专利名称：基于加工特征的数控精车加工切削参数确定方法
基于加工特征的数控精车加工切削参数确定方法技术领域
本发明属于数控加工技术领域，具体涉及一种基于加工特征的数控精车加工切削参数确定方法。
背景技术：
在精车数控加工过程中，被加工工件的材料、加工要求、机床与刀具等一经确定， 切削用量及切削液的选择就成为影响目标函数的关键，切削参数是数控切削加工的基本控制量。如切削参数选择不当，不仅难以保证工件加工精度及控制加工成本，而且可能因切削力过大等原因造成机床被迫停机，影响数控机床效能的正常发挥。
从多数企业数控机床使用的现状而言，切削参数的选择是困扰数控加工的一个大问题。目前，数控加工切削参数的选用尚无标准可循，其选用受到个人技术水平影响甚大。 这是因为切削过程中，工件材质硬度的变化、切削深度的不同、刀具磨损状况、切削液流量变化等因素，都将导致实际切削工况偏离理想状态。而这种偏离程度也不是保持在一个稳定的水平上。为了避免或减少这种偏离对刀具、对加工工件质量的影响，数控编程人员在实际工作中往往采用比较保守的参数设置，来应对复杂、多变的切削加工。即使在大量使用数控机床的企业，也存在着工艺管理水平不高，缺乏典型零件NC加工工艺指导文件和NC切削参数等突出问题。实践证明，正确合理地选择切削参数和优化切削过程，对确保产品质量、 提高生产率，降低制造成本、保证数控机床安全运行和提高综合效益是十分重要的。
数控机床加工过程受加工形状和切削状况的限制。这样，在每个加工阶段，必须采用程序设定的转速和进给速率，没有足够的灵活性以适应加工时的动态变化。实际上，由于以下几个方面的原因，切削条件倾向于动态变化。这些原因包括(1)无论毛料还是棒料、 锻件还是铸件，工件表面经常不平整。(2)加工中刀具逐渐磨损。(3)工件间材料不同和工件内材料硬度不均匀，产生硬点和软点。(4)工件的形状、尺寸变化。(5)加工中冷却效果不同产生表面硬度变化。
车削过程是一个动态的、相对稳定的过程，工件表面所受的切削力、切削热的位置都随着加工部位的变化而变化。机械加工零件由于其功能结构的特点，决定了其几何特征非常多，少则几个、十几个，多则数十个甚至上百个。零件精车加工通常选择同样的切削深度、同一个进给速度，选择一把刀具或多把刀具按编制好的数控程序完成所选区域的加工， 由于所选择的加工区域由多种几何特征构成，包括直线、斜线、凸圆弧、凹圆弧等，在刀具切削过程中，随着加工部位几何特征的变化，带来刀具去除材料和走刀方向随之发生了明显的变化，从而造成切削力也发生了改变，最终还出现了加工过程失稳或加工精度指标偏离现象的发生。
国内外学者对工艺参数或切削用量确定及优化开展了大量研究工作，然而由于大多数研究工作的前提条件都是基于经验或实验的，直接造成研究成果的实用性相对较差， 所以到目前为止，零件精车加工仍然选择同样切削深度、相同进给速度的方式。
切削参数与刀具寿命、机床参数(主轴转速、功率、转矩)等因素有关。考虑到以上原因，为保证加工安全，数控机床操作者除了采取最保守的切削参数外别无选择，这就导致加工效率降低。相反，想要缩短加工时间，数控机床操作者不得不设定较大的加工参数， 这样会导致对刀具工件和机床的破坏。若不能把加工中的动态变化考虑进去，则不能满足根据实际切削情况来实时调整切削参数的需要。
在零件精车加工过程中，机床的切削载荷相对稳定，说明刀具受力状况同样相对稳定，这一重要前提条件对机床精度保持，加工精度指标可控起着至关重要的作用。发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种基于加工特征的数控精车加工切削参数确定方法，以达到解决加工过程失控问题、解决加工精度偏离问题、确定切削用量、减少切削试验和实际加工验证的工作量、提高加工效率、加工质量和降低加工风险的目的。
一种基于加工特征的数控精车加工切削参数确定方法，包括以下步骤
步骤I、分析在零件的切削过程中刀具的走刀路径；
确定零件的加工特征，包括直线、斜线、凸圆弧和凹圆弧；根据零件的几何特征，对上述加工特征分别进行标识；根据零件的加工要求绘制刀具的走刀路径；
步骤2、确定在零件的切削过程中刀具的进给速度比例系数；
根据步骤I确定的刀具的走刀路径，对零件进行切削，并对该零件的不同加工特征的去除材料量进行计算；方法为将直线加工特征材料去除量设定为标准值；求解其他加工特征的材料去除量相对于直线加工特征材料去除量的比例,并将该比例作为该加工特征的刀具进给速度调整比例系数；
步骤3、计算刀具在不同加工特征下的进给速度；
利用步骤2计算得出的进给速度比例系数乘以加工恒定精车进给速度，得到零件不同加工特征的进给速度；
步骤4、根据步骤3计算出的进给速度在原有刀具的走刀路径的基础上对刀具的进给速度进行调整。
步骤2所计算的进给速度调整比例系数，其在斜线加工特征下的取值范围小于 O. 8。
步骤2所计算的进给速度调整比例系数，其在凹圆弧加工特征下的取值范围为0.65 O. 8。
步骤2所计算的进给速度调整比例系数，其在凸圆弧加工特征下的取值范围为1.25 I. 35。
步骤2所述的不同加工特征的去除材料量，直线加工特征下的去除材料面积计算公式为
S 直线=F Xap
其中Sia为直线切削去除材料面积；F为进给速度，单位为毫米/转；ap为切削深度，单位为毫米。
步骤2所述的不同加工特征的去除材料量，斜线加工特征下的去除材料面积计算公式与直线加工特征下的去除材料面积计算公式相同。
步骤2所述的不同加工特征的去除材料量，凹圆弧加工特征下的去除材料面积计算公式为
权利要求
1.一种基于加工特征的数控精车加工切削参数确定方法，其特征在于包括以下步骤步骤I、分析在零件的切削过程中刀具的走刀路径；确定零件的加工特征，包括直线、斜线、凸圆弧和凹圆弧；根据零件的几何特征，对上述加工特征分别进行标识；根据零件的加工要求绘制刀具的走刀路径；步骤2、确定在零件的切削过程中刀具的进给速度比例系数；根据步骤I确定的刀具的走刀路径，对零件进行切削，并对该零件的不同加工特征的去除材料量进行计算；方法为将直线加工特征材料去除量设定为标准值；求解其他加工特征的材料去除量相对于直线加工特征材料去除量的比例，并将该比例作为该加工特征的刀具进给速度调整比例系数；步骤3、计算刀具在不同加工特征下的进给速度；利用步骤2计算得出的进给速度比例系数乘以加工恒定精车进给速度，得到零件不同加工特征的进给速度；步骤4、根据步骤3计算出的进给速度在原有刀具的走刀路径的基础上对刀具的进给速度进行调整。
2.根据权利要求I所述的基于加工特征的数控精车加工切削参数确定方法，其特征在于步骤2所计算的进给速度调整比例系数，其在斜线加工特征下的取值范围小于O. 8。
3.根据权利要求I所述的基于加工特征的数控精车加工切削参数确定方法，其特征在于步骤2所计算的进给速度调整比例系数，其在凹圆弧加工特征下的取值范围为O. 65 0.8。
4.根据权利要求I所述的基于加工特征的数控精车加工切削参数确定方法，其特征在于步骤2所计算的进给速度调整比例系数，其在凸圆弧加工特征下的取值范围为I. 25 1.35。
5.根据权利要求I所述的基于加工特征的数控精车加工切削参数确定方法，其特征在于步骤2所述的不同加工特征的去除材料量，直线加工特征下的去除材料面积计算公式为S直线=F Xap其中=Sia为直线切削去除材料面积；F为进给速度，单位为毫米/转；ap为切削深度，单位为毫米。
6.根据权利要求I所述的基于加工特征的数控精车加工切削参数确定方法，其特征在于步骤2所述的不同加工特征的去除材料量，斜线加工特征下的去除材料面积计算公式与直线加工特征下的去除材料面积计算公式相同。
7.根据权利要求I所述的基于加工特征的数控精车加工切削参数确定方法，其特征在于步骤2所述的不同加工特征的去除材料量，凹圆弧加工特征下的去除材料面积计算公式为
8.根据权利要求I所述的基于加工特征的数控精车加工切削参数确定方法，其特征在于步骤2所述的不同加工特征的去除材料量，凸圆弧加工特征下的去除材料面积计算公式为
9.根据权利要求I所述的基于加工特征的数控精车加工切削参数确定方法，其特征在于步骤4所述的调整后的进给速度公式为Ft=FXAt其中，Ft为调整后对应特征的进给速度；At为某一时刻的进给速度调整比例系数。
全文摘要
本发明一种基于加工特征的数控精车加工切削参数确定方法，属于数控加工技术领域，首先分析在零件的切削过程中刀具的走刀路径；然后确定在零件的切削过程中刀具的进给速度比例系数；计算刀具在不同加工特征下的进给速度；最后根据计算出的进给速度在原有刀具的走刀路径的基础上对刀具的进给速度进行调整；本发明能够有效控制和解决许多试验和实际加工无法解决的加工过程失控和加工精度偏离的问题，通过对不同特征加工中的材料去除量、切削方向进行求解，获得试验和实际加工难以确定的切削用量，为零件高速高效精车加工提供技术支持；能够对整个加工区域的加工过程进行稳定性分析和预测。
文档编号G05B19/18GK102929206SQ20121042600
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者张森棠, 赵恒 , 郑艳铭, 周金泉 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司