切削力测量技术范文10篇

1切削力测量技术现状分析

切削力测量系统一般由三部分构成：由测力仪、数据采集系统和PC机三部分组成，如图1所示。测力仪（测力传感器）通常安装在刀架（车削）或机床工作台上（铣削），负责拾取切削力信号，将力信号转换为弱电信号；数据采集系统对此弱电信号进行调理和采集，使其变为可用的数字信号；PC机通过一定的软件平台，将切削力信号显示出来，并对其进行数据处理和分析。

1.1切削测力仪

1.1.1应变式测力仪

应变式测力仪由弹性元件、电阻应变片及相应的测量转换电路组成，其工作原理如图2所示。把电阻应变片贴在弹性元件表面，并连接成某种形式的电桥电路，当弹性元件受到力的作用而产生变形时，电阻应变片便随之产生变形，从而引起其电阻阻值的变化ΔR，即

应变片电阻值的变化ΔR造成电桥不平衡，使电桥输出发生变化ΔU，通过标定建立输出电压与力之间的关系。使用时根据输出电压反算切削力的大小。

1切削力测量技术现状分析

切削力测量系统一般由三部分构成：由测力仪、数据采集系统和PC机三部分组成，如图1所示。测力仪（测力传感器）通常安装在刀架（车削）或机床工作台上（铣削），负责拾取切削力信号，将力信号转换为弱电信号；数据采集系统对此弱电信号进行调理和采集，使其变为可用的数字信号；PC机通过一定的软件平台，将切削力信号显示出来，并对其进行数据处理和分析。

1.1切削测力仪

1.1.1应变式测力仪

应变式测力仪由弹性元件、电阻应变片及相应的测量转换电路组成，其工作原理如图2所示。把电阻应变片贴在弹性元件表面，并连接成某种形式的电桥电路，当弹性元件受到力的作用而产生变形时，电阻应变片便随之产生变形，从而引起其电阻阻值的变化ΔR，即

应变片电阻值的变化ΔR造成电桥不平衡，使电桥输出发生变化ΔU，通过标定建立输出电压与力之间的关系。使用时根据输出电压反算切削力的大小。

摘要：工业生产中对零件的加工精度和装配精度要求越来越高，尤其在精密制造领域。随着零件的设计形状日趋复杂，传统的机场无法满足精度要求，数控机床已经成为现代制造领域中不可或缺的加工设备，复杂曲面的加工可通过多轴联动的数控加工中心实现。在数控加工过程中除了对机床上各个零件的加工精度和部件装配精度要求较高，机床加工过程中的各个参数设置对工件的精度有十分重要的影响。本文结合传感器知识对机床各个加工位置进行检测，分析各个工艺参数对加工精度的影响，设计相应的机床工艺参数优化算法，实现数控机床的高精密加工，为未来数控加工中参数优化设计提供一定的参考，具有一定的指导意义。

关键词：数控加工；参数优化；分析

随着我国制造业不断发展，在精密制造领域对零件的精度要求也越来越高，尤其在发动机、减速器等关键零部件的制造过程中。通过数控加工可实现较高精度的零件的制造，但数控加工中依然存在加工精度无法满足设计需求的问题。除了数控加工中心的装配精度对零件加工精度影响较大之外，在机床加工过程中由于工艺参数的设置对零件加工精度的影响是制约零件精度进一步提高的关键因素。因此，零件最终的加工精度与数控加工中工艺参数的配置、调整以及优化存在直接关系。本文首先从机床加工过程中的检测入手，获取加工过程中机床的状态，并根据机床的工作状态调整机床的工艺参数，使机床工作在最优的加工状态下，在不增加数控机床功率和负载的基础上，提高机床的加工效率，并获得最终的高精度工件。

一数控加工中各参数检测

调整和优化工艺参数之前，首先应该获得机床当前的工作状态，若没有准确的机床的工作状态，机床的参数优化就没有依据，无法实现高精度的零件的加工。因此，本节主要介绍机床工作状态的检测方法和检测参数。

（一）切削力检测

摘要：针对难加工长径比较大的零件，加工时会造成切削力大、杆件容易发生变形、杆的尺寸精度难以得到保证等问题，提出了一种合理的加工工艺。主要从工艺路线的选定、装夹方式的选择、切削用量的选择、刀具和刀片的选择等方面作出了合理的分析，采用一端用三爪卡盘夹紧和另外一端用两个中心架辅助支撑的装夹方式。在切削全过程中，用特殊的车刀以及特殊的冷却液加工。通过在CW6163普通车床上进行验证，结果表明采用一端用三爪卡盘夹紧和另外一端用两个中心架辅助支撑的装夹方式能够减小细长杆在加工中的变形。在该种加工工艺方案中，特制的R38mm车刀、粗精车的切削用量、机夹式结构车刀、COOlancutO-11型号的切削液以及YG8材料的刀片能够用来切削难加工材料，并且很好地保证了细长杆零件的尺寸精度和粗糙度要求。

关键词：细长杆；装夹方式；车刀；加工工艺

细长杆零件通常是指长度与直径之比大于或等于25的零件[1]。车削细长杆零件一直是一个难题，再加上如果是TC11这种难加工材料，更加剧了问题的严重性。但TC11(Ti-6Al-3.5Mo-1.8Zr)属于一种马氏体强化型α+β型两相钛合金。可以在400~500℃下长期使用，具有非常强的工艺塑性、组织稳定、抗蠕变能力和抗高温变形能力，抗拉强度可以达到1030MPa，多为航空航天零件材料的良好选择[2-4]。与普通零件相比，TC11钛合金细长杆切削性能差，主要表现为钛合金材料切削变形系数小，切削中刀具和材料局部之间会产生高温、高压、冷作硬化严重、切削力大，这些情况加剧烈了刀具磨损，再加上细长杆刚度较差、受热变形较大严重影响了加工精度和表面质量[5-6]。喻红中[7]在折析细长杆件车削加工方法中，充分分析了零件的结构、工艺特点以及零件产生的缺陷原因，采用合理的工艺路径，探索出细长轴的加工方法。宋宏明[8]在细长杆的车削加工技术浅析中，归纳了车削常见缺陷及其原因，并在切削加工方面提出了改进措施。梁满营等[9]在细长轴切削加工工艺方案研究中，一边用三爪卡盘，一边用弹性顶尖的装夹方式，直线插补和圆弧插补相结合的加工方法来加工细长轴。以上的研究方法都适用加工比较容易切削的材料和小型零件，但实际生产中，往往会碰到大型、甚至中间有孔的难加工材料零件，比如钻杆之类的就不太适应了。针对以上问题，本文对TC11钛合金细长杆零件在实际生产中，对加工工艺、装夹方式、受力情况以及刀具选择等方面，作出了合理的分析，并通过试验验证得出，该种工工艺可以达到预期的加工效果。

1细长杆在加工过程中工艺性分析

细长杆在车削过程中的热扩散性能比较差，在车削过程中，会在切削热的作用下刀具发生黏结磨损，从而影响工件的表面粗糙度和加工精度[10]。并且钛合金TC11材料由两相组织组成，在切削过程中由于硬度比较大，因此在加工中需要比较大的切削力。以图1所示的零件为例，只对细长杆外圆车削部分进行进行工艺性分析，内外螺纹以及键槽部分不做分析处理。

1.1加工难点

1引言

随着现代先进制造技术的高速发展，薄壁零件能够具有高强度、重量轻、高承载性等特点，在汽车、国防等工业领域得到了越来越广泛的应用。特别是在要求降低自身重量又不失强度、刚度的航空航天工业中得到很好的应用[1，2]。

2零件工艺分析

图1为某壳体的局部腔体结构示意图，该零件采用铝合金2A12整体加工而成，外形尺寸102mm×170mm×250mm，六面均要加工，且需要多次装夹，加工完后重量约为1190g，材料去除率高达90%。该零件腔体最深处为95mm，中间筋2mm，四周壁最薄处达2mm，底部为5mm×94mm×80mm的凸面，凸面周边为异型减重腔，底部凸面的加工精度要求是平面度为0.012、腔内4根筋的平面度为0.025及两腔壁平面的平行度为0.04。零件加工后的尺寸相差较大，整体刚度较差，加工时极易产生振动，故该零件在铣削过程中或者铣削后都会产生较大的变形误差，从而会导致零件的形位公差等难以达到要求。要保证该零件的加工精度，关键是控制零件在加工过程中由于各类应力（切削力和切削热产生的应力、装夹产生的应力以及毛坯的残余应力等）引起的变形。

3工艺流程

从加工工艺角度出发，合理安排加工工序、加工位置、余量分配、加工路径等，能减小整体结构件的加工变形[3]。根据上述分析，加工工艺流程确定如下：备料→粗铣外形及内腔→去应力退火→精铣外形→数控铣半精加工→铣削缺口→钳工→数控铣精加工→钳工→研磨→三坐标测量。该零件工艺流程主要控制点在数控铣工艺。为保证加工质量及精度：（1）安排粗、精加工及钳工矫形；（2）先加工内腔，再加工外形，以利于提高刚度，防止振动；（3）合理安排热处理，以提高尺寸稳定性；（4）零件底部凸面设计工艺加强筋，以提高零件的装夹刚度；（5）采用小直径铣刀加工，以减小切削力。

随着科技的发展，人们对机械产品质量的要求越来越高。在机械加工过程中，误差的产生不可避免，为了保证零件的加工质量，减少各种因素对加工精度的影响，就必须进行机械加工误差分析，并在此基础上探寻提升工艺技术的措施，确保产品质量最优化。在机械加工中，由机床、夹具、工件和刀具等构成的机械加工工艺系统在一定条件下由工人来操作或自动地循环运行来加工工件，因此，有多方面的因素会对此系统产生影响，导致刀具和工件的相对位置发生偏离，出现加工误差。零件要满足使用要求，加工误差必须控制在规定范围之内。引起加工误差的因素很多，而且这些因素往往是综合地交错在一起或随机出现的，对加工精度产生综合性的影响。所以要解决精度问题，要控制加工误差，首先必须要分析误差，找出误差的规律，判断产生误差的原因，然后再采取相对应的措施，达到减小加工误差，满足零件加工精度的目的。

1零件加工误差的分析

引起加工误差的工艺因素(原始误差)很多，影响因素不同，加工误差的特征也不同，采取的控制措施也不同。1．1误差分析方法和思路。根据零件加工误差的特点，推断出影响误差的主要因素，从而采取相应措施。这种分析方法称为单因素分析法。但是在生产中，影响加工精度的因素常常是非常复杂的，采用单因素分析法很难判断其因果关系，更不能从单个工件的检查得出结论，而是要运用数理统计方法进行归纳、分析、判断、总结，找出其中的主要原因，采取针对性的措施。在具体的生产实践中，通常采用综合分析法，将单因素和统计分析法结合起来。一般先用统计分析方法，寻找误差出现的规律，初步判断产生误差的可能原因，然后再用单因素分析法进行分析、试验，找出影响加工精度的主要因素。加工误差的分析思路如图1所示。第一步，列举出所有可能的误差源，并取得量化数据;第二步，根据量化数据，分析研究原始误差到零件加工误差之间的数量转换关系;第三步，采用合适的手段和方法，测量出零件的实际误差值;第四步，对误差进行统计分析，并判断误差性质，找出其中规律;第五步，采取相应的工艺措施消除或减少加工误差;最后，再次检验零件误差［1］。1．2误差分析的具体步骤。误差分析的关键在于能否在具体条件下，找出误差的规律，判断产生加工误差的主要因素，现在结合生产实践的经验，详细阐述综合分析加工误差的具体步骤。1．2．1误差调查。误差调查的目的在于调查误差产生的前因后果及环境，摸清误差产生的规律。可以召集有关人员，召开各种形式的调查会，大家可以自由讨论，集思广益。通过讨论可以了解误差究竟是一贯存在的，还是最近出现的。如果是最近出现的，是在什么条件下出现的，误差大小是否有变化，变化有何规律，等等。误差出现时，切削过程是否有所改变，切削用量是否进行了调整，机床是否进行了调整，刀具是否有所更换，夹具工艺位置是否有所移动，工件材料、毛坯质量有无变化，等等。此外，还必须到现场仔细观察机床、夹具、工件、刀具及实际加工情况。在调查时，尽量多的测量一些零件样本，摸清工件的误差情况，包括其尺寸、形状或位置的误差大小及误差规律，为分析研究提供第一手的原始资料。1．2．2误差分析。根据调查结果，采用综合分析法进行初步误差分析。首先，采用统计分析法，对测量数据进行整理，作分布曲线图和点图，从而分析误差的性质、大小及加工过程的稳定性。其次，查找出在具体的工艺条件下可能产生这类误差的所有因素，并对每一项因素采用单因素分析法进行分析。分析内容包括每项因素所产生的误差的特征、大小和方向，它们与误差调查情况是否吻合。如果不吻合，可以排除;如果吻合，需要进一步分析影响的大小，找出可能的主要影响因素。为了便于分析，可以做出因果分析图，具体做法如图2所示。误差分析时，应用分布图可以判断误差的性质和规律，应用点图X－－R，不仅可以判断加工误差随时间变化的规律和趋势，而且还可以判断工艺过程的稳定性。1．2．3误差的论证。误差论证的目的主要是针对上述分析得到的主要影响因素产生的误差进行实际测量，得到量化数据。根据实际测得的误差数据，判断上述因素对加工误差的关联关系，进行进一步判断，排除非主要影响因素，找出其中主要影响因素。误差论证时，关键是要设定合理的测量条件，只有在合理的测量条件下测量的数据才有分析价值。比如论证刀具热伸长对外圆圆柱度的影响，可以测量刀具加工工件的平均升温，计算出刀具的热伸长量，测量零件的圆柱度误差，根据圆柱度误差与刀具伸长量的对比分析，判断关联关系。再如，论证误差复映对加工误差的影响时，可以选择加工余量不同的几个零件，加工后测量误差大小，然后分析误差大小与加工余量的关系，从而判断两者之间的关联性。1．2．4误差的验证。通过误差论证，找出影响误差的主要因素，然后采取相应的控制措施，控制加工误差。为了验证判断的正确性和措施的合理性，最后还要进行误差验证，只有在采取措施后误差减小或消除了，才能肯定判断是正确的，采取的工艺措施是合理的。

2减少误差、提高加工精度的工艺措施

减少加工误差，提高零件加工精度，关键在于两个环节，第一个环节是找出误差规律或主要影响因素，第二个环节就是针对第一环节的分析结果采取合理的工艺措施，最后达到减小误差的目的。影响零件加工精度的因素(原始误差)很多，需要对症下药才能有效。2．1减少原始误差对加工精度影响的常用措施。2．1．1调整误差。工艺系统中的调整主要是指工件安装位置和刀具对刀位置的调整。调整的目的是保证工件和刀具在加工过程中保持正确的相对位置。减少这类误差的主要措施有:(1)采用先进的装置、正确的方法和认真负责的态度进行调整，确保工件和刀具的正确位置;(2)粗、精加工分开，减小由于切削力的变化引起工件和刀具的位置偏移变化;(3)零件的精加工工序采用基准统一，减少工件的装夹次数。2．1．2刀具误差。刀具误差主要是指切削过程中刀具磨损引起的加工误差。减少这种误差的常用措施有:(1)选择高硬度的刀具材料，提高刀具刃磨质量，减缓刀具磨损;(2)合理选择刀具几何参数和切削参数，合理安排加工工序，充分使用冷却液等，降低切削温度，减缓刀具磨损;(3)尽量选用多刃刀具，增加切削过程的平稳性，减少冲击磨损。2．1．3度量误差。度量时产生的误差称为度量误差。减少度量误差的常用措施有:(1)根据零件加工精度要求选择合适的度量工具;(2)采用正确的度量方法和认真负责的工作态度，对于零件的关键尺寸采取多人测量等措施均可减少度量误差。同时要注意平时对量具进行定期鉴定和保养，以便保证量具的精度和使用寿命。2．1．4机床几何误差。机床几何误差主要是指机床加工时主轴回转误差、导轨导向误差和传动链的传动误差等引起的加工误差。减少这类误差的主要措施有:(1)对于提高主轴的回转精度，可以换用高精度的静压轴承，更换高精度的滚动轴承，对滚动轴承进行预紧等措施;(2)导轨的导向误差一旦出现，一般情况下不方便调整，只能采取预防措施，确保安装正确，合理使用，注意及时保养和检测等措施来推迟这类误差的出现。(3)机床传动链误差只影响内联传动，对于外联传动加工，可以不考虑传动链的误差。和导轨误差一样，一旦机床传动链出现误差，一般情况下不方便调整，只能采取预防措施推迟这类误差的出现。(4)调整加工方式，将机床几何误差转移到误差非敏感方向或完全不影响加工精度的方向。2．1．5工艺系统的受力变形产生的误差。减少这类误差的常用措施有:(1)提高工艺系统的刚度。调整机床主轴和导轨，提高机床的刚度;减少刀具的悬伸长度，提高刀具的刚度;合理的装夹和加工方式，提高工件的刚度;(2)采用合理的工艺措施，减小切削力的大小及切削力的变化。如合理选择刀具角度和切削用量，可以减小切削力;毛坯分组，使加工余量均匀，可以减小切削力的变化。2．1．6工艺系统的受热变形产生的误差。工艺系统在各种热因素的影响下产生热膨胀变形，导致工件和刀具之间的理想位置发生偏移，引起加工误差。减少这类误差的常用措施有:(1)控制机床的热变形。空运转预热机床，达到热平衡，在热平衡状态下进行加工;(2)合理选择切削用量、加工方式、切削刀具，减少切削热;(3)在工艺上，粗、精加工分开;(4)控制温度环境，在恒温条件下进行加工;(5)采取充分冷却和强制冷却措施进行散热。2．1．7内应力变形误差。减少内应力引起的误差，常用措施有:(1)采取时效处理和振动消除应力;(2)粗、精阶段分开加工，并安排在不同的工序中进行;(3)对于精密零件，不允许采用冷校直，只能采用热校直。减少原始误差对加工精度的影响，除了采用上述控制误差措施外，通常还可以采用均分原始误差、均化原始误差、转移原始误差等方法来减少原始误差对加工精度的影响。2．2误差补偿措施。在实际生产中，影响加工精度的因素常常非常复杂，要找到主要的影响因素并不容易，有时即使找到了主要影响因素，也不便于直接调整，这时可以考虑采用误差补偿措施。从提高加工精度考虑，在现有工艺系统条件下，误差补偿技术是一种行之有效的方法。误差补偿的常用措施有:在线测量与在线补偿、采用校正装置及其他补偿方法等。

3结语

一、模具材料种类、特性简介

为便于对后面高效模具加工刀具介绍的理解，有必要对模具材料及加工方式作一个简单介绍。

（一）模具类型

模具主要分为以下几个类型：大型汽车外覆盖件冲压模具、普通塑胶注塑模具、PVC注塑模具、吹塑模具、五金冲压及板金模具、热挤压模具、热锻模具等等。

（二）模具材料

每种不同的模具以及同一模具的不同部位所采用的材料有相当大的差别，其加工特性也有很大的区别。模具材料的种类极为繁多，这里只介绍与本文相关的被加工材料。

大千世界,林林总总的机械制造产品对机械制造业提出了越来越高的要求,而如何寻求最佳的途径去制造所需产品是当前摆在机械制造业面前的重要任务。任何机械设备都是由相应的若干个零件组成,而制造机械零件需要经过一系列的加工工艺过程,如毛坯的制造、机械加工、热处理等。机械加工的目的是获得一定的表面几何形状,并具有一定的几何精度,有时还必须保证加工后的表面(或表面层)满足一定的力学、光学、组织、成分等物理方面的要求。

机械产品某一零件的制造方法绝不像“自古华山一条道”是唯一的,而是我们应该如何去选择及组合不同的加工方法,以达到降低成本、提高生产效率的效果。以简单的平面加工为例,它可以采取刨、铣、磨、车等方法。到底要采用哪种方法加工,需要根据现场机床设备情况、工件的质量要求及功效高低等来分析、比较决定。

一、车削加工

(一)车削加工时不宜形成挤裂或单元切屑。车削加工时,如果形成挤裂切屑,在加工表面上会留下挤裂痕迹,加工表面粗糙度值大,切削力波动也大。如果形成单元切屑,则表明在切屑剪切面上的应力超过了材料的强度极限。裂纹贯穿了整个切屑厚度,形成了一个个梯形单元切屑。切削力的波动更大,加工表面的粗糙度值也更大。如果形成崩碎切屑,表明切削层材料未经塑性变形就产生脆性崩裂,形成不规则的碎块状切屑,切削力波动很大,并且集中在切削刃上,容易损坏刀具。

在加工过程中可以通过观察切屑形态来判断切削条件是否合适。同时在加工塑性材料时,如果出现挤裂或单元切屑,则可用改变刀具几何角度、切削用量等方法,使切屑转化成带状切屑。

(二)精车时不允许存在积屑瘤。积屑瘤会使工件表面粗糙度值增大,这是精车工件时所不允许的。可以采取的措施:

随着科学技术的进步和工业生产的迅速发展，对结构材料性能的要求越来越高，引入了很多高强度、高硬度和耐高温的新材料。这些材料加工时切削力大，温升高，刀具磨损严重，加工表面质量差，加工精度也难以提高。最突出的问题是加工困难，有些材料几乎无法加工。加热切削是克服加工困难问题的特种加工技术中最有效的方法之一，它为难加工材料的切削加工开辟了一条新的途径，已用于航宇、兵器、机械、车辆、化工、微电子及医疗工业。当前，加热切削技术及其发展在制造技术领域很受关注。

1加热切削技术及现状

加热切削技术的出现及发展

加热切削加工方法巧妙地利用了高能热源的热效应，对被切削材料进行加热，使材料切削部位受热软化，硬度、强度下降，易产生塑性变形(图1)。由于加热温升后工件材料的剪切强度下降，使切削力和功率消耗降低，振动减轻，因而可以提高金属切除率，改善加工表面的粗糙度。又因刀具耐用度与工件温度存在一定的关系(通常，当工件温度在810℃左右时刀具的耐用度最大)，所以还可延长刀具寿命。

早在1890年就出现了对材料进行通电的加热切削，并获美国和德国专利。20世纪40年代，加热切削在美、德开始进入工业应用实践，证明高温能使“不可能”加工的金属提高加工性能，并取得经济效益。但这个时期加热切削尚处于发展的初步阶段，加工质量难以保证，基本上没有应用到生产实际中。60年代以后，利用刀具与工件构成回路通以低压大电流，实现了导电加热切削，使切削能顺利进行。70年代初，出现了一种有效的等离子弧加热切削，最初由英国研制成功。80年代以后，开发了激光加热切削，由于激光束能快速局部加热，较好地满足了加热切削的要求，因而提高了加热切削技术的实用价值。

一般热源

摘要：本文介绍了一种燃气涡轮轴承座电极的制造工艺，通过对其结构和关键尺寸的深入分析与研究，从电极的焊接控制、矩形槽的加工、内外圆的磨削、电极的检测及电极的存储控制五个方面详细阐述了燃气涡轮轴承座电极的加工方法，以期为后续类似电极的加工制造提供可靠的借鉴。

关键词：燃气涡轮轴承座；电极；焊接；检验

燃气涡轮轴承座是航空发动机关键零部件之一，整体材料为铸造高温合金，其内部结构异常复杂，其内型腔中的异型槽加工是其制作难点之一。该异型槽的槽子宽度在2.4mm，深度达30mm，尺寸公差需控制在0.05mm以内，在轴承座中呈三处均布，三个槽子位置度要求控制在Φ0.05以内。常用的冷加工技术手段很难保证其相关尺寸合格，目前业内普遍采用电火花技术进行加工。电火花加工技术的难点其一是电火花加工参数的控制，其二是电极加工质量的控制。如何制造出合格的电极是保证燃气涡轮轴承座加工质量的前提，本文介绍一种圆环形并带有三处矩形槽的电极加工技术研究。

1电极制造的难点分析

如图1所示，该航空发动机轴承座电极为45号钢与紫铜焊接件，其型面呈圆环形并带有三处矩形槽，电极有效工作部分壁厚最薄处仅2.1mm，而其高度达30mm，尺寸公差要求在±0.03mm以内，三处矩形槽的位置度要求控制在Φ0.05以内。在电极的生产制造过程中受焊接、加工应力等多种因素的影响极易产生形变，尺寸公差及位置度很难控制。特别是电极工作部分紫铜厚度薄、材料软，在制造、转工过程很容易造成电极变形、划伤、碰伤，且三段不完整的圆弧形轮廓测量困难等一系列问题是造成燃气涡轮轴承座电极制造难度的重点原因。

2电极的加工过程控制