數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化分析

趙建軍

(泰州機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 泰州 225300)

1 切削參數(shù)的影響因素

零件切削參數(shù)的影響因素很多，如自然環(huán)境因素、熱力變化、數(shù)控程序等。外界環(huán)境可能對(duì)切削參數(shù)產(chǎn)生影響，如數(shù)控加工生產(chǎn)過程中所用的刀具等，如果刀具質(zhì)量出現(xiàn)問題，自然會(huì)對(duì)切削精準(zhǔn)度產(chǎn)生影響。熱力也是影響切削參數(shù)的重要因素之一，如果在切削加工過程中熱力作用比較強(qiáng)，可能導(dǎo)致加工零部件出現(xiàn)變形等問題。數(shù)控程序零件加工可控制變量有限，有時(shí)可能導(dǎo)致其參數(shù)范圍與實(shí)際需要不符。應(yīng)不斷優(yōu)化數(shù)控加工參數(shù)，提升零件質(zhì)量，滿足生產(chǎn)與生活需要[1]。

2 數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化方法

2.1 約束條件

應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況先對(duì)切削參數(shù)產(chǎn)生約束的條件進(jìn)行分析，為下一步實(shí)際優(yōu)化工作提供有力參考。一般數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化約束條件包括對(duì)零部件剛度、強(qiáng)度、刀具、機(jī)床、加工質(zhì)量、工件等因素的考量，以科學(xué)制定最為合理有效的優(yōu)化方案，全面確保數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化質(zhì)量[2]。

2.2 算法優(yōu)化

數(shù)控加工主要通過多種算法實(shí)現(xiàn)加工，其在加工走刀過程中經(jīng)常會(huì)遇到一定的加工差異問題，應(yīng)通過多種算法的比對(duì)，從中選擇一種影響最小的算法，以確保零部件的加工品質(zhì)。一般企業(yè)應(yīng)用的數(shù)控機(jī)床都具備相應(yīng)算法模型求解過程，但在精準(zhǔn)度上依然需要相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在利用算法優(yōu)化方式進(jìn)行切削參數(shù)優(yōu)化時(shí)，需要確定零件模型的決策變量、機(jī)床、刀具，再選擇相應(yīng)的切削速度和切削深度，施加一定速度(進(jìn)給)。來達(dá)到提升加工效率的目的。但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，切削寬度、深度與切削余量關(guān)系密切，所以在算法優(yōu)化中需要考慮實(shí)際因素，以確保算法優(yōu)化質(zhì)量。

2.3 模型優(yōu)化

模型優(yōu)化是數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化最為常用方式之一。應(yīng)針對(duì)原數(shù)控程序參數(shù)模型進(jìn)行改進(jìn)，通過科學(xué)合理計(jì)算，提升切削參數(shù)模型品質(zhì)，以滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。可以利用零件設(shè)計(jì)來約束模型中函數(shù)關(guān)系，構(gòu)建并完善新的函數(shù)關(guān)系，讓模型中使用的變量可以得到相應(yīng)反映。在模型優(yōu)化過程中，要確定機(jī)床參數(shù)、加工基礎(chǔ)條件、刀具參數(shù)等，結(jié)合刀具與機(jī)床具體情況進(jìn)行多次切削，逐漸優(yōu)化模型[3]。

2.4 分析優(yōu)化結(jié)果

無論是采用何種方式對(duì)切削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，都需要對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析與判斷，將所有的優(yōu)化結(jié)果與加工經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，完成切削參數(shù)優(yōu)化。在優(yōu)化結(jié)果分析中，需要考量的因素眾多，除了切削參數(shù)本身優(yōu)化效果外，還需要考量?jī)?yōu)化后生產(chǎn)效率等問題，以綜合提升切削參數(shù)優(yōu)化質(zhì)量，促進(jìn)企業(yè)數(shù)控加工發(fā)展與進(jìn)步。

3 數(shù)控加工優(yōu)化方法具體應(yīng)用——某鈦合金插銑加工切削參數(shù)優(yōu)化

3.1 試驗(yàn)條件控制

試驗(yàn)選擇材料主要為某航空發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金簡(jiǎn)稱TC4(Ti6A14V)，其化學(xué)成分如表1。采用油冷卻方式，選擇2齒數(shù)可轉(zhuǎn)位插銑刀，12 mm直徑刀具。試驗(yàn)所用設(shè)備為VDL—1000E(立式)，使用三向壓9257B型測(cè)力儀對(duì)切削力具體情況進(jìn)行測(cè)量。9257B測(cè)力儀輸出的相關(guān)切削力測(cè)量信號(hào)通過Kistler5070A型(放大器)做相應(yīng)放大處理，之后，DHDAS—5920對(duì)放大處理后的信息進(jìn)行采集，并將數(shù)據(jù)顯示出來。

表1 Ti6A14V成分表 (單位：%)Tab.1 Ti6A14V ingredient list (unit:%)

3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

切削率是切削參數(shù)選擇的重要影響因素，對(duì)于大懸深類似插銑等加工方式來說，在切削力作用下容易導(dǎo)致刀具出現(xiàn)變形等情況，一旦刀具變形量大于許用撓度時(shí)，數(shù)控加工穩(wěn)定性會(huì)受到影響，很大程度加速刀具磨損，因此較小切削力控制是切削參數(shù)優(yōu)化目標(biāo)之一。試驗(yàn)設(shè)計(jì)變量包括每齒進(jìn)給量、切削寬度、切削速度。其中，切削力為F，材料去除率為Q，利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)(三因素四水平)，選取每齒進(jìn)給量fz、切削寬度ae、速度(切削)V作為試驗(yàn)因子，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與試驗(yàn)因素水平如表2與表3。

表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)表Tab.2 Test data table

表3 試驗(yàn)因素水平表Tab.3 Experimental factor level

3.3 評(píng)價(jià)優(yōu)化(模糊綜合)

實(shí)驗(yàn)中所有參與試驗(yàn)因素集合設(shè)定為X={x1，x2，x3} ，其中切削速度用x1表示，每齒進(jìn)給量用x2表示，切削寬度用x3表示。每個(gè)因素對(duì)應(yīng)著相應(yīng)四個(gè)試驗(yàn)中參與水平，其集合為L(zhǎng)，則有L={L1，L2，L3，L4} 。假設(shè)需要研究指標(biāo)集合為Y={y1，y2}，其中切削力集合用y1表示，材料去除率集合用y2表示。評(píng)判評(píng)語(yǔ)集合(模糊集)用B表示，則B={b1，b2}。將模糊集進(jìn)行一系列處理，最終得到B1、B2、B3分別為x1，x2，x3的評(píng)價(jià)矩陣，最終求得最優(yōu)切削速度90 m/min，每齒進(jìn)給量0.05 mm/z，切削寬度2.5 mm。