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毕业论文《数控车削加工质量控制研究》》
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上海交通大学硕士论文
金属切削过程中毛刺形成机理
及控制方法的研究
学校代码：10248
学科专业：航空宇航制造工程
指导老师：陈
胡祖光 教授级高工
上海交通大学
二零零七年一月
上海交通大学硕士学位论文
金属切削过程中毛刺形成机理及控制方法的研究
毛刺是金属切削过程中最普遍的现象之一，对零件的加工质量及后
续的装配、使用有很大的影响，且去毛刺过程费时费力，是整个切削
加工过程和自动化流水生产线的最大障碍之一。本文结合实验和仿真
结果，对金属切削过程中毛刺形成机理进行深入研究，针对不同的材
料，和不同的加工方式（车削、铣削和钻削）提出主动控制毛刺加工
的基本方法。
本文首先以理论的形式，结合毛刺形成和切屑的形成异同之处进行
总结、对比，得出毛刺形成的最根本原因是由于工件材料在刀具加工
的最末段发生严重的塑性变形。毛刺的产生宏观上是由于产生了切削
过程中的第四变形区；微观上是由于在加工的最末端工件背靠支撑强
度不够，材料颗粒不断发生滑移、位错，切屑围绕工件端部某一点发
生旋转而没有折断残留在工件上形成了毛刺。
本文从理论对毛刺形成机理出发，对车削、铣削和钻削加工过程的
毛刺进行实验分析。通过改变加工切削用量（切削速度，进给速度，
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周一至周五
9：00&22：00
普通车床上控制工件外圆尺寸精度的探讨
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　【摘 要】在普通车床上加工精度较高的工件时，由于刀具的磨损和机床本身精度的影响，工件直径尺寸控制也很难保证。操作者往往在学习这部分内容时感觉比较困难，本人就通过在教学过程中控制外圆直径尺寸，通过分析加工中产生难以控制尺寸的因素，提出尺寸控制的方法即两刀法，通过此方法保证操作者在学习过程中不仅容易掌握，而且控制的精度也大大得到提升。中国论文网 /6/view-3280739.htm　　【关键词】加工精度；控制；直径尺寸；精度　　机械零件的加工必须要保证零件达到图样的要求，满足其加工精度。而尺寸精度和表面粗糙度的控制操作者往往在谨慎操作后精度仍达不到要求，对这个问题一直存在疑虑，找不到真正产生误差的原因。本人通过多年的实践经验和教学实践，发现造成零件加工误差的因素很多，除了书本上总结的因素外，现对控制外圆直径尺寸总结一套方法。对于操作者尤为初学者提高控制尺寸精度大有益处。　　在教学中，我们不难发现初学者最容易产生误差就是尺寸计算错误或刻度盘操作错误，比方说有看错图纸、图纸尺寸计算错误；也有的机床刻度盘松动、操作刻度盘时，未消除其传动间隙等几个方面。少数人也存在量具误差或测量技术误差引起尺寸控制不到位，总是超出图样要求的公差之外。尽管这样，平时操作练习时也强调了要避免这些问题（当然排除了书本上介绍的几方面误差因素外）我们的初学者加工下来的零件还是会有超差，甚至更大，使得他们对加工产生焦虑和想放弃的打算。作为传授技能的师傅来说，要解决这个问题也不是那么容易，有时就算解决了，在实际加工中，也有很多同志车好了外圆的尺寸精度，但是粗糙度不一定能控制好，而粗糙度车好了，尺寸精度却经常会超差。在这里我要提到的是我们的初学者往往忽视了加工中的车削三要素问题，即车削速度、进给量和切削深度。虽然在教学中我们给了一些经验数值，但对他们来说还是达不到效果。我们举个例子来说，用硬质合金车刀来车削，如果选择的车削速度较快，进给量不变，切削深度稍大时，会得到较好的表面粗糙度，可是在同等的切削速度、进给量下，当切削深度较少或是接近零点零几毫米余量的时候，表面粗糙度却差别明显，经常会导致表面粗糙度有拉毛或划痕等不理想的效果，而且尺寸精度还不容易控制。因此我们在车削加工时，要特别注意切削用量对加工精度的影响，只要我们注意这方面的问题，就可以明显提高车削加工的尺寸精度和表面粗糙度。这里提出控制尺寸精度和表面粗糙度的方法供大家分析、探讨。　　平时我们教学时都是首先给学员介绍一种常用的方法来控制尺寸，即试切削法，就是先试切削三五毫米左右长的一小段外圆，停车测量后再进给车削，一刀精车到尺寸。这也是一般精度零件加工时的车削方法，无论是粗加工还是精加工，我们都可以应用，这样虽然节约了走刀时间，提高了生产率，但是容易造成尺寸误差和表面粗糙度的不统一。很明显地发现在试切削的一段和没试切削的一段存在接刀现象，这两段之间就存在切削用量的变化，从而引起切削力的变化，会导致尺寸误差和表面粗糙度值不一致。尤为在精车外圆时，要避免这种情况的发生，我们如果还采用试切削法的话就会达不到要求。因此提出可采用另外一种方法来解决。这种方法叫两刀法，即精加工时均匀地把车削余量分两刀进行车削。本人通过这种方法发现在教学中是百试百中，而且学员应用这种方法也是明显地提高了尺寸精度的控制。　　两刀法的加工方法是：（1）粗加工完后，测量工件外圆尺寸大小并记录下来，至少要保证精加工余量为1mm左右（或者保证外圆不能有太大的圆跳动）；（2）把精车余量分成两等份，即每等份为0.5mm左右，或通过上一步的测量结果，将余量等分；（3）通过对刀，中拖板进给第一等份的余量，建议进给整数格，精车第一等份精车余量；（4）停车并用大拖板将车刀纵向远离工件，此时中拖板不动，仔细测量出第二次待加工的余量，并在中拖板上进给应加工的余量（即第二次终精加工）；（5）精车第二等份精车余量。此种方法的前提是必须要保证两次加工采用相同的切削速度、切削深度和进给量，这样就可以同时保证尺寸精度和表面粗糙度达到加工精度要求。　　两刀法完成精加工完全能克服上述试切削法遗留的问题，可以避免因切削要素的不同而造成尺寸和粗糙度的误差。我们这样做的出发点就是保证切削过程中能在相同的环境下完成，任意改变其中一个条件都可能会引起切削力发生改变，再加上车床本身的间隙和加工过程中的让刀现象，都会引起加工误差的存在。这种方法的优点是既可以保证零件的尺寸精度又可同时保证零件的表面粗糙度，其唯一缺点就是加工时间过长。　　经过反复验证和教学实践，两刀法对保证外圆的尺寸精度、形位精度和较好的表面粗糙度是非常地实用。尤其在单件小批量加工中，掌握两刀法精车外圆的方法是非常有有效的。两刀法同样适用于其它工种的加工。　　综上所述，在普通车床上加工外圆，要保证外圆尺寸精度和表面粗糙度要求，我们要避开产生这些误差的因素以外，还要理论结合实践，采用切实可行的方法，融会贯通，才能真正掌握一技之能。本文主要介绍了在普通车床上加工外圆时就尺寸控制问题进行了简单的分析和探讨，得出两刀法控制精度，而且效果甚佳，供大家分析和探讨。参考文献　　[1]彭德荫等. 车工工艺与技能训练[M]. 北京：中国劳动社会保障出版社，2001.　　[2]徐洪义. 车工[M]. 北京：中国劳动社会保障出版社，2008.　　[3]机械工业技师考评培训教材编审委员会. 车工技师培训教材[M].机械工业出版社，2009.
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非圆车削加工控制系统设计及实验研究
【摘要】：为了适应某些特定环境下的特殊功能要求,有些柱状零件需要设计成非圆截面，产生特殊运动规律。在软靠模非圆数控加工中，利用给定参考指令和外部扰动信号是周期性的特点，控制快速刀具进给机构高速往复运动插补车削转动工件，生成非圆轮廓。这种车削方法柔性好，加工精度较高，能通过修改软靠模参数来切换功能加工不同的非圆截面，但是在车削的非圆截面零件的非圆度较大时，车削加工过程中的切削角和切削速度变化较大，且呈周期性规律，大大减小刀具的使用寿命，加工质量也有所降低。
本文设计了一种新型的车削刀架，能实时调整刀具的倾角和主轴转速，保证车削加工过程中的切削角和切削速度恒定。从根本上解决了传统软靠模非圆加工方法的缺陷，改善了刀具的工作环境，使刀具的使用寿命得到提高，同时恒定的切削角和切削速度也提高了工件的加工质量。与传统的软靠模非圆车削加工不同，本刀架提供两个自由度的执行器，通过两个执行器的运动合成产生设计轨迹。在直线执行器的基础上配有上下摆动执行器可以补偿在工件旋转车削时由工件截面轮廓变化引起的切削角变化。通过摆动执行器调节的刀具倾角，此倾角大小刚好为切削点处的压力角。
为实现数字化非圆加工，本文搭建了完整的非圆加工平台，配备PMAC高速运动控制器，对平台的控制系统的控制算法进行了仿真。根据新型刀架的工作原理和结构特点，对车削加工快速进给机构进行了运动建模、仿真和动态性能测试试验，完成了实物非圆截面加工。试验结果验证了设计方案可行性和控制策略的可靠性。
【关键词】：
【学位授予单位】：华中科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2013【分类号】：TG519.1【目录】：
摘要4-5Abstract5-81 绪论8-13 1.1 课题来源、背景、研究的目的和意义8-10 1.2 非圆车削加工技术研究现状10-11 1.3 本文研究内容与结构框架11-132 非圆截面的软靠模生成13-19 2.1 软靠模的总体方案13-15 2.2 非圆截面零件轮廓型线的数学模型15-18 2.3 本章小结18-193 非圆车削加工数字化平台设计19-33 3.1 数字化加工平台机械组成19-26 3.2 变角度补偿刀架设计26-28 3.3 车削系统硬件结构28-32 3.4 本章小结32-334 变角度补偿刀架系统建模和控制系统设计33-50 4.1 变角度补偿刀架的运动建模33-35 4.2 恒切削角恒切速度车削建模35-39 4.3 变角度补偿刀架控制策略39-47 4.4 车削系统数字化软件设计47-49 4.5 本章小结49-505 仿真分析与实验结果50-55 5.1 仿真分析50-51 5.2 实验结果51-54 5.3 本章小结54-556 全文总结与展望55-57 6.1 全文总结55 6.2 研究展望55-57致谢57-58参考文献58-61附录 1 攻读硕士学位期间发表论文61-62附录 2 攻读硕士学位期间发明专利申请目录62
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京公网安备74号基于在线误差检测的零件加工精度PID控制模型在细长轴车削加工中的应用研究--《陕西科技大学》2012年硕士论文
基于在线误差检测的零件加工精度PID控制模型在细长轴车削加工中的应用研究
【摘要】：零件加工精度是所有生产加工中都必须考虑的重要因素之一，它直接影响着产品的性能和质量，随着对产品使用要求越来越高，现代产品日益趋向于精密化、袖珍化，所以对零件加工精度的要求也越来越高。
采用误差补偿的方法是通过对加工系统进行一个反馈调节来对零件的加工精度进行控制。误差补偿是在加工过程中，通过对加工误差进行检测，及时对系统做出相应的调整以提高零件的加工精度。可以看出，在误差补偿技术中，除了自身的误差补偿模型外，检测的精度也起到很重要的作用。本文在通过对误差检测技术和误差补偿技术的国内外发展现状做出相应研究后，总结了目前国内外误差补偿技术和检测技术的不足，提出了一种新的误差补偿技术——零件加工精度PID控制模型。通过对数控车削过程进行分析，建立数控车削闭环制造系统，把经典的PID控制理论和其结合，构建了零件加工精度PID控制模型的数学模型。并且针对该模型在数控车床对细长轴加工精度的控制过程开发了一套在线检测系统。
在零件加工精度PID控制模型中，把整个数控加工系统看作是一个闭环控制系统，把数控加工中由各个环节产生的累积误差看作是系统的偏差，根据PID控制原理，对系统的偏差进行比例、积分和微分调节，把经过PID控制器调节后的输出信号作为误差补偿信号对数控加工系统做出相应的调节。
误差补偿的在线检测系统是借助C++Builder6.0软件开发平台开发的一套软件程序。把德国米铱公司生产的DT3010电涡位移流传感器作为检测系统的测头，把传感器的输出信号通过模拟量输入模块，串口通讯和计算机进行连接，通过在线检测系统软件对信号进行相应的处理，得到误差补偿信号，对系统做出相应的调整，生成数控加工NC程序。
为了验证零件加工精度PID控制模型的有效性，借助开发的误差在线检测系统，把该模型应用在数控车床细长轴进行加工中，进行了一组对比试验，通过对试验数据的对比分析，证明了零件加工精度PID控制模型能够明显的提高细长轴的加工精度。
【关键词】：
【学位授予单位】：陕西科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：TG51【目录】：
摘要5-7ABSTRACT7-111 绪论11-17 1.1 选题的目的和意义11 1.2 国内外研究现状11-15
1.2.1 误差补偿技术发展及研究现状11-13
1.2.2 在线检测技术应用研究发展现状13-15 1.3 本文研究内容及研究方法15-16
1.3.1 研究内容15-16
1.3.2 研究方法16 1.4 本章小节16-172 零件加工精度 PID 误差控制模型17-29 2.1 引言17 2.2 PID 控制简介17-22
2.2.1 离散型 PID 控制原理20-21
2.2.2 PID 控制系数对系统的影响规律21-22 2.3 零件加工精度 PID 误差控制模型的建立22-27
2.3.1 数控车削闭环制造系统22-23
2.3.2 数控车削零件加工精度 PID 误差控制模型的建立23-26
2.3.3 零件加工精度 PID 误差控制模型和其他误差模型的比较26-27 2.4 本章小结27-293 在线检测系统的建立29-47 3.1 引言29 3.2 在线检测系统介绍29-31 3.3 在线检测系统的开发31-44
3.3.1 eddyNCDT3010 电涡流式非接触式位移传感器的应用31-35
3.3.2 测头夹具的设计35-36
3.3.3 模拟量输入模块36-38
3.3.4 基于 C++Builder 6.0 的检测系统软件设计38-43
3.3.5 在线检测系统的总体构成43-44 3.4 在线检测系统精度分析44-46 3.5 本章小节46-474 基于零件加工精度 PID 控制模型下的数控车削细长轴在线误差补偿试验47-59 4.1 引言47 4.2 试验设计47-50 4.3 试验的实施50-54
4.3.1 试验对象50
4.3.2 试验设施50-52
4.3.3 试验步骤52-54 4.4 实验数据分析54-57 4.5 实验总结57-595 总结与展望59-61致谢61-63参考文献63-67附录Ⅰ 在线检测系统主要程序段67-75附录Ⅱ 相关试验数据75-79附录Ⅲ 相关试验图片79-81攻读学位期间发表的学术论文目录81-82
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