數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化研究

梁明

【摘 要】本文結(jié)合數(shù)據(jù)加工切削的加工結(jié)果的不可預(yù)測性、生產(chǎn)成本的不可控制性、生產(chǎn)效率的不可控制性的問題，說明了數(shù)控加工參數(shù)優(yōu)化必要性的研究，提出了切削參數(shù)優(yōu)化，以及數(shù)控加工切削參數(shù)的優(yōu)化模型中的模型決策變量、模型決策變量、約束條件和優(yōu)化方法。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控加工；切削參數(shù)；優(yōu)化研究

【中圖分類號】TP391 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】2095-3089（2018）21-0077-01

一、前言

在數(shù)控加工中，在對復(fù)雜幾何形狀零件的加工過程中，僅僅依靠人的經(jīng)驗(yàn)很難確定合理的切削參數(shù)，不能充分發(fā)揮機(jī)床效率，因此合理選擇切削參數(shù)，不僅能夠提高加工生產(chǎn)的效率，更能夠提高加工質(zhì)量，節(jié)約成本。

二、數(shù)控加工參數(shù)優(yōu)化存在的問題以及必要性研究

傳統(tǒng)的加工參數(shù)選擇是指工廠生產(chǎn)中的一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并輔以必要的計(jì)算。但是，由于人們的客觀條件，所獲得的數(shù)據(jù)通常不是最優(yōu)的結(jié)果。長期以來，工藝參數(shù)主要依靠大量的工藝試驗(yàn)和長期工作累計(jì)收益。中國的加工制造業(yè)還沒有得到應(yīng)有的重視，研究開展的相對較少，一直是阻礙中國加工制造業(yè)效率的瓶頸。隨著電子計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是微電腦技術(shù)和靈活的加工技術(shù)，高速機(jī)床操作可以用來代替人工計(jì)算，因此可以用科學(xué)的方法找到最佳的切削參數(shù)。這種切削參數(shù)的計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化方法已逐漸進(jìn)入實(shí)用階段。

由于加工參數(shù)選擇不當(dāng)，對零件加工質(zhì)量和加工效率的影響更為嚴(yán)重，常見的實(shí)際生產(chǎn)問題主要包括以下幾個(gè)方面。

1.加工結(jié)果的不可預(yù)測性。

由于處理參數(shù)和處理結(jié)果之間沒有建立關(guān)系，因此不可能預(yù)測可以通過某些處理參數(shù)處理的結(jié)果。這導(dǎo)致難以確保零件加工質(zhì)量，并且經(jīng)常導(dǎo)致部件超出公差甚至報(bào)廢。加工質(zhì)量的預(yù)測研究基于表面粗糙度的預(yù)測。該方法主要包括基于知識專家系統(tǒng)的方法，基于神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)的方法，基于模糊集的方法，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，基于支持向量機(jī)的方法，基于遺傳規(guī)劃的方法，基于軟計(jì)算等。除加工質(zhì)量外，加工時(shí)間無法準(zhǔn)確預(yù)測，導(dǎo)致工作時(shí)間不準(zhǔn)確，難以進(jìn)一步提高數(shù)控加工的管理水平。

2.生產(chǎn)成本的不可控制性。

在傳統(tǒng)加工中，單件或小批量生產(chǎn)的切割參數(shù)的確定由技術(shù)人員通過參考加工手冊并結(jié)合現(xiàn)有加工經(jīng)驗(yàn)來完成。對于批量生產(chǎn)，還應(yīng)根據(jù)過程測試的結(jié)果對過程參數(shù)進(jìn)行修正。這不僅增加了工藝準(zhǔn)備的工作量，而且增加了生產(chǎn)成本，延長了生產(chǎn)周期，并且變得越來越不適應(yīng)當(dāng)今生產(chǎn)的需要。

3.生產(chǎn)效率的不可控制性。

在一些加工過程中（如自由曲面），切削條件通常會(huì)發(fā)生一些變化，但在當(dāng)前的數(shù)控加工中，保守切削參數(shù)是憑經(jīng)驗(yàn)選擇的，并且這些參數(shù)在加工過程中保持不變，從而大大減少了加工數(shù)量數(shù)控機(jī)床。生產(chǎn)率。通過建立優(yōu)化系統(tǒng)和優(yōu)化工藝參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本的目標(biāo)。

三、數(shù)控加工的切削參數(shù)及優(yōu)化

1.數(shù)控加工的切削參數(shù)。

數(shù)控加工的切削參數(shù)是指標(biāo)控制機(jī)床在加工零件時(shí)數(shù)控刀具切削運(yùn)動(dòng)的參數(shù)。它主要包括：切割寬度，切割速度，背刀量和進(jìn)給量。切削參數(shù)的選擇是數(shù)控加工的重要技術(shù)指標(biāo)。這對零件加工工藝的準(zhǔn)備非常重要，也是零件平滑加工的基礎(chǔ)。因此，科學(xué)合理地給出數(shù)控加工的切削參數(shù)不僅可以提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量，而且可以有效降低成本，使企業(yè)具有更強(qiáng)的市場競爭力。

2.數(shù)控加工切削參數(shù)的優(yōu)化模型。

（1）模型決策變量。

當(dāng)加工零件的參數(shù)，加工用刀具以及哪一種數(shù)控機(jī)床的加工參數(shù)都已確定時(shí)，影響生產(chǎn)效率的因素主要有切削深度，進(jìn)刀量，切削速度，和徑向切割深度。在實(shí)際加工中，切削的寬度和深度由加工零件的加工余量和加工的特定要求決定。因此對這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化參數(shù)主要是進(jìn)給量和切削速度，分別設(shè)為X1與X2。

（2）約束條件。

在實(shí)際的數(shù)控加工生產(chǎn)中，數(shù)控機(jī)床設(shè)備，加工質(zhì)量和加工條件等都對加工效率有所限制，因此可選擇的切削參數(shù)值有限。因此，在優(yōu)化加工參數(shù)時(shí)必須考慮這些因素。在數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)中，可以產(chǎn)生許多約束條件。從加工系統(tǒng)的角度來看，有以下幾個(gè)因素：機(jī)床特性的局限性，加工質(zhì)量的要求，工具的局限性以及夾具的局限性。

切削速度的約束，即

進(jìn)給量的約束，即

切削力的約束，即

切削功率的約束，即

被加工零件表面粗糙度的要求，即

（3）優(yōu)化的方法。

針對以上數(shù)學(xué)模型，可以把問題歸結(jié)為以下的優(yōu)化問題：在滿足以上約束條件的情況下，求解出目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，即目標(biāo)函數(shù)的最小值。

在每次迭代中，該算法繼續(xù)解決優(yōu)化參數(shù)x并解碼解的根。通過這個(gè)連續(xù)的搜索和解決方案領(lǐng)域，它繼續(xù)朝著良好的方向發(fā)展，并且搜索區(qū)域也在縮小直至需求有最好的結(jié)果。

四、結(jié)束語

針對數(shù)控加工的優(yōu)化方法和優(yōu)化模型進(jìn)行分析，希望對以后的工作能夠起到作用。

參考文獻(xiàn)

[1]徐凱.數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化研究[J].黑龍江科技信息，2016，（32）：155.