數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化的研究

林?海

龍巖技師學(xué)院?機(jī)械工程系

數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化的研究

林?海

龍巖技師學(xué)院?機(jī)械工程系

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，難加工材料在裝備產(chǎn)品零部件研制中的應(yīng)用越來(lái)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(diǎn)，使數(shù)控加工不僅切削效率低，而且刀具磨損快、壽命低。由于數(shù)控機(jī)床切削參數(shù)的選用主要依賴工藝人員的經(jīng)驗(yàn)，加工效率普遍較低，導(dǎo)致機(jī)床效率難以很好地發(fā)揮。基于此，本文將著重分析探討數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化措施，以期能為以后的實(shí)際工作起到一定的借鑒作用。

數(shù)控加工；切削參數(shù)；優(yōu)化

1、數(shù)控加工特點(diǎn)

現(xiàn)如今，隨著我國(guó)國(guó)民消費(fèi)水平逐步的提高，計(jì)算機(jī)技術(shù)也取得了穩(wěn)定的進(jìn)步，同樣的數(shù)字化技術(shù)也得到了發(fā)展，同時(shí)這種技術(shù)也被運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域之中。我國(guó)生產(chǎn)加工技術(shù)不斷被完善，這樣很好的解決了過(guò)去解決不了的難題，從而提高了生產(chǎn)產(chǎn)品的精確度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了制作自動(dòng)化，降低了生產(chǎn)成本并且加大了生產(chǎn)規(guī)模。數(shù)控加工技術(shù)是一個(gè)集多學(xué)科，并融合計(jì)算機(jī)制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為一體的現(xiàn)代化自動(dòng)加工技術(shù)。通過(guò)自動(dòng)化、數(shù)字化的技術(shù)加工零件，這種制作零件的方式被稱為數(shù)控加工技術(shù)。其中主要是利用計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)化與數(shù)字化技術(shù)，自動(dòng)化是數(shù)控加工技術(shù)最主要的特點(diǎn)，這種特點(diǎn)使得通過(guò)該技術(shù)加工出來(lái)的設(shè)備具有時(shí)間短、精度高的特點(diǎn)。這種技術(shù)還包含數(shù)控編程技術(shù)、數(shù)控機(jī)床加工，使兩者有機(jī)結(jié)合，能夠最大程度的提高零件的質(zhì)量，還加強(qiáng)了機(jī)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(guó)的經(jīng)濟(jì)。

2、數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化意義

先進(jìn)工業(yè)國(guó)家早在二十世紀(jì)70年代就開(kāi)始對(duì)數(shù)控切削參數(shù)的優(yōu)化進(jìn)行了研巧，并建成了切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。雖然切削參數(shù)的優(yōu)化研究需要涉及廣泛的基礎(chǔ)技術(shù)工作和大量的切削優(yōu)化試驗(yàn)，其工作內(nèi)容繁雜、工作量大，一般需要幾年甚至更長(zhǎng)時(shí)間，但各個(gè)國(guó)家都非常重視這個(gè)具有重要意義的基礎(chǔ)技術(shù)建設(shè)工作。利用虛擬加工過(guò)程仿真實(shí)現(xiàn)切削參數(shù)優(yōu)化是當(dāng)前研巧熱點(diǎn)之一。這種方法是基于優(yōu)化目標(biāo)、加工過(guò)程仿真基于數(shù)控程序調(diào)整為手段，對(duì)加工過(guò)程的優(yōu)化和控制方法。NC計(jì)劃驅(qū)動(dòng)的虛擬加工單元完成切削過(guò)程仿真、切削參數(shù)對(duì)切削過(guò)程的每個(gè)時(shí)刻，相應(yīng)的預(yù)測(cè)模型來(lái)預(yù)測(cè)切削力和切削功率的物理性能指標(biāo)。基于切削參數(shù)優(yōu)化算法尋找優(yōu)化提供虛擬加工單元信息的數(shù)控程序模塊的優(yōu)化，使得過(guò)程滿足要求。根據(jù)計(jì)算，修改原程序的切削參數(shù)優(yōu)化的優(yōu)化模塊。由于優(yōu)化是在實(shí)際加工前進(jìn)行的，不對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，相對(duì)于應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)的切削過(guò)程參數(shù)優(yōu)化，這種方法具有減少成本、簡(jiǎn)化加工程序編制和便于應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。

3、數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化措施

3.1 建立切削參數(shù)優(yōu)化模型

通過(guò)將物理模型的機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型來(lái)使模型得到優(yōu)化，然后再利用數(shù)學(xué)算法計(jì)算模型中的各項(xiàng)參數(shù)。其中，具體內(nèi)容主要以相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)為依據(jù)，并確立設(shè)計(jì)所需要的條件，建立相應(yīng)的函數(shù)。同時(shí)，通過(guò)相應(yīng)變量與控制條件的確定，來(lái)建立模型。在建立切削參數(shù)模型過(guò)程中，在確定固定的機(jī)床參數(shù)、工具后，余下的就是速度、深度、寬度以及進(jìn)給量這幾個(gè)變量能影響到切削效率。然后通過(guò)不斷實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)通過(guò)不同的刀具所切削的寬度和深度，并定位。這樣就只剩進(jìn)給量以及切削速度這兩個(gè)變量。在目標(biāo)函數(shù)確定前應(yīng)現(xiàn)確定變量，并以此為依據(jù)進(jìn)行模型的建立，并以其最大效率為目標(biāo)，建立與已知量和變量相應(yīng)的函數(shù)。在相應(yīng)函數(shù)得到確定之后，在確定其相對(duì)應(yīng)的約束條件。在此過(guò)程中，由于機(jī)床還受其他因素限制，所以，在加工進(jìn)行過(guò)程中，還應(yīng)滿足一下幾項(xiàng)條件：(1)主軸的轉(zhuǎn)速要得到機(jī)床切削的速度滿足；(2)每個(gè)齒輪的進(jìn)給量要得到滿足；(3)機(jī)床主軸的最大進(jìn)給力與切削進(jìn)給力之間，前者大于后者；(4)機(jī)床有效功率與機(jī)床切削功率之間，前者要大于后者；(5)加工的零件要達(dá)到相應(yīng)的要求，即表面粗糙度要達(dá)到應(yīng)有的水平。

3.2 約束條件

在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，受工藝編程人員的能力所限，同時(shí)受技術(shù)發(fā)展的約束，無(wú)法設(shè)想周全所有的制約因素，產(chǎn)生的效果是有限的可供選擇的切削參數(shù)的值。在進(jìn)行切削過(guò)程最優(yōu)化時(shí)，必須考慮這些條件對(duì)工藝參數(shù)選擇的限制。一般可從機(jī)床特性、刀具、夾具因素這三方面限制因素來(lái)考慮。例如機(jī)床切削速度和進(jìn)給速度的范圍、刀具的剛度強(qiáng)度所允許的最大切削力和夾具能夠?qū)崿F(xiàn)的最大加緊力所允許的最大切削力。在實(shí)際問(wèn)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(jì)。

3.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟

在進(jìn)行切削參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，首先是將實(shí)際生活中的機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題，建立物理模型后，采用相關(guān)公式轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)模型。根據(jù)相關(guān)要求，先確定設(shè)計(jì)目標(biāo)，再建立目標(biāo)函數(shù)，最后再確定約束條件，表達(dá)方式用函數(shù)的形式，在設(shè)計(jì)過(guò)程中選擇合理的切削參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量。其次是根據(jù)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)，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(guān)的計(jì)算程序，利用計(jì)算機(jī)超強(qiáng)的運(yùn)算能力以便求出最優(yōu)解。最后，由工藝編程人員對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析判斷，并靈活地運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中。

總而言之，隨著我國(guó)科技水平的提高和發(fā)展，數(shù)控加工技術(shù)也得到了飛速發(fā)展和提高，并且開(kāi)始向著自動(dòng)化和智能化發(fā)展，但是總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)的數(shù)控加工技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍然有不小差距，因此，要全面提高我國(guó)的數(shù)控加工技術(shù)就必須要改進(jìn)目前數(shù)控加工的基本工藝，提高數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化措施，也就要求我們?cè)谝院蟮膶?shí)際工作中必須對(duì)其實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步研究探討。

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