数控加工切削参数优化的研究

林 海

龙岩技师学院 机械工程系

数控加工切削参数优化的研究

林 海

龙岩技师学院 机械工程系

随着科学技术的发展，难加工材料在装备产品零部件研制中的应用越来越广泛。这些材料的切削加工具有切削力大、切削温度高、加工硬化倾向大和刀具磨损大等特点，使数控加工不仅切削效率低，而且刀具磨损快、寿命低。由于数控机床切削参数的选用主要依赖工艺人员的经验，加工效率普遍较低，导致机床效率难以很好地发挥。基于此，本文将着重分析探讨数控加工切削参数优化措施，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。

数控加工；切削参数；优化

1、数控加工特点

现如今，随着我国国民消费水平逐步的提高，计算机技术也取得了稳定的进步，同样的数字化技术也得到了发展，同时这种技术也被运用到各个领域之中。我国生产加工技术不断被完善，这样很好的解决了过去解决不了的难题，从而提高了生产产品的精确度，进而实现了制作自动化，降低了生产成本并且加大了生产规模。数控加工技术是一个集多学科，并融合计算机制造技术、计算机控制技术为一体的现代化自动加工技术。通过自动化、数字化的技术加工零件，这种制作零件的方式被称为数控加工技术。其中主要是利用计算机控制自动化与数字化技术，自动化是数控加工技术最主要的特点，这种特点使得通过该技术加工出来的设备具有时间短、精度高的特点。这种技术还包含数控编程技术、数控机床加工，使两者有机结合，能够最大程度的提高零件的质量，还加强了机床的性能，从而，提高了加工行业的各方面效益，加快发展我国的经济。

2、数控加工切削参数优化意义

先进工业国家早在二十世纪70年代就开始对数控切削参数的优化进行了研巧，并建成了切削参数数据库。虽然切削参数的优化研究需要涉及广泛的基础技术工作和大量的切削优化试验，其工作内容繁杂、工作量大，一般需要几年甚至更长时间，但各个国家都非常重视这个具有重要意义的基础技术建设工作。利用虚拟加工过程仿真实现切削参数优化是当前研巧热点之一。这种方法是基于优化目标、加工过程仿真基于数控程序调整为手段，对加工过程的优化和控制方法。NC计划驱动的虚拟加工单元完成切削过程仿真、切削参数对切削过程的每个时刻，相应的预测模型来预测切削力和切削功率的物理性能指标。基于切削参数优化算法寻找优化提供虚拟加工单元信息的数控程序模块的优化，使得过程满足要求。根据计算，修改原程序的切削参数优化的优化模块。由于优化是在实际加工前进行的，不对加工过程进行监控，相对于应用自适应控制技术的切削过程参数优化，这种方法具有减少成本、简化加工程序编制和便于应用的优点。

3、数控加工切削参数优化措施

3.1 建立切削参数优化模型

通过将物理模型的机械设计问题转化为数学模型来使模型得到优化，然后再利用数学算法计算模型中的各项参数。其中，具体内容主要以相应的目标函数为依据，并确立设计所需要的条件，建立相应的函数。同时，通过相应变量与控制条件的确定，来建立模型。在建立切削参数模型过程中，在确定固定的机床参数、工具后，余下的就是速度、深度、宽度以及进给量这几个变量能影响到切削效率。然后通过不断实验，确认通过不同的刀具所切削的宽度和深度，并定位。这样就只剩进给量以及切削速度这两个变量。在目标函数确定前应现确定变量，并以此为依据进行模型的建立，并以其最大效率为目标，建立与已知量和变量相应的函数。在相应函数得到确定之后，在确定其相对应的约束条件。在此过程中，由于机床还受其他因素限制，所以，在加工进行过程中，还应满足一下几项条件：(1)主轴的转速要得到机床切削的速度满足；(2)每个齿轮的进给量要得到满足；(3)机床主轴的最大进给力与切削进给力之间，前者大于后者；(4)机床有效功率与机床切削功率之间，前者要大于后者；(5)加工的零件要达到相应的要求，即表面粗糙度要达到应有的水平。

3.2 约束条件

在实际的生产过程中，受工艺编程人员的能力所限，同时受技术发展的约束，无法设想周全所有的制约因素，产生的效果是有限的可供选择的切削参数的值。在进行切削过程最优化时，必须考虑这些条件对工艺参数选择的限制。一般可从机床特性、刀具、夹具因素这三方面限制因素来考虑。例如机床切削速度和进给速度的范围、刀具的刚度强度所允许的最大切削力和夹具能够实现的最大加紧力所允许的最大切削力。在实际问题中，并非所有的约束条件都必须考虑，工艺编程人员可以因地制宜，在不同的具体条件下，某些制约可能必须考虑，一些不必要的因素可以忽略不计。

3.3 优化设计步骤

在进行切削参数优化设计时，首先是将实际生活中的机械设计问题，建立物理模型后，采用相关公式转换成数学模型。根据相关要求，先确定设计目标，再建立目标函数，最后再确定约束条件，表达方式用函数的形式，在设计过程中选择合理的切削参数作为设计变量。其次是根据数学模型的性质，从众多算法中选择出最合适的算法，再由工艺编程人员编制相关的计算程序，利用计算机超强的运算能力以便求出最优解。最后，由工艺编程人员对计算结果进行分析判断，并灵活地运用于实际生产活动中。

总而言之，随着我国科技水平的提高和发展，数控加工技术也得到了飞速发展和提高，并且开始向着自动化和智能化发展，但是总体来说，我国的数控加工技术与发达国家相比，仍然有不小差距，因此，要全面提高我国的数控加工技术就必须要改进目前数控加工的基本工艺，提高数控加工切削参数优化措施，也就要求我们在以后的实际工作中必须对其实现进一步研究探讨。

[1]蒋昇.数控加工切削参数优化匹配专家系统的研究[D].同济大学，2006.

[2]赵绪平.数控加工切削参数优化的研究[D].沈阳工业大学，2006.

[3]董世钢.数控加工切削参数优化的研究[D].长春理工大学，2009.

[4]盛敏.车削数控程序切削参数优化的研究[D].哈尔滨工业大学，2007.