论文部分内容阅读
摘要：根据切削用量的选择原则，结合CAD/CAM软件设计数控模型，对切削量进行控制和优化。以加工30 °角的梯形螺纹为例，在合理选择切削用量的基础上，探讨切削用量的优化设计，为车削梯形螺纹切削用量的优化提供借鉴。
关键词：车削；梯形螺纹；优化；切削用量；数控
中图分类号：TG62 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2018）01-0039-03
随着数控机床的高速发展和数控系统的不断完善，用数控车加工梯形螺纹成为一种常态。梯形螺纹作为最常用的传动螺纹，应合理设计加工工艺，确保切削的螺纹满足设计需要。切削用量不仅影响数控机床的零件加工效率，而且直接影响产品质量。根据切削用量的选择原则设定参数，结合CAD/CAM软件设计数控模型，对切削量进行控制和优化，才能加工出优良的螺纹件。结合工作实际，以30°角的梯形螺纹为例，在合理选择切削用量的基础上，通过变量参数确定目标函数数控程序，实现车削梯形螺纹切削用量的优化设计。
1 确定切削用量
1.1 切削深度
加工时需考虑粗加工和精加工不同阶段的切削深度问题，粗加工要给精加工留下一定的加工余量。如果切削精度不高或者切削深度不大，可以考虑一次成型，这样可以缩短加工时间和减少替换刀具消耗时间，提高加工效率。
1.2 切削宽度
在实际生产中，切削宽度与刀具直径成正比，与切削深度成反比。考虑成本因素，宽度一般设定为刀具直径的0.6～0.9倍。
1.3 切削速度
切削速度主要取决于加工材料，切削不同材料时采用的速度不同。切削速度很大程度上决定零件的加工时间，在切削精度不高的情况下，可通过设定切削速度直接一次成型；如果精密切削，则需要设计切削速度，分步骤分层次切削。在切削过程中，应根据实际需要调整切削量和切削速度。查询《切削手册》可知，切削速度可以通过计算得到：
Vc=■ （1）
式中：Vc为切削速度，m/min；dw为工件待加工表面直径，mm；n为工件转速，r/s。
1.4 主轴转速
主轴转速应由切削深度、切削宽度和切削速度确定。查询《切削手册》，确定机床主轴转速可由公式得到：
ns=■ （2）
式中：ns为主轴转速，r/s；Vc为切削速度，
m/min；dw为工件待加工表面直径，mm。
2 设计变量
优化设计的目的有：一次成型；快速实施切削；在合理选用切削量的同时，保证切削速度。
为达到良好的车削效率，应适当减少走刀次数，争取一次切削到参数要求的范围内。机器有一定的误差，对零件的加工精度会有细微影响，所以应着重降低粗切过程消耗的时间。为更快更好地实现这个功能，往往需要建立数学模型，采用数学函数调整控制机床参数。目标函数的选取和参数的设定在很大程度上决定了切削的成败。
3 目标函数
优化目标应与生产企业需要完成的技术经济指标一致。在机械制造行业中，生产的技术经济指标主要有质量、成本、生产率等。在保证加工质量的同时，尽可能降低加工成本和提高生产率。加工成本和生产率与切削用量密切相关。因此，以最小工艺成本为优化准则，把加工成本和生产率作为切削用量优化的目标函数。
4 切削量优化实例
结合工作實际，以加工某台阶轴为例，进行车削梯形螺纹切削用量的优化设计。此螺杆的参数通过查表计算获得：d=φ24，d2=d-0.6495P=φ23.026。其他参数如图1所示。
螺纹总背吃刀量ap=h=0.54P=0.81 mm。合理分配螺纹加工余量（一般粗车ap为0.10～0.50；精车ap为0.01～0.10），具体操作如表1所示。
螺纹主程序如下：
M3 S1000；
T0101；
M8；
G99；
G0 X45 Z2；
G92 X23.8 Z-22 F1.5；
X23.5；
X23.2；
X22.9；
X22.6；
X22.3；
X22.05；
G0 Z250；
M30；
子程序如下：
O0001；
#2 = #5001； （ 记录当前 x 值）
#3 - #5002； （ 记录当前 z 值）
IF[#2LE#24]
GOTO11； （ 如果定刀点 x 值小于公称直径则报警）
#4 = #24 - #9 /2； （ 计算螺纹中径）
IF[#9GE2]
GOTO1；
#5 = 0. 15；
GOTO4；
N1 IF[#9GE6]
GOTO2；
#5 = 0. 25；
GOTO4；
N2 IF[#9GE14]
GOTO3；
#5 = 0. 5；
GOTO4；
N3 #5 = 1； （ 以上程序用来判断牙顶间隙取值）
N4 #6 = #9 /2 #5； （ 计算牙高）
#7 = #24 - 2* #6； （ 计算小径）
#8 = #24； （ 记录刀具 x 值）
N5 IF[[#8 - #21]LE#7]
GOTO9； （ 检查是否到槽底）
#8 = #8 - #21； （ 进一层）
关键词：车削；梯形螺纹；优化；切削用量；数控
中图分类号：TG62 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2018）01-0039-03
随着数控机床的高速发展和数控系统的不断完善，用数控车加工梯形螺纹成为一种常态。梯形螺纹作为最常用的传动螺纹，应合理设计加工工艺，确保切削的螺纹满足设计需要。切削用量不仅影响数控机床的零件加工效率，而且直接影响产品质量。根据切削用量的选择原则设定参数，结合CAD/CAM软件设计数控模型，对切削量进行控制和优化，才能加工出优良的螺纹件。结合工作实际，以30°角的梯形螺纹为例，在合理选择切削用量的基础上，通过变量参数确定目标函数数控程序，实现车削梯形螺纹切削用量的优化设计。
1 确定切削用量
1.1 切削深度
加工时需考虑粗加工和精加工不同阶段的切削深度问题，粗加工要给精加工留下一定的加工余量。如果切削精度不高或者切削深度不大，可以考虑一次成型，这样可以缩短加工时间和减少替换刀具消耗时间，提高加工效率。
1.2 切削宽度
在实际生产中，切削宽度与刀具直径成正比，与切削深度成反比。考虑成本因素，宽度一般设定为刀具直径的0.6～0.9倍。
1.3 切削速度
切削速度主要取决于加工材料，切削不同材料时采用的速度不同。切削速度很大程度上决定零件的加工时间，在切削精度不高的情况下，可通过设定切削速度直接一次成型；如果精密切削，则需要设计切削速度，分步骤分层次切削。在切削过程中，应根据实际需要调整切削量和切削速度。查询《切削手册》可知，切削速度可以通过计算得到：
Vc=■ （1）
式中：Vc为切削速度，m/min；dw为工件待加工表面直径，mm；n为工件转速，r/s。
1.4 主轴转速
主轴转速应由切削深度、切削宽度和切削速度确定。查询《切削手册》，确定机床主轴转速可由公式得到：
ns=■ （2）
式中：ns为主轴转速，r/s；Vc为切削速度，
m/min；dw为工件待加工表面直径，mm。
2 设计变量
优化设计的目的有：一次成型；快速实施切削；在合理选用切削量的同时，保证切削速度。
为达到良好的车削效率，应适当减少走刀次数，争取一次切削到参数要求的范围内。机器有一定的误差，对零件的加工精度会有细微影响，所以应着重降低粗切过程消耗的时间。为更快更好地实现这个功能，往往需要建立数学模型，采用数学函数调整控制机床参数。目标函数的选取和参数的设定在很大程度上决定了切削的成败。
3 目标函数
优化目标应与生产企业需要完成的技术经济指标一致。在机械制造行业中，生产的技术经济指标主要有质量、成本、生产率等。在保证加工质量的同时，尽可能降低加工成本和提高生产率。加工成本和生产率与切削用量密切相关。因此，以最小工艺成本为优化准则，把加工成本和生产率作为切削用量优化的目标函数。
4 切削量优化实例
结合工作實际，以加工某台阶轴为例，进行车削梯形螺纹切削用量的优化设计。此螺杆的参数通过查表计算获得：d=φ24，d2=d-0.6495P=φ23.026。其他参数如图1所示。
螺纹总背吃刀量ap=h=0.54P=0.81 mm。合理分配螺纹加工余量（一般粗车ap为0.10～0.50；精车ap为0.01～0.10），具体操作如表1所示。
螺纹主程序如下：
M3 S1000；
T0101；
M8；
G99；
G0 X45 Z2；
G92 X23.8 Z-22 F1.5；
X23.5；
X23.2；
X22.9；
X22.6；
X22.3；
X22.05；
G0 Z250；
M30；
子程序如下：
O0001；
#2 = #5001； （ 记录当前 x 值）
#3 - #5002； （ 记录当前 z 值）
IF[#2LE#24]
GOTO11； （ 如果定刀点 x 值小于公称直径则报警）
#4 = #24 - #9 /2； （ 计算螺纹中径）
IF[#9GE2]
GOTO1；
#5 = 0. 15；
GOTO4；
N1 IF[#9GE6]
GOTO2；
#5 = 0. 25；
GOTO4；
N2 IF[#9GE14]
GOTO3；
#5 = 0. 5；
GOTO4；
N3 #5 = 1； （ 以上程序用来判断牙顶间隙取值）
N4 #6 = #9 /2 #5； （ 计算牙高）
#7 = #24 - 2* #6； （ 计算小径）
#8 = #24； （ 记录刀具 x 值）
N5 IF[[#8 - #21]LE#7]
GOTO9； （ 检查是否到槽底）
#8 = #8 - #21； （ 进一层）