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尽可能采用相同的刀具加工这样尽管某个单个零件或特征的加工不是最优 但减少了加工工具 简化了刀具的选用和管理 实现了整体最

  尽可能采用相同的刀具加工这样尽管某个单个零件或特征的加工不是最优 但减少了加工工具 简化了刀具的选用和管理 实现了整体最优。 刀具材料分析 刀具材料的好坏是影响刀具切削性能的首要因素 制造刀具的材料多种多样 常用的刀具材料有高速钢、硬质合金等。不同的工件材料 需要用不同材料制成的刀具来加工 通过现场

  尽可能采用相同的刀具加工这样尽管某个单个零件或特征的加工不是最优 但减少了加工工具 简化了刀具的选用和管理 实现了整体最优。 刀具材料分析 刀具材料的好坏是影响刀具切削性能的首要因素 制造刀具的材料多种多样 常用的刀具材料有高速钢、硬质合金等。不同的工件材料 需要用不同材料制成的刀具来加工 通过现场数据的收集、整理 对刀具材料性能与工件材料的加工性以及 要求进行分析 总结它们相互之间的适应性 实现刀具材料的正确选择。 特性总结特性总结是归类并选择刀具的事物特性参数 如分类特征、结构特征、几何特征等 将这些特征参数用不同的代码表示出来 形成刀具编码的依据。 按照刀具编码体系对刀具进行编码刀具编码就是在上述分析的基础上对刀具进行编码 实现刀具的正确选用与管理。 刀具编码在刀具数据库系统中 为了使计算机能有效识别和处理每一把刀具和辅具以及组装好的刀具组件 采用刀具编码体系编制刀具代码 描述刀具主要特征。在某种意义上 刀具编码的性能决定了数据库系统性能的优劣。刀具编码就是运用字符 数字、字母或数字与字母的组合 来描述和标识刀具及相关生产活动中的特征信息及信息的交换。对刀具进行编码的过程就是对刀具信息规范化、标准化的过程。它不仅要反映刀具本身 而且要反映它的群体在生产过程中的关系 如产品设计要求、产品工艺要求、相关标准要求、生产管理要求。由于同类刀具具有很大的相似性 刀具编码的目的就不仅仅局限于刀具的几何信息 还应包含与切削和管理相关的信息 以便于在切削过程中选择刀具 完成数控编程任务。西北工业大学硕士学位论文第二章刀具信息规范化及刀具编码 编码原理在工业中基本上由两种数据编码方法 一种是集成代码 另一种是多元代码 。集成代码以数据的等级或分类为基础 受分类范围和它必须包括的事物数量的约束 多元代码包括那些非分级式分类系统的代码 这种代码可能同固定字段类型的分类系统相关联【 。工业编码的原则【“ 代码的符号串不应超过 个符号而不断开 即代码愈短 错误愈少 代码的长度和样式尽可能固定 因为在一类给定的材料中用变长度代码 会迅速增加错误率 并要求对于在使用时伸长 向右或向左 成最长的代码进行论证 全数字代码产生的错误最少 即一个长度固定、全数字的、不多于五位的代码是最好的 如果字母部分是固定的 并用来隔开字符串 那么也可以使用字母数字复合的代码 但是 字母和数字在同一码位上互相混合会引起过多的处理错误。 编码系统设计的一般原则建立数控机床刀具编码系统首先必须考虑以下内容 建立编码系统的目标和使用部门 工具室、工艺室、车间管理等 企业数控机床刀具的类型及使用工具标准 数控机床刀具代码所需表示的详细程度。编码系统设计的一般原则 唯一性 即用意单纯 每一个代码唯一对应某种类型、规格的刀具或辅具或刀具组件 不应有重码 系统性 尽量使代码结构的每一位都具有实际意义 尽量适应系统的全部功能需要 通用性 代码简明 便于记忆和校验 适用面广 通用性强 便于用户使用 可扩展性 要考虑到将来可能的扩展 但应注意不要使代码位数过多 标准化 尽量采用已公布的各类标准 等长性 为便于处理 代码应等长。但目前新的编码系统研究趋向时采用结构不固定的编码系统 它的码位可长可短 包含的内容可多可少 即根据具体条件 按管理、设计需要灵活应用 尽管如此 针对同一使用部门的代码西北工业大学硕士学位论文第二章刀具信息规范化及刀具编码还是应等长为宣。此外 刀具代码提供的信息应精确、简明 便于存储和检索 可节省时间和空间 可提高信息处理的效率 便于标准化及信息交流。 代码设计方法代码设计方法 用自然数编码是最简单的一种编码方法 助记码法 用文字、数字或二者结合起来描述。如机床型号 表示工作台工作面宽度为 的卧式升降台铣床 其特点是可通过代码帮助记忆 缩写码法 采用字母缩写来描述 表示公斤表示毫米等 以上三种方法所含信息量不大 不易做到代码设计的标准化 不便于计算机处理 故采用的不多。 分组码法 代码被分为若干组 每组表示一定含义。如 学生的学号、邮政编码、以及我国机械行业中推行的以成组技术为依据的零件分类编码 等就属于这种类型。这种编码方法的特点是 容易记忆 便于计算机排序、分类等处理 是目前使用最为普遍的一种编码方法。 刀具特征模型建立刀具特征模型是进行刀具编码的依据 刀具的特征包括刀具本身的信息和与设计、制造、使用、管理相关的信息 大体上可分为三类 类型特征、相关特征和几何特征。类型特征反映刀具本身的类别、被加工工件的形态 如平面、孔、槽等 以及刀具的主要形态 如球头铣刀、角度铣刀等 。相关特征包括刀具结构形式、与机床连接方式 刀柄形式 、刀片材料等。几何特征主要描述与刀具几何参数相关的信息 如刀具直径、长度、切削刃数等。 刀具编码的数据结构常用编码的数据结构有树式、链式和混合式。树式结构对应于层次模型 链式结构对应于线性有序的数据模型 混合式结构将树式编码和链式编码串接起来 兼有两种结构的优点。根据对数控机床刀具的分析 本系统采用混合式结构 与刀具特征相适应 将其分成三个部分 第一部分 主要描述刀具类型 塑大类、细类组成它们有一定的从属关系 采用树状结构比较合适。第二部分 反映刀具相关特征 各自具有独立性 适合采用链式结构 第三部分 反映刀具几何特征 这部分信息与刀具类型密切相关 但相互之间又有一定的独立性 其具体含义根据刀具类型确定。 刀具信息分类编码数控机床刀具从种类上可分为 铣刀、镗刀、钻头、丝锥等 如图扛 所示 从标准状况可分为标准刀具和非标准刀具 从被加工零件来说可分为通用刀具和专用刀具。数控加工刀具按种类分类如下 常用标准铣刀分为粗齿直柄立铣刀、细齿直柄立铣刀、粗齿锥柄立铣刀、细齿锥柄立铣刀、直柄键槽立铣刀、锥柄键槽立铣刀、粗齿圆柱形铣刀、细齿圆柱形铣刀、直齿三面刃铣刀、错齿三面刃铣刀、粗齿锯片铣刀、细齿锯片铣刀等十二类。刀具编码中 第一位表示刀具大类 根据数控机床刀具的分类 表示车刀表示铣刀 表示镗刀 ……第二位表示刀具细类 如车刀可分为外圆车刀、端面车刀、切槽车刀、螺纹车刀等 铣刀可分为端铣刀、立铣刀、圆柱铣刀等 第三位、第四位和第五位表示上述各类的结构特点 分别反映刀具与机床的连接方式、被加工工件的加工特征以及刀具的结构形式 第六位到第九位表示刀具的几何特点 第十位表示刀头或刀片材料。下面以铣刀为例说明 如表 刀具信息代码码位含义刀具刀具柄部刃部结构刀具直径直径齿数刀片类型细类形式形式形式标准 材料 取值盔普通普通立铣整体国具体数值具体高速刀、立铣直刀、式、标、数值钢、铣刀、柄、波形焊接行硬质刀、球头莫氏刃等式、标、合金镗刀立铣锥柄机夹企标等等刀等等式等 典型刀具分析下面以球头立铣刀、角度立铣刀为例分析刀具的结构参数 如图 所示 。球头立铣刀结构参数 立铣刀类型 主要由零件加工表面的结构形状要求决定 结构形式 主要有整体式、焊接式、机夹式 刀具直径 一般无要求 在保证强度的情况下 按具体加工情况选定。对球头立铣刀 直径受加工曲面半径 限制 一般小于 但在要求一次加工完曲面时 直径应为 。刃部形式 立铣刀刃部形状 由被加工特征形状和是否要求轴向进给决定 切削刃长 加工侧面时 由侧面长度决定 加工底面时 尽量选用通用系列 由加工材料、加工方式决定精加工、粗加工 刀柄形式 由机床要求和刀具直径决定 工具锥柄给出刀柄号 给出直径和装夹长度制造精度 由工件精度及加工工序的性质决定。角度立铣刀结构参数与球头立铣刀类似 因此不再赘述。厂一立铣 类型厂立铣 类型 柄形式柄形式 卜刃部形式 刃部形式 球头立铣刀结构卜刀具直径 角度立铣刀结构卜刀具直径 切削刃长卜铣刀齿数 一簇磬线与锥面刀齿 制造精度卜 铣刀齿数 制造精度图 球头立铣刀和角度立铣刀结构参数分析 刀具信息规范化研究了刀具信息规范化的内容、刀具编码的方法 分析了典型刀具的特点 我们就可以按照规范化的内容和步骤对企业自行设计、制造的非标准数控机床立铣刀进行规范化处理。通过对 等飞机制造企业的调研分析我们发现 数控机床专用铣刀直径大都在 并主要集中在 的范围内 刃部长度或刀具总长与直径之比相差较大 同一直径的铣刀 其刃部长度有多种规格 且相差较大。通过规范化处理 我们希望这些杂乱无章的数据能形成有序的排列 即系列化。如前所述 刀具信息的规范化包括刀具类型和名称分析、几何参数分析、刀具材料分析、特性总结、进行刀具编码等内容。对于立铣刀而言 其类型和结构特点都非常清楚 前面也已经进行了讨论 这里主要讨论几何参数和刀具材料的分析。堕 立铣刀几何参数分析由于立铣刀直径主要集中在范围内 与标准立铣刀直径范围基本重合 在进行规范化处理时 可以尽可能靠标准选择 并尽可能避免非整数直径。对于刀具刃部长度 可以这样考虑 当刃长小于 。铣刀齿数也与刀具直径有关厂在加工铝型材拉伸板时 常用齿数为 的专用铣刀 低转速、大进给量以提高加工效率。因此 在进行规范化处理时 对于直径小于 的铣刀 。切削加工过程中切削条件不同 切削部分合理的几何角度就不同。当工件材料为铝合金、钛合金和不锈钢时 高速钢立铣刀几何参数可按下表选取 立铣刀几何角度选取科】被加工材前角 ’副偏角’螺旋角刀尖圆弧半料 立铣刀材料分析在飞机制造企业里大量用到铝合金、钛合金和不锈钢材料 我们也主要调研、分析了这几种材料对刀具材料的影响。铝合金的硬度一般不是很高 具有良好的切削加工性。钛合金可以分成 合金、 合金、 合金。钛合金密度仅为钢的 但强度高于钢 往合金中加入合金强化元素后 可大大提高合金热稳定性和高温强度 耐腐蚀性好 化学活性大 导热性差 弹性模量小。钛合金变形系数小 切削温度高 加工表面易生成硬脆变质层 粘刀现象严重 因此 切削加工性很差。不锈钢是在加入了较多的铬、镍、钼、钛等元素、使其具有耐腐蚀性能及在较高温度下具有较高强度的合金钢。常用的不锈钢按其组织结构可分为铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体一马氏体不锈钢、沉淀硬化不锈钢 其中奥氏体不锈钢的应用最广泛 并且切削加工性较差 所以以讨论奥氏体不锈钢为主。奥氏体不锈钢在一般的加工硬化基础上伴随着马氏体相变而产生材质硬化 表面硬度可达到 。因此 在切削加工中处于切削表面附近的切削刃口极易损伤 造成比后刀面平均磨损大数倍的边界磨损或大面积崩刀。热传导率低 在各种切削速度下 其切削温度均较 切削过程中易产生积屑瘤因此表面质量和精度不易保证。另外 由于材料具有相当大的韧性和强度 加工中容易与刀具发生粘连。与被加工材料性能相对应 常用的刀具材料主要包括高速钢和硬质合金。加工铝合金常用材料有 等。加工钛合金的铣刀一般都用高速钢制成常用材料有 是超细晶粒硬质合金强度高、韧性好、抗粘着能力强 铣削钛合金效果好于 。加工奥氏体不锈钢的常用材料除 等硬质合金外更多的采用高速钢 特别是钼系、高钴、高钒高速钢 等。一般说来刀具直径小于 多用高速钢当直径大于 多用镶片硬质合金 瑞典 等厂家也生产直径小于 的整体硬质合金铣刀 主要用于高速铣。 立铣刀编码示例现在通过一个实例来介绍立铣刀的编码过程。 厂在加工某结构件前梁时 工件材料为铝合金 所用刀具编码应为 表示该刀具为角度立铣刀 焊接式按企业标准设计、制造 刃部直径为 材料为高速钢刀具其余参数可通过编码在相应几何参数库中查询。又如刀具编码为 表示该刀具为直柄立铣刀 削平直柄 整体式标准铣刀 刃部直径为 材料为普通高速钢。本章小结本章首先介绍了刀具信息规范化的内容 然后介绍了刀具编码原理 并通过对典型刀具的分析 建立了刀具编码系统 接着讨论了飞机制造企业中立铣刀几何参数规范化内容和常用飞机结构件材料的切削加工性对刀具材料选择的影响 最后给出了立铣刀编码实例。西北工业大学硕士学位论文第三章刀具数据库的设计第三章刀具数据库的设计 刀具数据库系统概述在数控加工系统中存在着大量刀具 每把刀具都有相应的特征数据 刀具数据组织管理的有效性是非常重要的。在整个生产制造系统中 不仅数控编程人员需要刀具信息 而且实时过程控制系统、调度系统、工序顺序处理、库存管理系统、刀具维护、 等都需要刀具信息 建立刀具数据库是管理刀具信息 维护刀具数据完整、有效的强有力手段。一个完整的刀具数据库应包含的内容有 加工条件 工件材料、毛坯状态、切削余量等 加工技术条件 加工精度、表面完整性 推荐优化数据 刀具材料种类、刀具结构、刀具几何参数、切削用量等 相应切削状态 切削力、切削温度、刀具耐用度等 约束条件检验。刀具数据库的输出应包含 符合加工条件的刀具材料 符合加工条件的刀具几何参数 刀具耐用度及切削用量 单件工时 单件工序成本。 刀具数据库整体功能结构本系统中的刀具数据库包含下列内容 刀具静态信息、刀具材料信息、零件特征信息、零件材料信息、加工方法信息、切削用量信息等。系统信息流程如图 所示西北工业大学硕士学位论文第三章刀具数据库的设计图 刀具数据库信息流程图刀具数据库系统的特点刀具数据库是集成环境下的刀具信息管理 它要综合利用来自整个集成制造系统各部分的有用信息来决策有关刀具的活动 并且能迅速、合理的提供刀具信息给其它系统。为了保证加工的效率和机床性能 刀具数据库应具备与 、车间调度、等集成的能力。集成环境下的刀具数据库的研制开发要综合利用计算机技术、数据库技术、网络技术、控制技术、管理技术等先进技术 因此 它比一般的刀具管理系统所涉及的信息更广泛、管理效率更高 它具有以下特点 存储的刀具信息规范化每把刀具都经过类型和名称分析、几何参数分析、材料分析、特性总结和编码 因此 是规范化的信息。 数据库系统具有开放性刀具数据库具有与 等系统集成的能力因此 具有一定的开放型。 数据库系统可扩充性在实际使用中 需要不断地向数据库中添加新内容 删除过时的或不用的内容 同时 系统功能也在不断地增加、完善 因此 系统具有可扩充性。 数据库系统安全性刀具数据库采用 开发 利用 完善的安全管理机制来保障系统的安全性。 刀具管理智能化刀具的推荐选择利用了专家系统技术 经过规则匹配、冲突消解得到最适合某加工特征、加工材料的刀具 因此 系统具有智能化的

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