基于數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化研究

孫釗 周東

摘 要：結合數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化問題，本文提出了數(shù)控加工切削參數(shù)的優(yōu)化模型，并對優(yōu)化算法的選擇方法進行了探討，提出了優(yōu)化結果的分析判斷方法，從而為關注這一話題的人們提供參考。

關鍵詞：數(shù)控加工；切削工藝；參數(shù)優(yōu)化

在數(shù)控加工的過程中，切削速度、深度、寬度和進給量等都屬于切削參數(shù)，將對切削工藝質量產生重要影響，從而給零件加工質量、效率和成本帶來影響。通過對數(shù)控加工切削參數(shù)進行優(yōu)化，則能得到更好的工藝路線和裝備，繼而使零件加工質量得到提高。

1 數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化問題

在零件數(shù)控加工方面，通常采用車削、銑削、鉆削等切削加工工藝，設計到的切削參數(shù)有較多，如切削功率、切削速度、切削深度、切削寬度和進給量等。在眾多參數(shù)中，切削速度、進給量和切削深度為三要素，需要以刀具合理耐用度為限制條件進行要素提高。根據(jù)背吃刀量的最大值，可以確定切削用量。結合數(shù)控加工機床動力和剛性條件，同時考慮零件加工表面粗糙度要求，可以確定進給量大小。但在實際加工中，各工序加工參數(shù)有擁有較寬選擇空間，采用查表法將導致加工效率過低，也難以確保零件加工質量符合要求。因此，還要采取科學的切削參數(shù)優(yōu)化方法，以便結合相關規(guī)則直接從實際工藝數(shù)據(jù)庫中完成切削參數(shù)最優(yōu)組合提取，促使數(shù)控加工質量和效率同時得到提高。

2 數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化方法

2.1 建立優(yōu)化模型

結合機械設計問題，還要通過將物理模型簡化為數(shù)學模型完成優(yōu)化模型的構建。針對模型參數(shù)，還要利用數(shù)學計算方法完成參數(shù)簡單有效計算，以便得到最優(yōu)的模型參數(shù)數(shù)值。在實際操作過程中，結合設計要求確定對應目標函數(shù)，可以結合零件設計的具體約束要求完成函數(shù)關系的構建，從而使變量與控制等條件得到準確反映，得到相應的參數(shù)對照優(yōu)化模型。具體來講，就是要先確定機床參數(shù)、刀具參數(shù)和加工條件等基礎條件，然后對影響切削加工效率的因素展開分析，如切削寬度、切削速度等。結合刀具選用的差異性，通過多次試切，則能對刀具切削寬度和深度等變量進行確定。[1]將兩個變量假定為已知量，可以對切削速度、進給量等變量數(shù)值進行計算。在具體變量確定后，需要結合目標函數(shù)完成具體參數(shù)優(yōu)化模型的構建。以最大生產率為目標，可以得到已知量與變量的關系。完成模型建立后，需要結合約束條件進行求解。在數(shù)控加工過程中，切削工藝將受到進給力、切削扭矩、主軸轉速、工件質量和機床功率等因素的限制。確保切削速度滿足主軸轉速約束條件，進給量滿足齒進給量約束條件，進給力不大于主軸能夠承受的最大進給力，切削功率不超出機床承受有效功率，并且滿足零件加工表面粗糙度要求，則能進行模型求解。

2.2 選擇優(yōu)化算法

在模型求解過程中，還要選擇合適的優(yōu)化算法。通過對計算程序進行編程，并將程序輸入到控制計算機存儲器中，則能按照確定的算法完成最優(yōu)參數(shù)值的求取。就目前來看，相較于其他算法，遺傳算法可以通過隨機方法得到初始種群，按照規(guī)定個體數(shù)目標準對個體染色體進行編碼。通過對個體適應度進行計算，并按照得到的數(shù)值的高低完成排列，則能得到對應的再生個體。如果個體適應度較高，則有較高的概率被選擇。在新個體生成上，需要采用交叉概率方法。得到的新個體將構成新的種群，通過迭代，可以彎沉參數(shù)優(yōu)化。而對參數(shù)對應變量的適應值區(qū)域進行計算，可以進行參數(shù)解碼和再次編碼，然后通過重復操作確定最大生產率范圍，得到多個最優(yōu)參數(shù)組合。[2]在區(qū)域搜索的過程中，還要對適應值達到0以上的個體進行重新解碼和編碼，0以下的則保持字符串編碼，以確保個體能夠在變異操作后重新復活，得到適應值的提升。多次迭代后，適應度低的個體將被淘汰，最高數(shù)值也將被篩選出來。

2.3 判斷優(yōu)化結果

得到模型優(yōu)化結果后，需要對結果進行分析和判斷，確定參數(shù)最優(yōu)組合。在分析和判斷過程中，還要結合以往加工經驗，對切削參數(shù)和優(yōu)化結果進行比較，確定優(yōu)化結果能否符合數(shù)控加工要求和切削工藝的各項約束條件。在此基礎上，要考慮優(yōu)化結果能否起到提升數(shù)控機床工作效率的作用，同時能否保證單個零件的加工質量。通過仿真分析，可以確定數(shù)控加工的切削路徑是否得到了優(yōu)化。結合相關經驗可知，在半精加工的切削工藝中，單道工序切削時間能夠達到3.6s，可以達到較高的加工效率。因此結合相關數(shù)據(jù)，可以得知優(yōu)化結果能否推動數(shù)控加工水平的提升，繼而實現(xiàn)對優(yōu)化結果的科學判斷。

3 結論

通過研究可以發(fā)現(xiàn)，在數(shù)控加工過程中，結合工藝參數(shù)條件建立切削參數(shù)優(yōu)化模型，然后選擇適合的優(yōu)化算法，則能實現(xiàn)參數(shù)的優(yōu)化。而針對得到的參數(shù)組合，則能通過合理判斷完成最優(yōu)組合的篩選，進而實現(xiàn)對數(shù)控加工工藝的合理調整，實現(xiàn)零件的高質量、高效率加工。

參考文獻：

[1]朱海兵.基于正交試驗的車削參數(shù)優(yōu)化研究[J].機電信息，2016，（27）：127130.

[2]羅育果，王鵬程，高濤.低速銑削中表面粗糙度影響因素及切削參數(shù)優(yōu)化研究[J].制造技術與機床，2017，（7）：3536.

基金項目：陜西高等教育教學改革研究項目：校企共建互聯(lián)網+生產性實訓基地的研究與實踐（項目編號：17GY050）

作者簡介：孫釗（1982），男，陜西人，本科，講師，研究方向：機械制造數(shù)控加工；周東（1982），男，陜西人，研究方向：機械制造數(shù)控加工。