數控加工切削參數優(yōu)化的研究

林?海

龍巖技師學院?機械工程系

數控加工切削參數優(yōu)化的研究

林?海

龍巖技師學院?機械工程系

隨著科學技術的發(fā)展，難加工材料在裝備產品零部件研制中的應用越來越廣泛。這些材料的切削加工具有切削力大、切削溫度高、加工硬化傾向大和刀具磨損大等特點，使數控加工不僅切削效率低，而且刀具磨損快、壽命低。由于數控機床切削參數的選用主要依賴工藝人員的經驗，加工效率普遍較低，導致機床效率難以很好地發(fā)揮。基于此，本文將著重分析探討數控加工切削參數優(yōu)化措施，以期能為以后的實際工作起到一定的借鑒作用。

數控加工；切削參數；優(yōu)化

1、數控加工特點

現如今，隨著我國國民消費水平逐步的提高，計算機技術也取得了穩(wěn)定的進步，同樣的數字化技術也得到了發(fā)展，同時這種技術也被運用到各個領域之中。我國生產加工技術不斷被完善，這樣很好的解決了過去解決不了的難題，從而提高了生產產品的精確度，進而實現了制作自動化，降低了生產成本并且加大了生產規(guī)模。數控加工技術是一個集多學科，并融合計算機制造技術、計算機控制技術為一體的現代化自動加工技術。通過自動化、數字化的技術加工零件，這種制作零件的方式被稱為數控加工技術。其中主要是利用計算機控制自動化與數字化技術，自動化是數控加工技術最主要的特點，這種特點使得通過該技術加工出來的設備具有時間短、精度高的特點。這種技術還包含數控編程技術、數控機床加工，使兩者有機結合，能夠最大程度的提高零件的質量，還加強了機床的性能，從而，提高了加工行業(yè)的各方面效益，加快發(fā)展我國的經濟。

2、數控加工切削參數優(yōu)化意義

先進工業(yè)國家早在二十世紀70年代就開始對數控切削參數的優(yōu)化進行了研巧，并建成了切削參數數據庫。雖然切削參數的優(yōu)化研究需要涉及廣泛的基礎技術工作和大量的切削優(yōu)化試驗，其工作內容繁雜、工作量大，一般需要幾年甚至更長時間，但各個國家都非常重視這個具有重要意義的基礎技術建設工作。利用虛擬加工過程仿真實現切削參數優(yōu)化是當前研巧熱點之一。這種方法是基于優(yōu)化目標、加工過程仿真基于數控程序調整為手段，對加工過程的優(yōu)化和控制方法。NC計劃驅動的虛擬加工單元完成切削過程仿真、切削參數對切削過程的每個時刻，相應的預測模型來預測切削力和切削功率的物理性能指標?；谇邢鲄祪?yōu)化算法尋找優(yōu)化提供虛擬加工單元信息的數控程序模塊的優(yōu)化，使得過程滿足要求。根據計算，修改原程序的切削參數優(yōu)化的優(yōu)化模塊。由于優(yōu)化是在實際加工前進行的，不對加工過程進行監(jiān)控，相對于應用自適應控制技術的切削過程參數優(yōu)化，這種方法具有減少成本、簡化加工程序編制和便于應用的優(yōu)點。

3、數控加工切削參數優(yōu)化措施

3.1 建立切削參數優(yōu)化模型

通過將物理模型的機械設計問題轉化為數學模型來使模型得到優(yōu)化，然后再利用數學算法計算模型中的各項參數。其中，具體內容主要以相應的目標函數為依據，并確立設計所需要的條件，建立相應的函數。同時，通過相應變量與控制條件的確定，來建立模型。在建立切削參數模型過程中，在確定固定的機床參數、工具后，余下的就是速度、深度、寬度以及進給量這幾個變量能影響到切削效率。然后通過不斷實驗，確認通過不同的刀具所切削的寬度和深度，并定位。這樣就只剩進給量以及切削速度這兩個變量。在目標函數確定前應現確定變量，并以此為依據進行模型的建立，并以其最大效率為目標，建立與已知量和變量相應的函數。在相應函數得到確定之后，在確定其相對應的約束條件。在此過程中，由于機床還受其他因素限制，所以，在加工進行過程中，還應滿足一下幾項條件：(1)主軸的轉速要得到機床切削的速度滿足；(2)每個齒輪的進給量要得到滿足；(3)機床主軸的最大進給力與切削進給力之間，前者大于后者；(4)機床有效功率與機床切削功率之間，前者要大于后者；(5)加工的零件要達到相應的要求，即表面粗糙度要達到應有的水平。

3.2 約束條件

在實際的生產過程中，受工藝編程人員的能力所限，同時受技術發(fā)展的約束，無法設想周全所有的制約因素，產生的效果是有限的可供選擇的切削參數的值。在進行切削過程最優(yōu)化時，必須考慮這些條件對工藝參數選擇的限制。一般可從機床特性、刀具、夾具因素這三方面限制因素來考慮。例如機床切削速度和進給速度的范圍、刀具的剛度強度所允許的最大切削力和夾具能夠實現的最大加緊力所允許的最大切削力。在實際問題中，并非所有的約束條件都必須考慮，工藝編程人員可以因地制宜，在不同的具體條件下，某些制約可能必須考慮，一些不必要的因素可以忽略不計。

3.3 優(yōu)化設計步驟

在進行切削參數優(yōu)化設計時，首先是將實際生活中的機械設計問題，建立物理模型后，采用相關公式轉換成數學模型。根據相關要求，先確定設計目標，再建立目標函數，最后再確定約束條件，表達方式用函數的形式，在設計過程中選擇合理的切削參數作為設計變量。其次是根據數學模型的性質，從眾多算法中選擇出最合適的算法，再由工藝編程人員編制相關的計算程序，利用計算機超強的運算能力以便求出最優(yōu)解。最后，由工藝編程人員對計算結果進行分析判斷，并靈活地運用于實際生產活動中。

總而言之，隨著我國科技水平的提高和發(fā)展，數控加工技術也得到了飛速發(fā)展和提高，并且開始向著自動化和智能化發(fā)展，但是總體來說，我國的數控加工技術與發(fā)達國家相比，仍然有不小差距，因此，要全面提高我國的數控加工技術就必須要改進目前數控加工的基本工藝，提高數控加工切削參數優(yōu)化措施，也就要求我們在以后的實際工作中必須對其實現進一步研究探討。

[1]蔣昇.數控加工切削參數優(yōu)化匹配專家系統(tǒng)的研究[D].同濟大學，2006.

[2]趙緒平.數控加工切削參數優(yōu)化的研究[D].沈陽工業(yè)大學，2006.

[3]董世鋼.數控加工切削參數優(yōu)化的研究[D].長春理工大學，2009.

[4]盛敏.車削數控程序切削參數優(yōu)化的研究[D].哈爾濱工業(yè)大學，2007.