第五講 機械制造過程自動化

1、專題五:制造過程自動化制造過程自動化1. 1.切屑形成及控制技術(shù)切屑形成及控制技術(shù)2.2.制造過程監(jiān)測與故障診斷制造過程監(jiān)測與故障診斷3.3.綠色制造技術(shù)綠色制造技術(shù)4.CAD/CAM4.CAD/CAM一體化技術(shù)一體化技術(shù)1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及

2、控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制1 1.切屑形成及控制切屑形成及控制2.2.過程監(jiān)測及控過程監(jiān)測及控制制2.2.過程監(jiān)測及控過程監(jiān)測及控制制2.2.過程監(jiān)測及控過程監(jiān)測及控制制2.2.過程監(jiān)測及控過程監(jiān)測及控制制2.2

3、.過程監(jiān)測及控過程監(jiān)測及控制制2.2.過程監(jiān)測及控過程監(jiān)測及控制制2.2.過程監(jiān)測及控過程監(jiān)測及控制制2.2.過程監(jiān)測及控過程監(jiān)測及控制制2.2.過程監(jiān)測及控過程監(jiān)測及控制制2.2.過程監(jiān)測及控過程監(jiān)測及控制制2.2.過程監(jiān)測及控過程監(jiān)測及控制制澆注切削液負面作用澆注切削液負面作用u成成 本本u環(huán)境污染環(huán)境污染u人體健康人體健康其他其他成本成本切削液切削液717%刀刀 具具24工件成本組成工件成本組成3 3、綠色制造技術(shù)、綠色制造技術(shù)節(jié)節(jié) 能能 減減 排排可持續(xù)發(fā)展可持續(xù)發(fā)展綠色制造綠色制造清潔生產(chǎn)清潔生產(chǎn)切削液消耗量切削液消耗量336萬萬m3/年年切削液處理費用切削液處理費用5億元億元/年年

4、基金資助：先進數(shù)控技術(shù)江蘇省高校重點建設(shè)實驗室開放基金（基金資助：先進數(shù)控技術(shù)江蘇省高校重點建設(shè)實驗室開放基金（KXJ05019） 切切削削液液少量少量大量大量微量微量無無傳統(tǒng)大量澆注切傳統(tǒng)大量澆注切削液的減量技術(shù)削液的減量技術(shù)微量冷卻潤滑微量冷卻潤滑（MQL）新技術(shù)）新技術(shù)金屬加工液油霧的形成金屬加工液油霧的形成及其控制技術(shù)及其控制技術(shù)3 3、綠色制造技術(shù)、綠色制造技術(shù)綠色切削液技術(shù)綠色切削液技術(shù)（間接減量（間接減量）工藝參數(shù)的優(yōu)化工藝參數(shù)的優(yōu)化（直接減量）（直接減量）噴嘴直徑噴嘴直徑噴射方向噴射方向可降解可降解低污染低污染長壽命長壽命高性能高性能噴嘴靶距噴嘴靶距3 3、綠色制造技術(shù)、綠色制

5、造技術(shù)表表1 FH21091 FH2109高級乳化油的理化性能高級乳化油的理化性能項項 目目指指 標(biāo)標(biāo)分析方法分析方法油外觀（油外觀（1535）半透明液體半透明液體目測目測2%稀稀釋釋度度外觀外觀透明液體透明液體目測目測PH值值7.07.5SH/T0365附錄附錄A安定性（安定性（1535，24h）,ml皂油皂油0.5SH/T0365附錄附錄A消泡性（蒸餾水），消泡性（蒸餾水），ml/10min2GB6114消泡性消泡性除銹性除銹性一級灰口鑄鐵一級灰口鑄鐵（352）單片（單片（48h）合格合格SH/T0365附錄附錄A疊片（疊片（8h）合格合格腐蝕試驗腐蝕試驗（902，全浸，全浸24小小時）時

6、）LY12一級一級SH/T0365附錄附錄A鑄鋁鑄鋁一級一級2.1.1 FH2109高級乳化油高級乳化油FH2109和和Msd(美國美國)切削切削LY12對比實驗對比實驗常州協(xié)普精密機械有限公司常州協(xié)普精密機械有限公司江蘇明星減震器有限公司江蘇明星減震器有限公司無錫九日機械有限公司無錫九日機械有限公司名稱名稱體積配比濃度體積配比濃度(油：油：水水)FH21091:4550Msd（美國）（美國）1:2530性價比高性價比高工藝參數(shù)的優(yōu)化工藝參數(shù)的優(yōu)化切削速度對表面粗糙度和切削力的影響 (1) 不同定位位置對切削加工的影響進給量對表面粗糙度和切削力的影響 較佳噴射位置主后刀面切削速度對表面粗糙度和

7、切削力的影響 (2) 不同靶距對切削加工的影響進給量對表面粗糙度和切削力的影響 工藝參數(shù)的優(yōu)化工藝參數(shù)的優(yōu)化較佳靶距10mm切削速度對表面粗糙度和切削力的影響 (3) 不同流量對切削加工的影響進給量對表面粗糙度和切削力的影響 工藝參數(shù)的優(yōu)化工藝參數(shù)的優(yōu)化較佳流量2L&1L/min （8L/min2L&1L/min） (MQL(MQL）新技術(shù)）新技術(shù)MQL（70ml/8h ）澆注（澆注（ 8.1L/min ）（f=0.03mm/r,ap=0.3mm,工件材料工件材料 YL12，主后刀面，靶距，主后刀面，靶距20mm, 濃度濃度5%,噴嘴直徑噴嘴直徑6mm）切削性能比較切削性能比較圖圖3.1 MQ

8、L切削加工中切削液供給系統(tǒng)原理圖切削加工中切削液供給系統(tǒng)原理圖空氣輸入開關(guān)空氣輸入開關(guān)泵泵過濾器過濾器空氣壓縮機空氣壓縮機流量計壓力表流量計壓力表雙層管接口雙層管接口噴霧噴霧工件工件刀具刀具霧化噴嘴霧化噴嘴進氣管進氣管進液管進液管切削液切削液電磁閥電磁閥 （MQLMQL）新技術(shù)）新技術(shù)靶靶 距距10mm20mm30mm中心流速（中心流速（m/s）59.9763.6663.01D32(m )41.728.235.6噴霧錐角噴霧錐角11.42（聚乙二醇，空氣聚乙二醇，空氣0.2MPa）圖圖11 PDA測試結(jié)果測試結(jié)果 圖圖12 微量潤滑系統(tǒng)的粒子分布微量潤滑系統(tǒng)的粒子分布MQLMQL最佳切削液量的

9、確定最佳切削液量的確定 切屑切屑刀具刀具簡化簡化切屑切屑刀具刀具圖圖25 刀刀-屑接觸區(qū)的毛細管模型屑接觸區(qū)的毛細管模型YZXO21QQQ21l0.012MQQ(273.15T)n1c con1Qd(RaRa )k l刀屑1)1) 可降解性可降解性切削液切削液合成酯合成酯植物油植物油聚乙二醇聚乙二醇粘粘 度度（40，m2/s）49.228.0540總酸值總酸值(mgKOH/g)0.304.160.30傾點（傾點（）-4540-65生物可降解性（）生物可降解性（）10010080不同生態(tài)切削液理化及切削性能不同生態(tài)切削液理化及切削性能(1)(1) 理化性能理化性能氧化安定性氧化安定性 70%60

10、%50%40%30%20%10% 1 2 3 碘碘價價下下降降率率1-合成酯合成酯 2-植物油植物油 3-聚乙二醇聚乙二醇粘粘度度變變化化率率16%14%12%10%8%6%4%2%1 2 3 3) 3) 存儲穩(wěn)定性存儲穩(wěn)定性 1-1-合成酯合成酯 2-2-植物油植物油 3-3-聚乙二醇聚乙二醇100%80%60%40%20%酸價上升率 1 2 3(2) (2) 生態(tài)切削液的切削性能生態(tài)切削液的切削性能對切削力的影響對切削力的影響 對表面粗糙度的影響對表面粗糙度的影響 較佳切削液植物油MQLMQL噴射位置對加工的影響噴射位置對加工的影響(1)(1)噴嘴位置對加工的影響噴嘴位置對加工的影響 （v

11、=358m/min,f=0.03mm/r，ap=0.3mm，工件材料45鋼，靶距20mm，油量70ml/8h）表面粗糙度表面粗糙度Ra (m) 變變形形系系數(shù)數(shù)179 268 358 448 537 切削速度切削速度v (m/min)副后刀面副后刀面前刀面前刀面主后刀面主后刀面較佳噴嘴位置較佳噴嘴位置主后刀面主后刀面 切削速度切削速度v (m/min)靶距對加工的影響靶距對加工的影響 （f=0.03mm/r，ap=0.3mm，工件材料，工件材料45鋼，主后刀面，油量鋼，主后刀面，油量70ml/8h）179 269 358 448 537 切削速度（切削速度（m/min）主切削力主切削力Fz(N

12、) 切削速度（切削速度（m/min）表面粗糙度表面粗糙度Ra (m) 179 268 358 448 537 切削速度切削速度v (m/min)10mm20mm30mm切削速度切削速度(m/min) 變變形形系系數(shù)數(shù)較佳靶距較佳靶距20mmMQLMQL加工中切削用量對刀具磨損的影響加工中切削用量對刀具磨損的影響 進給量進給量(mm/r) 切削速度切削速度(m/min) 切切削削溫溫度度()VB(mm)切削時間切削時間(s)MQLMQL在鉆削中的應(yīng)用在鉆削中的應(yīng)用普通鉆削振動鉆削圖圖25 不同鉆削方式下不同鉆削方式下MQL的作用效果的作用效果表面劃傷表面劃傷普普通通鉆鉆削削 (a) 干切削干切削

13、不同潤滑方式下的表面形貌不同潤滑方式下的表面形貌 (b) MQL振振動動鉆鉆削削 MQL抑制毛刺的形成抑制毛刺的形成(a) 干切削干切削 (b) 傳統(tǒng)澆注傳統(tǒng)澆注 (c) MQL 入口毛刺入口毛刺出口毛刺出口毛刺無涂層P20硬質(zhì)合金刀具（前角5，螺旋角-5，鈍圓半徑0.8mm）銑削塑膠模具鋼ASSAB 718 HH(35HRC),切削用量v=75m/min,f=0.01mm,ap=0.5mm 金屬切削液油霧形成及控制金屬切削液油霧形成及控制圖圖16 油霧生成機理示意圖油霧生成機理示意圖油霧傷害條件：液滴形式液滴形式直徑小于直徑小于5m5mp油霧（含粉塵）p油霧（不含粉塵）p煙霧（高溫）表表8

14、MQL和澆注式供液的油霧生成率及平衡濃度的比較和澆注式供液的油霧生成率及平衡濃度的比較切削液切削液加工方式加工方式供液方式供液方式油霧生成率（油霧生成率（mg/min）平衡濃度平衡濃度（mg/m3）1鉆削鉆削MQL9.361.65澆注式澆注式0.01020.00180銑削銑削MQL9.271.64澆注式澆注式0.0820.01452鉆削鉆削MQL9.601.67澆注式澆注式0.01340.00237銑削銑削MQL10.051.77澆注式澆注式0.08690.01535鉆削鉆削MQL13.362.36澆注式澆注式0.00520.000918銑削銑削MQL13.442.37澆注式澆注式0.0092

15、30.01636鉆削鉆削MQL121.321.43銑削銑削MQL74.3413.13JB/T 987919995.0mg/m3 OSHA(職業(yè)安全與衛(wèi)生管理局)5.0mg/m3（法定值）（法定值）0.5mg/m3(推薦值推薦值)機械：機械：排風(fēng)扇排風(fēng)扇油霧捕集器油霧捕集器機床防護罩機床防護罩 化學(xué)：化學(xué)： 切削液種類切削液種類 抗霧劑抗霧劑新型吸霧裝置新型吸霧裝置圖6.3 運動凝結(jié)法示意圖（教育部查新，編號（教育部查新，編號:200936000G061540） 1.一種新型高配比濃度（1：50）乳化油；2.基于現(xiàn)有機床裝備條件下的減少切削液用量的技術(shù)和方法，在10mm靶距和主后刀面噴射最為合適

16、；3.基于毛細管理論建立微量冷卻潤滑（MQL）的最佳用液量的理論模型；4.不同生態(tài)切削液的理化及切削性能的研究。在國內(nèi)外公開發(fā)表的文獻中未見報道在國內(nèi)外公開發(fā)表的文獻中未見報道1.研究報告研究報告1份份2.FH2109乳化液新產(chǎn)品乳化液新產(chǎn)品3.培養(yǎng)了博士、碩士、學(xué)士共培養(yǎng)了博士、碩士、學(xué)士共6名名4.發(fā)表論文發(fā)表論文20余篇（余篇（SCI、EI檢索檢索16篇）篇）5.江蘇省高等本?？苾?yōu)秀畢業(yè)設(shè)計獎江蘇省高等本?？苾?yōu)秀畢業(yè)設(shè)計獎3項項 6.發(fā)明專利發(fā)明專利3項項主要研究成果主要研究成果研究生研究生學(xué)位論文學(xué)位論文1. 張春燕張春燕. MQL切削機理及其應(yīng)用基礎(chǔ)研究切削機理及其應(yīng)用基礎(chǔ)研究.江蘇

17、大學(xué)博士論文，江蘇大學(xué)博士論文，2008.62. 張巍巍張巍巍. MQL車削流場數(shù)值模擬及實驗研究車削流場數(shù)值模擬及實驗研究. 江蘇大學(xué)碩士論文，江蘇大學(xué)碩士論文，2008.63. 鄭文杰鄭文杰.少切削液加工機理的研究及吸霧裝置少切削液加工機理的研究及吸霧裝置的設(shè)計的設(shè)計. 2008.6 發(fā)表學(xué)術(shù)論文發(fā)表學(xué)術(shù)論文1.馬利杰馬利杰,王貴成王貴成,張春燕張春燕,沈春根沈春根.最小量潤滑在振動鉆削中的應(yīng)用最小量潤滑在振動鉆削中的應(yīng)用. 機械工程機械工程學(xué)報學(xué)報, Vol.45(1),2009,pp223227(EI 20090811914913)2 . 張春燕張春燕,王貴成王貴成,馬利杰馬利杰,裴宏

18、杰裴宏杰.最小量潤滑精密車削中切削液的滲透性最小量潤滑精密車削中切削液的滲透性. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報農(nóng)業(yè)機械學(xué)報, Vol.40(5),2009,pp194198 (EI20092412122991)3. 裴宏杰裴宏杰,張春燕等張春燕等.Influential Factor and Control Technology of Burr in End Milling. Advanced Materials Resesrch. Vol.24-25(2007),pp2328(EI 20084611704855)4. 張春燕張春燕,王貴成王貴成,裴宏杰裴宏杰,沈春根沈春根. The Influence of

19、 Spray Characteristics on Surface Roughness in Minimum Quantity Lubrication Turning. Advanced Materials Resesrch. Vols.97-101(2010),pp1906-1909 (EI)5.張春燕張春燕,王貴成王貴成,馬利杰馬利杰,裴宏杰裴宏杰.MQL切削液的選擇切削液的選擇.江蘇大學(xué)學(xué)報江蘇大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版自然科學(xué)版), Vol.31(1),2010,pp1518 (EI源刊源刊)6.裴宏杰裴宏杰,張巍巍張巍巍,沈春根沈春根.Numerical Simulation of MQ

20、L Flow Field for Precision Turning. IEEE.( MACE 2010武漢會議武漢會議,已錄用已錄用,EI)7.裴宏杰裴宏杰,張金煜張金煜,張春燕等張春燕等.MQL加工中切削液的作用及性能加工中切削液的作用及性能. 工具技術(shù)工具技術(shù),Vol.41(6),2007, pp44478.裴宏杰裴宏杰,張春燕張春燕,張巍巍張巍巍,林立峰林立峰,王貴成王貴成.MQL加工的微量冷卻潤滑系統(tǒng)加工的微量冷卻潤滑系統(tǒng), 中國制造業(yè)信息化中國制造業(yè)信息化. Vol.36(19),2007,pp1361318發(fā)表學(xué)術(shù)論文發(fā)表學(xué)術(shù)論文9.張春燕張春燕,裴宏杰裴宏杰,張巍巍張巍巍,王貴成王貴成.MQL加工技術(shù)的研究與進展加工技術(shù)的研究與進展. 機械設(shè)計與制造機械設(shè)計與制造, (2),2008,pp136138 10. 張巍巍張巍巍,裴宏杰裴宏杰,張春燕張春燕,王貴成王貴成.金屬切削液油霧的形成及控制金屬切削液油霧的形成及控制. 機床與液壓機床與液壓, Vol.36(1),2007, pp2527 11. 鄭文