探討數(shù)控加工切削參數(shù)

陳凱

摘 要：數(shù)控加工，是指在數(shù)控機床上進(jìn)行零件加工的一種工藝方法，它是解決零件品種多變、批量小、形狀復(fù)雜、精度高等問題和實現(xiàn)高效化和自動化加工的有效途徑。工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提升，數(shù)控加工技術(shù)得到了普遍的應(yīng)用，在這一過程中，對數(shù)控加工切削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，對于提升數(shù)控加工質(zhì)量和效率來說，發(fā)揮了十分重要的作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；切削參數(shù)；優(yōu)化分析

中圖分類號：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）02-0069-01

制造業(yè)的快速發(fā)展，要求技術(shù)手段不斷提升，這使得數(shù)控加工技術(shù)得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用。數(shù)控加工技術(shù)需要對切削參數(shù)進(jìn)行把握，并能夠結(jié)合實際生產(chǎn)情況，對切削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以提升生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化，考慮到了幾何形狀零件的特征，對相關(guān)算法進(jìn)行優(yōu)化，保證切削參數(shù)應(yīng)用更加合理。

1 數(shù)控加工切削參數(shù)

數(shù)控加工技術(shù)對切削參數(shù)的選擇，主要考慮到了切削加工的實際情況，通過對切削參數(shù)進(jìn)行合理選擇，能夠保證切削加工具有較高的效率和質(zhì)量。制造業(yè)加工過程中，切削加工主要針對于復(fù)雜的幾何形狀零件，切削參數(shù)設(shè)計考慮到了切削加工的速度、寬度、背吃刀量、進(jìn)給量等相關(guān)指標(biāo)。數(shù)控加工技術(shù)效果的發(fā)揮，與切削參數(shù)有著密切的關(guān)聯(lián)性。切削加工參數(shù)關(guān)系到了企業(yè)的生產(chǎn)力和生產(chǎn)水平，決定了制造業(yè)在日益激烈的市場競爭中，能否把握競爭優(yōu)勢，使自身獲得更加長遠(yuǎn)的發(fā)展和進(jìn)步。

2 數(shù)控加工切削參數(shù)算法分析

數(shù)控加工切削參數(shù)的選擇，本文主要介紹了遺傳算法在切削參數(shù)選擇中的應(yīng)用。遺傳算法由John H.Holland提出，該算法具有通用性，并且在實際計算過程中，算法較為簡便，能夠針對于實際情況，對復(fù)雜的問題進(jìn)行有效求解。遺傳算法主要由生物學(xué)原理演變而來，結(jié)合了生物進(jìn)化論，對促進(jìn)事物發(fā)展的因素進(jìn)行把握[1]。遺傳算法在應(yīng)用于數(shù)控加工切削參數(shù)選擇時，具體步驟如下：

（1）編碼：利用遺傳算法過程中，需要對變量進(jìn)行編碼，并且將之設(shè)計為具有一定長度的字符。（2）初始群體生成：初始群體生成主要通過變量編碼產(chǎn)生，并且構(gòu)成一個群體，之后對初始字符串進(jìn)行迭代。（3）適應(yīng)值計算：利用適應(yīng)性函數(shù)，對初始群體的適應(yīng)值進(jìn)行計算，并對符合條件的個體進(jìn)行選擇[2]。（4）交叉：對選中的個體利用字符段進(jìn)行交換，生成兩個新個體。（5）變異：新個體產(chǎn)生變異，并且其字符串也會發(fā)生相應(yīng)的改變。（6）收斂判斷：根據(jù)變異結(jié)果對其是否收斂進(jìn)行判斷，并以收斂的字符串為最優(yōu)結(jié)果。若是不收斂，則從第（3）步進(jìn)行重復(fù)，直到收斂為止。

3 數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化

3.1 模型目標(biāo)函數(shù)

數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化，其目標(biāo)在于滿足生存效率最大化的發(fā)展目標(biāo)，在這一過程中，需要對切削加工參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型進(jìn)行利用。以最大生產(chǎn)效率為目標(biāo)，其目標(biāo)函數(shù)為：，。數(shù)學(xué)函數(shù)式中，tm表示為工序的切削時間，tc表示換刀時間，th為刀具磨損后的換刀時間，tot表示輔助時間，D為刀具直徑，L為切削長度，Z為刀具齒數(shù)。同時，模型目標(biāo)函數(shù)應(yīng)用時，需要對其約束條件進(jìn)行考慮[3]。

（1）切削速度約束條件：；

（2）進(jìn)給量約束條件：；

（3）零件粗糙度要求：。

約束條件的限制，是為了滿足遺傳算法對最優(yōu)解獲取的關(guān)鍵。遺傳算法應(yīng)用于切削參數(shù)當(dāng)中，會根據(jù)優(yōu)化參數(shù){x}對群體適應(yīng)值進(jìn)行分析，并在區(qū)域范圍[minxi，maxxi]中對滿足約束條件的個體進(jìn)行編碼，在這一范圍內(nèi)對最優(yōu)個體進(jìn)行選擇，以滿足優(yōu)化需要。

3.2 參數(shù)優(yōu)化分析

假設(shè)機床T-35的額定功率P=30kW，主軸轉(zhuǎn)速為n=20-4000r/min，進(jìn)給速度為=15200mm/min；切削材料為7045-T7451（鋁合金）；刀具型號為JABRO SP SMG X24 JH420；加工要求為粗糙度為6.4，外形Ra=3.2，長度為1000mm[4]。在實際加工過程中，需要對刀具耐用系數(shù)、切削力系數(shù)予以把握，具體內(nèi)容我們可以從表1和表2中看出。

在對切削參數(shù)優(yōu)化過程中，結(jié)合刀具耐用系數(shù)和切削力系數(shù)，利用遺傳算法，群體的大小為100，交叉概率為0.8，變異概率為0.1，優(yōu)化后的結(jié)果如表3所示。

結(jié)合表3來看，通過切削參數(shù)優(yōu)化，主軸速度由原來的2400r/min優(yōu)化到了3000r/min，進(jìn)給量優(yōu)化值為1100mm/min，Ra為5.7μm，功率提升到了23.1kW，切削時間降低了0.8s。通過對切削參數(shù)優(yōu)化，提高了切削速度，使零件加工效率得到了有效提升，例如當(dāng)生產(chǎn)20萬件零件時，減少切削時間6222小時。

4 結(jié)語

基于遺傳算法的數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化，注重對原有的數(shù)控切削加工方法進(jìn)行優(yōu)化，從而保證切削加工生產(chǎn)效率得到提升，使企業(yè)能夠降低生產(chǎn)時間，使其在市場競爭中保持較大的競爭優(yōu)勢。切削參數(shù)優(yōu)化，要注重在主軸速度、進(jìn)給量、功率、Ra、時間等方面進(jìn)行考慮，保證參數(shù)優(yōu)化與實際生產(chǎn)進(jìn)行緊密結(jié)合。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李堯，劉強，張偉.面向制造服務(wù)的數(shù)控切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2014，09：2221-2230.

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