關(guān)于數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化的幾點(diǎn)思考

成偉偉 張偉偉 馬康康 李江鑫 許慧東

【摘? 要】針對(duì)當(dāng)前數(shù)控加工中往往具有較為復(fù)雜的切削加工工藝過(guò)程，在論述了切削參數(shù)優(yōu)化必要性的基礎(chǔ)上，提出了借助于遺傳迭代算法的方式，提出了數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化方案，希望對(duì)于今后全面保障數(shù)控加工質(zhì)量有所幫助。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控車床;數(shù)控加工;切削工藝;參數(shù)優(yōu)化;遺傳算法

引言

在我國(guó)工業(yè)化大生產(chǎn)的背景下，數(shù)控加工技術(shù)則是推動(dòng)我國(guó)工業(yè)化生產(chǎn)水平的重要方面，也是我國(guó)全力推動(dòng)智能制造技術(shù)發(fā)展的重要組成部分。只有全方位重視數(shù)控加工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，方可以全面推動(dòng)行業(yè)的健康發(fā)展，借助于信息技術(shù)背景下的CAD/CAM技術(shù)優(yōu)勢(shì)，全面實(shí)現(xiàn)優(yōu)化切削參數(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)效率的全面提升。在具體的應(yīng)用數(shù)控加工環(huán)節(jié)，特別是復(fù)雜曲面加工的實(shí)踐中，往往存在著動(dòng)態(tài)化的切削條件的情況。在傳統(tǒng)的切削參數(shù)方法背景下，則會(huì)造成機(jī)床生產(chǎn)效率受到影響，直接造成刀具的使用壽命大打折扣，所以，應(yīng)全面結(jié)合加工實(shí)際需求來(lái)進(jìn)行切削參數(shù)的優(yōu)化。

1.切削參數(shù)優(yōu)化必要性

隨著我國(guó)智能工業(yè)化建設(shè)步伐的快速加大，各大企業(yè)都非常重視先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，借助于信息化時(shí)代背景下的CAD/LAPP/CAM等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，能全面保障生產(chǎn)效率的提升，有效實(shí)現(xiàn)加工精度的提升，從而保障企業(yè)具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。在實(shí)際運(yùn)行中，大規(guī)模的CAD/CAM集成系統(tǒng)則需要投入較高的成本，相應(yīng)的高素質(zhì)技能人才也往往難以被中小企業(yè)所引進(jìn)。在這樣的背景下，則應(yīng)重點(diǎn)合理化開(kāi)展相應(yīng)的數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化，從而不斷保障加工系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)得到全面提升，并能結(jié)合實(shí)際來(lái)豐富相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。這樣能結(jié)合產(chǎn)品加工需求來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程系統(tǒng)的切削參數(shù)體系，便于實(shí)現(xiàn)預(yù)期的加工優(yōu)化要求，有效控制相應(yīng)的成本，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量得到全面提升，有致力于全面提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。借助于優(yōu)化切削參數(shù)，構(gòu)建刀具管理數(shù)據(jù)庫(kù)，保障滿足規(guī)范化的切削參數(shù)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)。

2.數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化的措施

2.1 建立優(yōu)化模型

在進(jìn)行模型的優(yōu)化過(guò)程中，則應(yīng)保障先進(jìn)算法來(lái)更好地實(shí)現(xiàn)采納數(shù)優(yōu)化，這就應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需求來(lái)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，并能合理化相應(yīng)的設(shè)計(jì)條件要求，提出相應(yīng)的變量范圍以及控制要求，從而構(gòu)建好相應(yīng)的模型。在具體的構(gòu)建模型環(huán)節(jié)，則應(yīng)明確相應(yīng)的機(jī)床參數(shù)、實(shí)際工具，并明確影響到切削效率中的寬度、深度以及速度等方面的情況。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)試情況，來(lái)保障進(jìn)行相應(yīng)的定位切削的深度、寬度等參數(shù)。這樣就可以涉及到切削速度和進(jìn)給量等變量。在保障目標(biāo)函數(shù)的基礎(chǔ)上，則應(yīng)結(jié)合變量情況來(lái)構(gòu)建相應(yīng)的模型，從而落實(shí)好相應(yīng)的最大效率目標(biāo)函數(shù)的要求，并合理化相關(guān)的約束條件。

其中，影響機(jī)床因素并沒(méi)有單一化的情況，在具體加工環(huán)節(jié)，主要考慮以下方面的內(nèi)容。一是，主軸轉(zhuǎn)速符合相關(guān)的切削速度;二是，滿足預(yù)期加工產(chǎn)品的給進(jìn)量要求;三是，機(jī)床有效功率肯定超過(guò)切削功率;四是，機(jī)床主軸的最大進(jìn)給力超過(guò)切削進(jìn)給力;五是，要求相應(yīng)的表面粗糙度要求。

2.2 優(yōu)化方法

在具體的應(yīng)用實(shí)踐中，切削過(guò)程的優(yōu)化，則應(yīng)從整體上來(lái)重點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，以便更好地滿足切削工藝的實(shí)際要求。一般來(lái)說(shuō)，重點(diǎn)可以從機(jī)床特性、夾具、刀具等角度來(lái)考慮，這是三個(gè)方面較為重要的約束限制因素，其他的相關(guān)影響因素肯定也會(huì)造成一定的影響，但可以結(jié)合實(shí)際問(wèn)題的優(yōu)化而采用一定的假設(shè)條件，不用考慮每種情況，從而忽略影響不大的因素。在進(jìn)行切削參數(shù)優(yōu)化方案的過(guò)程中，可以選擇符合工況要求的數(shù)學(xué)模式，結(jié)合相應(yīng)的假設(shè)條件來(lái)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，并結(jié)合實(shí)際需求來(lái)明確函數(shù)表達(dá)式、約束條件等。在這樣的基礎(chǔ)上，結(jié)合相應(yīng)的算法編制程序，從而獲得目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解。然后，可以進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的檢驗(yàn)，逐步重復(fù)上述步驟得到相應(yīng)的最優(yōu)解。

2.3 遺傳迭代計(jì)算

上述所用的有效算法則是選擇遺傳迭代的方法。在基本參數(shù)輸入的基礎(chǔ)上，合理化開(kāi)展相應(yīng)的參數(shù)優(yōu)化，并能隨機(jī)選擇基礎(chǔ)參數(shù)，借助于遺傳算法的方法，明確操作內(nèi)容，并開(kāi)展相應(yīng)的交叉及變異操作，通過(guò)相應(yīng)的迭代運(yùn)算，如果結(jié)果滿足特定的誤差范圍內(nèi)，則得到最優(yōu)解。如果不滿足條件，則返回迭代過(guò)程，一直到獲得最優(yōu)解位置。結(jié)合上述的方式，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化過(guò)程，能全面保障機(jī)床利用效率的提升。比如，在粗加工環(huán)節(jié)，能有效節(jié)省0.86s的切削事件，而半精加工的環(huán)節(jié)能節(jié)省3.85s。結(jié)合相應(yīng)的特征試驗(yàn)件的加工來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)模式涉及到12道交叉工序，借助于上述優(yōu)化措施，則能有效整體節(jié)約112s。這些數(shù)據(jù)能充分表明了參數(shù)優(yōu)化的有效性。

3.結(jié)語(yǔ)

由此可見(jiàn)，數(shù)控加工技術(shù)的全面提升有助于推動(dòng)我國(guó)的智能制造加工技術(shù)的快速發(fā)展，由于數(shù)控加工切削過(guò)程具有一定的復(fù)雜性，所涉及到相關(guān)影響因素眾多，且呈現(xiàn)出非線性的復(fù)雜變化特點(diǎn)，借助于遺傳算法的優(yōu)勢(shì)能有效進(jìn)行數(shù)控加工切削參數(shù)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)加工質(zhì)量以及效率的全面提升，大大降低了人工成本，有利于實(shí)現(xiàn)建工企業(yè)的預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)。

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