基于V E R I C U T軟件對(duì)程序切削參數(shù)的優(yōu)化

王曉升， 胡冠杰

（1中航工業(yè)鄭州飛機(jī)裝備有限責(zé)任公司，鄭州 450005；2中國(guó)人民解放軍駐124廠軍事代表室，鄭州 450005）

0 引言

切削參數(shù)包括切削速度、進(jìn)給量及切深，它們對(duì)加工質(zhì)量及效率有著較大的影響。這3項(xiàng)參數(shù)不僅影響刀具壽命，同時(shí)影響機(jī)床的功率消耗。例如：切削速度高，刀具磨損嚴(yán)重，零件加工表面質(zhì)量差；切削速度低，加工過(guò)程中易產(chǎn)生積屑瘤，走刀時(shí)間長(zhǎng)。

在數(shù)控程序編制過(guò)程中，編程人員無(wú)法確定刀具每一步的切削量，一般按照加工經(jīng)驗(yàn)給定進(jìn)給速度。實(shí)際操作人員不得不根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)加工狀況，臨時(shí)調(diào)整切削速度，保證切削過(guò)程平穩(wěn)，避免對(duì)機(jī)床及刀具造成較大損傷，同時(shí)提高加工質(zhì)量和縮短加工時(shí)間。

在數(shù)控編程過(guò)程中，為了準(zhǔn)確給定切削速度，提高加工質(zhì)量及加工效率,本文使用VERICUT軟件對(duì)切削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化的主要依據(jù)為刀具廠商提供的刀具參數(shù)參考標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際加工環(huán)境，包括設(shè)備、加工刀具、零件毛坯、數(shù)控程序等，確定最終程序所使用的進(jìn)給速度。

1 優(yōu)化原理

VERICUT軟件采用了兩種優(yōu)化方式：

1）恒定體積去除率切削方式優(yōu)化。當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)，切削體積較大時(shí)，刀具進(jìn)給速度降低，當(dāng)切削體積變小時(shí)，刀具進(jìn)給速度提高。此種優(yōu)化方式適用于切削余量變化較大的情況。

2）恒定切削厚度方式優(yōu)化。此種優(yōu)化方法通過(guò)調(diào)整進(jìn)給率來(lái)保持恒定的切削厚度，這種優(yōu)化方式可以很好地避免過(guò)載切削和零件的啃刀。

需要注意VERICUT軟件優(yōu)化切削參數(shù)并不改變走刀軌跡。但是會(huì)根據(jù)切削過(guò)程切削余量的大小，把一段完整的加工軌跡打散為多段并分別給出進(jìn)給速度。

軟件會(huì)根據(jù)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行比較，將較小的進(jìn)給速度作為最終的優(yōu)化速度。

2 建模仿真及優(yōu)化

2.1VERICUT切削參數(shù)優(yōu)化步驟

1）創(chuàng)建仿真環(huán)境；2）載入數(shù)控程序及毛坯模型；3）創(chuàng)建VERICUT優(yōu)化庫(kù)，設(shè)定優(yōu)化參數(shù)的指標(biāo)，通過(guò)程序自學(xué)習(xí)模式創(chuàng)建刀具優(yōu)化庫(kù)；4）使用優(yōu)化庫(kù)優(yōu)化程序；5）對(duì)比優(yōu)化前與優(yōu)化后的程序；6）分析優(yōu)化參數(shù)，最終得到滿意的優(yōu)化程序。

2.2 建立仿真環(huán)境

1）機(jī)床及加工模型的建立。本文使用軟件自帶的機(jī)床模型basic_3axes_vmill進(jìn)行仿真，機(jī)床結(jié)構(gòu)樹(shù)如圖1所示。

2）建立毛坯模型，長(zhǎng)方體毛坯幾何尺寸為（203.2,279.4,25.4）。

圖1

圖2

3）建立刀具庫(kù)文件，本例中程序使用的刀具為刀具庫(kù)中的 2號(hào)刀（φ32，R4，刃長(zhǎng) 54）,3號(hào)刀（φ20，R4，刃長(zhǎng)40）。

4）設(shè)定加工坐標(biāo)系G54，本例中的加工坐標(biāo)系為幾何體下表面中心。

5）程序?qū)Φ?，?duì)刀方式選擇從刀具到程序原點(diǎn)G54。

6）載入數(shù)控程序，數(shù)控程序中的走刀參數(shù)F由編程人員的經(jīng)驗(yàn)得出。圖2為銑削加工最終狀態(tài)。

2.3 創(chuàng)建優(yōu)化庫(kù)

VERICUT對(duì)程序優(yōu)化，模擬現(xiàn)實(shí)機(jī)械加工切削過(guò)程。根據(jù)數(shù)控刀具廠家推薦使用的切削參數(shù)與程序中編程人員給定參數(shù)進(jìn)行比較，當(dāng)切削大余量時(shí)，VERICUT軟件會(huì)降低程序切削進(jìn)給速度，當(dāng)切削余量變小時(shí)，提高切削進(jìn)給速度。

本文使用優(yōu)化選項(xiàng)中的控制選項(xiàng)卡，選擇優(yōu)化控制下的向數(shù)控程序?qū)W習(xí)的方式為刀具庫(kù)自動(dòng)創(chuàng)建優(yōu)化庫(kù)文件，如圖3。

圖3

根據(jù)機(jī)床參數(shù)，加工材料參數(shù)，刀具廠家提供的切削最佳參數(shù)，設(shè)定優(yōu)化參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)：“最小進(jìn)給率的改變=25”；“整理進(jìn)給率=6000”；“最小切削進(jìn)給率=250”；“最大切削進(jìn)給率=2286”；“空刀進(jìn)刀量=8000”。其中最小進(jìn)給率的改變指相鄰兩段切削距離間進(jìn)給率的最小變化值。整理進(jìn)給率是指編程中的光刀進(jìn)給率，在實(shí)際加工中，由于零件的變形和讓刀等因素影響，需要刀具最終在加工表面按程序再走一遍，理論上沒(méi)有體積去除量。

2.4 調(diào)用自動(dòng)創(chuàng)建的優(yōu)化庫(kù)，優(yōu)化程序

圖4為VERICUT采用“向數(shù)控程序?qū)W習(xí)”的優(yōu)化方式，創(chuàng)建的刀具優(yōu)化庫(kù)。重置VERICUT切削過(guò)程，調(diào)用創(chuàng)建的優(yōu)化庫(kù)對(duì)程序中的進(jìn)給速度優(yōu)化。

2.5 分析優(yōu)化結(jié)果

圖4

優(yōu)化后刀具T2、T3加工時(shí)間對(duì)比見(jiàn)圖5，整個(gè)加工過(guò)程原走刀時(shí)間為13 min 7 s，優(yōu)化后走刀時(shí)間為4 min 4 s。優(yōu)化后程序與優(yōu)化前程序?qū)Ρ热鐖D6。

圖5

圖6

3 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了VERICUT軟件對(duì)數(shù)控程序的進(jìn)給速度優(yōu)化，按照實(shí)際加工環(huán)境，優(yōu)化切削速度，保證程序在運(yùn)行過(guò)程中刀具承受合理切削載荷，減少刀具的磨損，提高刀具使用壽命，同時(shí)提高數(shù)控機(jī)床的使用效率和質(zhì)量。整個(gè)數(shù)控程序在優(yōu)化后，加工時(shí)間縮短了69%。提高了加工效率，在數(shù)控編程中有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

［1］ 楊勝群.VERICUT數(shù)控加工仿真技術(shù)［M］.2版.北京：清華大學(xué)出版社，2013.

［2］ 李郝林，方鍵.機(jī)床數(shù)控技術(shù)［M］北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.