻造和热处理等) , 并不易变形。目前国内外性能好的刀具材料主要有:金属陶瓷、硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具、聚晶金刚石 (PCD) 和立方氮化硼 (CBN) 刀具等。它们各具特点, 适应的工件材料和切削速度范围各不相同。CBN适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等, 如加工高硬钢件 (50~67HRC) 和冷硬铸铁时主要选用陶瓷刀具和CBN刀具, 其中加工硬度60~65HRC以下的工件可用陶瓷刀具, 而65HRC以上的工件则用CBN刀具进行切削;PCD适用于切削不含铁的金属, 及合金、塑料和玻璃钢等, 加工铝合金件时, 主要采用PCD和金刚石膜涂层刀具;碳素工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具;硬质合金涂层刀具 (如涂层Ti N、Ti C、Ti CN、Ti AIN等) 虽然硬度较高, 适于加工的工件范围广, 但其抗氧化温度一般不高, 所以切削速度的提高也受到限制, 一般可在400~500m/min范围内加工钢铁件, 而Al2O3涂层的高温硬度高, 在高速范围内加工时, 其耐磨性较Ti C、Ti N涂层都好。
3 加快涂层技术的开发
刀具涂层技术自从问世以来, 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, 在刀具中所占比例已超过50%。在21世纪初, 涂层刀具的比例将进一步增加, 有望在技术上突破CBN涂层技术, 使CBN的优良性能在更多的刀具和切削加工中得到应用 (包括精密复杂刀具和成形刀具) , 这将全面提高加工黑色金属的切削水平。此外, 纳米级超薄超多层和新型涂层材料的开发应用的速度将加快, 涂层将成为改善刀具性能的主要途径。
4 选择高精度刀片
刀片精度低, 跳动量太大, 面铣刀加工的平面光洁度将降低, 甚至出现沟状。高精度数控机床上刀片的跳动量应控制在2~5μm。随着数控机床的发展, 相应出现刀片的表面改性涂层处理 (基体为高速钢、WCo类硬质合金、Ti基类金属陶瓷) , 很大程度上提高了刀片精度。与此同时, 出现了各种新型可转位刀片结构, 如用于车削的高效刮光刀片、形状复杂的带前角铣刀刀片、球头立铣刀刀片、防甩飞的高速铣刀刀片等。可转位刀片进入了材料、涂层、槽型综合开发的新阶段, 可根据加工材料和加工工序合理组合材料、涂层、槽型的功能, 开发出具有最佳加工效果的刀片, 以满足高速、高寿命切削加工生产技术的不同要求。
5 提高加工表面质量
在保持相同的切削效率 (即相同Q值) 下, 提高切削速度可改善切屑形成过程和增加切削阻尼, 抑制颤振, 相应地减少每个刀齿的进给量能降低切削表面轨迹形成的残留高度, 改善表面粗糙度, 从而有利于精密零件和模具的加工。
6 建立合理的刀具储备
这里的刀具是指高切削效率刀具, 而这些刀具的价格较高, 相同直径的铣刀, 好刀具的价格可能是普通刀具的几倍甚至十几倍。如果一个企业长期存放一大批好刀具, 而这些刀具又可能长时间用不上, 则造成资金积压。但如果平常一把刀具也不储备, 或储备数量太少, 很快就用完了, 而新刀具一时又买不到, 这样必然会影响数控加工的效率。绝大多数企业的加工中心的刀库均可容纳40把刀具以上, 并有60、90、120等不同刀数的刀库可供选择。刀具之间交换时间越来越短, 德国STEINEL公司的BZ-26, 日本MAKINO公司的MCC86, 美国CINCIN-NATI公司的MAXIM500型加工中心的换刀时间只需3~4s。
7 设计简易的磨刀夹具
机夹铣刀盘效率高, 使用方便, 深受操作者欢迎, 但刀片消耗量大, 使用成本高, 而且多数情况下刀片的损坏是由于刃口磨损造成的, 因此刀片的重磨再利用对工厂来说可获得较高经济效益。硬质合金刀片的硬度高, 磨削效率低, 采用单片磨削将达不到节约的目的, 需设计出高效简单的夹具, 实现一次装夹多个刀片。
8 加工方式的选择
加工方式可分为顺铣与逆铣两种。而加工中心的机械传动系统和结构本身就有较高的精度和刚度, 相对运动面的摩擦系数小, 传动部件的间隙小, 运动惯量小, 并有适当的阻尼比, 因此可以采用顺铣的方式加工, 以提高加工效率。此外, 根据加工经验, 顺铣比逆铣时刀具寿命要提高1倍多, 采用不对称的立铣方法, 刀具寿命可提高2~3倍。
9 选择合理的加工路线
数控机床特别是4轴以上加工中心, 一般是一次装夹、多方位加工, 并且都有刀库, 可自动更换刀具, 一次加工成形。因此确定正确简洁的加工路线, 是保证加工质量和提高效率的基础。编程时确定加工路线的原则主要有:应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求;应尽量缩短加工路线, 减少刀具空程移动时间;应使数值计算简单, 程序段数量少, 以减少编程工作量。如对于位置精度和尺寸公差要求高的孔加工来说, 孔直径小于18~20mm的加工工艺路线为:钻中心孔-钻孔-扩孔-铰孔, 而对于孔直径大于18~20mm的加工工艺路线则为钻孔-扩孔-粗镗孔-精镗孔。
1 0 工件装夹的选择
数控加工时由于工序集中的原因, 在对零件进行定位、夹紧设计以及夹具的选用和设计等问题上要全面考虑。首先, 应尽量采用组合夹具, 由于通用夹具的柔性差、定位精度相对较低, 当产品批量比较大、加工精度要求高时可以设计专用夹具。其次, 在选择工装时应有利于刀具交换和在线测量, 避免发生碰撞干涉。
1 1 加工中心的辅助设备要配套
在加工中心采用如刀具预调仪, 自动测量装置, 精密的检测仪等测量装置。采用自动测量装置时, 操作员无须对零件的定位保证非常精准, 也不需要操作员时刻移动和调节零件以配合加工程序的某些固定坐标系, 可以减少装夹时间。借助测量, 原来包括装夹时间在内需要2.5小时的一个工序降低到了1.5小时。此外, 这些测量装置的应用还可以降低加工误差。
摘要：从合理选择切削用量、加快涂层技术开发等方面浅谈如何提高数控机床切削效率的途径。
机床切削 篇10
机床课程纯理论化教学带来的问题
记得第一次讲授《金属切削机床》 (简称“机床课”) 时, 笔者把这门课定位在“原理”上, 从车床、铣床一直讲到特种加工设备, 面面俱到。当时认为相关操作知识实习教师会讲, 因此应侧重讲些与实习操作不一样的东西, 比如主运动传动链、进给运动传动链、机械结构及原理等等。一学期下来, 学生的反映是这门课很难, 也很空, 不知道学了些什么, 更不用谈什么指导实践了。看到自己辛苦备课, 认真讲授却未收到预期的效果, 我明白应该改变教学方法, 重新定位。
由自己的教学经验反映出的问题是理论与实践脱节。传统的学科理论学习的指导思想是学科知识论, 而在学科知识论指导下的职业教育要求教学按学科的逻辑结构排列, 教学内容与社会的现实需要相冲突, 实践课是理论课的演绎和附庸, 理论学习与实践学习的分离甚至冲突现象比较严重。目前, 我国职业教育的人才培养方案一般将文化基础课、专业基础课、专业课 (含实习) 分别安排在前期、中期和后期讲授。这种安排具有明显的“从理论到实践”的倾向, 但在学习过程中, 学生先学习枯燥、抽象的理论, 然后开展具体的实践, 对实践的理论思考在前, 作为思考对象的实践在后, 脱离了职业活动过程, 不符合学习的一般规律。
机床课实践性教学探索
在近两年的教学实践中, 我着重从培养学生的实践能力, 特别是解决问题的能力入手, 因为只有学生解决问题的能力提高了, 他们才能在日后的工作中独当一面。结合理论联系实践的教学理念, 我尝试了如下教学策略。
讨论式教学目前, 无论学生还是教师都更习惯于教师讲、学生听的单调模式。这样一方面限制了学生主动思维, 另一方面, 也无形中培养了学生的惰性和依赖心理。为了解决这个问题, 我尝试应用讨论式教学模式, 即讲完某一章节后安排一次讨论课, 讨论的题目是所学内容的深入与综合, 讨论的题目在课本上找不到现成的答案。题目列到黑板上以后, 先让学生思考和讨论。让学生挑选一道自己准备最为充分的题目上讲台给同学讲解。讲完后, 其他同学有不同意见的可以各抒己见, 最后再由教师总结。经过这样的讨论, 学生普遍反映记忆深刻, 掌握较好。可见, 学生作为教学的主体之一, 主观能动性一旦发挥, 其效果不容小觑。
开放式期中考试期中考试作为阶段性考试, 其目的在于检查学生对前一阶段所学知识的掌握情况, 以利于查疑补缺, 承前启后。应根据这个目标思考可以通过哪些方式进一步提高学生的能力。在教学中, 我尝试将期中考试的方式加以改变, 由原来的闭卷考察记忆为主改为开卷考察综合分析能力为主。试卷设计为少识记性题目、多理解性题目。在规定时间内, 学生可以查阅手边所有资料, 但不允许讨论、抄袭。同时, 在设计考试题目时, 我刻意将之与生产实习相结合, 如“用CA6140型车床加工外圆时出现了一头粗, 一头细的现象, 是什么原因造成的?怎样解决?”由于这样的题目能很好地与生产结合起来, 学生须亲自寻找解决办法, 日后碰到类似问题, 就不至于无从下手。在这种考试情境下, 各个层次的学生都能根据自己的情况做出反映自己水平的回答, 学生分析问题、解决问题的能力得到了提高和锻炼。
多样化的教学手段在传统的教学观念中, 实践教学是理论教学的延伸和扩展, 是对课堂之外直接经验的学习, 其主要形式是进行社会调查、生产见习、参观、服务活动、毕业实习以及毕业设计等。其实, 这些只是实践教学的一部分, 更确切地说只是社会实践教学。广义的实践教学包括理论实践教学和社会实践教学, 而理论实践教学就存在于学校课堂教学之中。由于各种条件的限制, 学生参加的社会实践是很有限的 (尤其是非专业课的社会实践) 。事实上, 我们可以充分利用学校的教学资源, 把社会现实中的事例“拿”到课堂上, 模拟社会实践的情境开展实践教学。在教学中, 我尽量创造一切利于实践的条件, 例如在多媒体教室上课, 采用灵活的授课方式:理论性强的内容以PPT、实物或教具等展示, 理解性强或需要作图计算的内容用黑板一步步讲解, 演示性的内容播放教学光盘。这样, 学生学的既有兴趣, 又印象深刻。多种教学手段不仅各尽其用, 还可以通过形式的转换使学生摆脱单调感, 时刻都有新鲜感。通过多媒体手段进行的实践教学让学生思考、分析、解决模拟的问题, 既是课堂教学的根本目的, 又是学生参加社会实践的前期准备。
机床课一体化教学展望
其实, 理论联系实践的教学理念的实施只是培养高素质技能型人才的初级阶段, 多渠道构建一体化教学模式才是我们的最终目标。机床可以与机械制图、机械原理、机械零件、工艺等课程联系成一个有机的整体, 整个学习过程可以描述为“学习———实践———问题———再学习———再实践”的循环, 这就是所谓的实践性教学。在实践教学方面应逐步形成教学、科研、生产与培训“四位一体”的教学机制, 有效促进产学研结合。对机床课一体化的设想是:
广泛开展针对机床课的实习、教研及科研活动目前, 我们的生产实习主要侧重对机床的技能操作及零件加工, 而对于机床结构及原理的改进设计却涉及很少。我们可以让学生在实习过程中对机床的局部结构进行改造, 提高机床的性能和可操作性。当然, 如果作为毕业设计的课题效果会更好, 可以让学生用绘图软件把整个结构改进过程设计出来, 使学生的机床设计水平得到锻炼和提高。
构建一体化模拟实训室德国的制造业处于世界领先地位, 他们的教学模式就是在一间教室里让理论学习与实践操作同步进行, 学生可以把理论知识随时转化为实践技能。我们可以借鉴这种方法, 在模拟实训室里完成多媒体教学、实践操作的过程。比如, 在讲完车床的结构和原理后, 接着让学生观察实物, 再在实践工作台上亲自操作, 完成对车床从理论原理到实践操作的过渡。
以上是我对机床课理论联系实践教学理念和开展实践性教学的总结和体会。“师者, 所以传道、授业、解惑也”, 职业院校的学生只有在基础课程学好的基础上, 构建起自己合理的知识结构和体系, 锻炼出过硬的操作技能, 才有可能在将来的工作和学习中独当一面, 解决未知问题。常规教学提供了基础知识教学的平台, 我们就更应寻找机会充分发展学生能力, 提高他们的综合素质。从长远角度看, 这将是一个长期的课题, 值得投入更多精力来研究解决。
摘要：本文从培养学生的实践能力入手, 结合理论联系实践的教学理念, 对《金属切削机床》课程的实践性教学过程进行探索, 提出了讨论式教学模式、开放式期中考试及多样化的教学手段, 并展望了课程的一体化教学模式。
关键词：职业院校,金属切削机床,实践教学
参考文献
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