基于虛擬加工的數(shù)控車削優(yōu)化探析

周麗勤

【摘 要】隨著車削技術(shù)的不斷進步，人們對于數(shù)控車削優(yōu)化的關(guān)注度也逐漸增強。為了做好車削加工過程優(yōu)化，提升加工效率，就需要了解數(shù)控車削加工工藝，文章基于虛擬加工的數(shù)控車削優(yōu)化的實證分析，希望可以對虛擬加工技術(shù)和數(shù)控車削優(yōu)化有一個全面的認識與了解，從而為后續(xù)的研究奠定基礎。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控車削；虛擬加工；優(yōu)化

【中圖分類號】TG519.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）12-0058-03

數(shù)控技術(shù)的基礎在于設備的可編程自動化控制，設備可以按照設定的程序自動化地運行，這樣就可以實現(xiàn)時間與空間上操作者與設備的相互分離，同時也可以滿足機床與加工系統(tǒng)的智能化要求。

1 數(shù)控車削加工工藝

在進行數(shù)控車削加工之前，需要做好前期的工藝準備，如果制定的加工工藝不夠科學，就會引發(fā)程序編制問題，影響加工精度。數(shù)控機床編制主要包含工作原理、性能特點及結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，想要滿足加工程序的實用性與合理性要求，就應該透徹地分析這一部分內(nèi)容。只有掌握好編程的格式與語言，才能熟練地掌握加工工藝，確定切削用量，最終做好刀具及工件裝夾方法的選擇。

1.1 尺寸標注法

零件圖尺寸標注法可以滿足數(shù)控車床加工的要求，這一種方法有利于編程，同時也可以滿足工藝、設計、編程原點及測量基準的統(tǒng)一。如果零件圖上缺少設計基準，在不影響零件精度的前提下，應該做好工藝基準的統(tǒng)一，對轉(zhuǎn)化的尺寸進行計算，這樣就可以簡化編程計算[1]。

1.2 精度和技術(shù)要求分析

在零件加工中，精度與技術(shù)要求分析非常關(guān)鍵。合理分析零件的尺寸精度及表面粗糙度，是滿足加工方法、裝夾方式、切削用量的基礎與前提。精度和技術(shù)要求分析主要包含分析數(shù)控車削加工精度是否能夠滿足圖紙的要求與標準，如果不滿足，需要積極采取措施加以彌補，盡量為后續(xù)的工序留下余量；分析加工零件的精度及技術(shù)要求的合理性和完整性；針對圖紙上有位置精度的則對其表面有一定的要求，確?？梢栽谝淮窝b夾之下完成；針對表面粗糙度要求較高的，可以選擇恒線速度切削。

1.3 零件圖分析

分析零件圖是數(shù)控車削工藝制定的首要任務，主要是分析尺寸的標準方法、精度、技術(shù)及輪廓的集合要素。此外，也可以分析加工要求和零件結(jié)構(gòu)的合理性，最終選擇工藝基準[2]。

2 基于虛擬加工的數(shù)控車削過程優(yōu)化實驗

基于虛擬加工進行數(shù)控車削過程優(yōu)化實驗，分析其優(yōu)化效果，這一實驗主要是通過檢測并且對比分析優(yōu)化前后的切削力的實際變化，這樣就可以做好切削功率、切削時間及材料去除率的對比，驗證基于加工效率為優(yōu)化目標的優(yōu)化效果，且實驗數(shù)據(jù)主要是利用八角環(huán)應變式的測力儀采集，因為難以在數(shù)控車床上進行安裝，所以在CA6140車床上進行實驗，利用人工的方式來調(diào)整不同加工條件下的切削參數(shù)應用方法，確保與數(shù)控加工效果類似，經(jīng)過優(yōu)化之后，主軸的轉(zhuǎn)速使用變速器按照車床轉(zhuǎn)速的檔位來確定調(diào)節(jié)的精確性[3]。粗加工優(yōu)化條件如下：刀具材料選用YT15，前角為14°，主偏角為75°，材料為45鋼，刀尖圓弧半徑為0.8 mm。如圖1所示，實驗工件需要做好前后的對比優(yōu)化。

在分析毛坯圖后發(fā)現(xiàn)，其切削深度變化較大，在數(shù)控編程中為了滿足切削參數(shù)的要求，滿足加工過程的穩(wěn)定性及安全性要求，一般會按照最大的切削深度來做好切削參數(shù)值的設定。因此，為了滿足最大切削深度，沒有進行任何優(yōu)化的主軸轉(zhuǎn)速為350 r/min，進給的速度為0.15 mm/r。

在實驗中，最高加工效率為數(shù)控程序優(yōu)化的目標，約束條件見表1。

按照毛坯模型，在既定切削條件下進行虛擬的車削加工，對切削的直徑與深度進行計算。按照直徑與深度的實際變化情況，將表面加工程度分為3段，然后通過遺傳算法，利用最高加工效率來計算進給速度及主軸轉(zhuǎn)速，其優(yōu)化結(jié)果見表2。

按照優(yōu)化前與優(yōu)化后的切削參數(shù)，就可以開展切削實驗，然后對切削力進行檢測，具體如圖2所示。在優(yōu)化之前，整個加工過程的主軸轉(zhuǎn)速及進給的速度都是設置的定值，隨著切削深度的增大，各個段落的切削力也在逐漸增大，但是各個加工段的時間是相同的。通過優(yōu)化之后，每一個段落的切削力都在減小，并且明顯縮短了加工所需要的時間，有利于加工效率的全面提升。

通過圖2中的數(shù)據(jù)來看，加工的時間從原來的170 s縮短到80 s，效率提升超過50%，并且對于機床的切削能力也可以進行合理的利用，這樣也可以大幅度地提升材料的去除率，滿足加工效率的實際要求。

3 結(jié)語

總而言之，隨著時代的不斷發(fā)展，在制造業(yè)領(lǐng)域之中對于數(shù)控機床使用的頻率在逐漸增多。通過本文基于虛擬加工的數(shù)控車削優(yōu)化的實證分析，希望可以對虛擬加工技術(shù)和數(shù)控車削優(yōu)化有一個全面的認識與了解，從而為后續(xù)的研究奠定基礎。

參 考 文 獻

[1]向云紅.數(shù)控車削加工工藝優(yōu)化探析[J].湖南農(nóng)機，2014（12）：19-20.

[2]劉志國.數(shù)控車削加工工藝的設計與優(yōu)化[J].科技風，2013（14）：25-26.

[3]謝書童，郭隱彪.數(shù)控車削中成本最低的切削參數(shù)優(yōu)化方法[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2011（10）：2144-2149.

[責任編輯：鐘聲賢]