基于数控加工切削参数优化研究

孙钊 周东

摘 要：结合数控加工切削参数优化问题，本文提出了數控加工切削参数的优化模型，并对优化算法的选择方法进行了探讨，提出了优化结果的分析判断方法，从而为关注这一话题的人们提供参考。

关键词：数控加工；切削工艺；参数优化

在数控加工的过程中，切削速度、深度、宽度和进给量等都属于切削参数，将对切削工艺质量产生重要影响，从而给零件加工质量、效率和成本带来影响。通过对数控加工切削参数进行优化，则能得到更好的工艺路线和装备，继而使零件加工质量得到提高。

1 数控加工切削参数优化问题

在零件数控加工方面，通常采用车削、铣削、钻削等切削加工工艺，设计到的切削参数有较多，如切削功率、切削速度、切削深度、切削宽度和进给量等。在众多参数中，切削速度、进给量和切削深度为三要素，需要以刀具合理耐用度为限制条件进行要素提高。根据背吃刀量的最大值，可以确定切削用量。结合数控加工机床动力和刚性条件，同时考虑零件加工表面粗糙度要求，可以确定进给量大小。但在实际加工中，各工序加工参数有拥有较宽选择空间，采用查表法将导致加工效率过低，也难以确保零件加工质量符合要求。因此，还要采取科学的切削参数优化方法，以便结合相关规则直接从实际工艺数据库中完成切削参数最优组合提取，促使数控加工质量和效率同时得到提高。

2 数控加工切削参数优化方法

2.1 建立优化模型

结合机械设计问题，还要通过将物理模型简化为数学模型完成优化模型的构建。针对模型参数，还要利用数学计算方法完成参数简单有效计算，以便得到最优的模型参数数值。在实际操作过程中，结合设计要求确定对应目标函数，可以结合零件设计的具体约束要求完成函数关系的构建，从而使变量与控制等条件得到准确反映，得到相应的参数对照优化模型。具体来讲，就是要先确定机床参数、刀具参数和加工条件等基础条件，然后对影响切削加工效率的因素展开分析，如切削宽度、切削速度等。结合刀具选用的差异性，通过多次试切，则能对刀具切削宽度和深度等变量进行确定。[1]将两个变量假定为已知量，可以对切削速度、进给量等变量数值进行计算。在具体变量确定后，需要结合目标函数完成具体参数优化模型的构建。以最大生产率为目标，可以得到已知量与变量的关系。完成模型建立后，需要结合约束条件进行求解。在数控加工过程中，切削工艺将受到进给力、切削扭矩、主轴转速、工件质量和机床功率等因素的限制。确保切削速度满足主轴转速约束条件，进给量满足齿进给量约束条件，进给力不大于主轴能够承受的最大进给力，切削功率不超出机床承受有效功率，并且满足零件加工表面粗糙度要求，则能进行模型求解。

2.2 选择优化算法

在模型求解过程中，还要选择合适的优化算法。通过对计算程序进行编程，并将程序输入到控制计算机存储器中，则能按照确定的算法完成最优参数值的求取。就目前来看，相较于其他算法，遗传算法可以通过随机方法得到初始种群，按照规定个体数目标准对个体染色体进行编码。通过对个体适应度进行计算，并按照得到的数值的高低完成排列，则能得到对应的再生个体。如果个体适应度较高，则有较高的概率被选择。在新个体生成上，需要采用交叉概率方法。得到的新个体将构成新的种群，通过迭代，可以弯沉参数优化。而对参数对应变量的适应值区域进行计算，可以进行参数解码和再次编码，然后通过重复操作确定最大生产率范围，得到多个最优参数组合。[2]在区域搜索的过程中，还要对适应值达到0以上的个体进行重新解码和编码，0以下的则保持字符串编码，以确保个体能够在变异操作后重新复活，得到适应值的提升。多次迭代后，适应度低的个体将被淘汰，最高数值也将被筛选出来。

2.3 判断优化结果

得到模型优化结果后，需要对结果进行分析和判断，确定参数最优组合。在分析和判断过程中，还要结合以往加工经验，对切削参数和优化结果进行比较，确定优化结果能否符合数控加工要求和切削工艺的各项约束条件。在此基础上，要考虑优化结果能否起到提升数控机床工作效率的作用，同时能否保证单个零件的加工质量。通过仿真分析，可以确定数控加工的切削路径是否得到了优化。结合相关经验可知，在半精加工的切削工艺中，单道工序切削时间能够达到3.6s，可以达到较高的加工效率。因此结合相关数据，可以得知优化结果能否推动数控加工水平的提升，继而实现对优化结果的科学判断。

3 结论

通过研究可以发现，在数控加工过程中，结合工艺参数条件建立切削参数优化模型，然后选择适合的优化算法，则能实现参数的优化。而针对得到的参数组合，则能通过合理判断完成最优组合的筛选，进而实现对数控加工工艺的合理调整，实现零件的高质量、高效率加工。

参考文献：

[1]朱海兵.基于正交试验的车削参数优化研究[J].机电信息，2016，（27）：127130.

[2]罗育果，王鹏程，高涛.低速铣削中表面粗糙度影响因素及切削参数优化研究[J].制造技术与机床，2017，（7）：3536.

基金项目：陕西高等教育教学改革研究项目：校企共建互联网+生产性实训基地的研究与实践（项目编号：17GY050）

作者简介：孙钊（1982），男，陕西人，本科，讲师，研究方向：机械制造数控加工；周东（1982），男，陕西人，研究方向：机械制造数控加工。