導(dǎo)語(yǔ)：數(shù)控加工中參數(shù)優(yōu)化探析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)零件的加工精度和裝配精度要求越來越高，尤其在精密制造領(lǐng)域。隨著零件的設(shè)計(jì)形狀日趨復(fù)雜，傳統(tǒng)的機(jī)場(chǎng)無法滿足精度要求，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為現(xiàn)代制造領(lǐng)域中不可或缺的加工設(shè)備，復(fù)雜曲面的加工可通過多軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控加工中心實(shí)現(xiàn)。在數(shù)控加工過程中除了對(duì)機(jī)床上各個(gè)零件的加工精度和部件裝配精度要求較高，機(jī)床加工過程中的各個(gè)參數(shù)設(shè)置對(duì)工件的精度有十分重要的影響。本文結(jié)合傳感器知識(shí)對(duì)機(jī)床各個(gè)加工位置進(jìn)行檢測(cè)，分析各個(gè)工藝參數(shù)對(duì)加工精度的影響，設(shè)計(jì)相應(yīng)的機(jī)床工藝參數(shù)優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的高精密加工，為未來數(shù)控加工中參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一定的參考，具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；參數(shù)優(yōu)化；分析

隨著我國(guó)制造業(yè)不斷發(fā)展，在精密制造領(lǐng)域?qū)α慵木纫笠苍絹碓礁?，尤其在發(fā)動(dòng)機(jī)、減速器等關(guān)鍵零部件的制造過程中。通過數(shù)控加工可實(shí)現(xiàn)較高精度的零件的制造，但數(shù)控加工中依然存在加工精度無法滿足設(shè)計(jì)需求的問題。除了數(shù)控加工中心的裝配精度對(duì)零件加工精度影響較大之外，在機(jī)床加工過程中由于工藝參數(shù)的設(shè)置對(duì)零件加工精度的影響是制約零件精度進(jìn)一步提高的關(guān)鍵因素。因此，零件最終的加工精度與數(shù)控加工中工藝參數(shù)的配置、調(diào)整以及優(yōu)化存在直接關(guān)系。本文首先從機(jī)床加工過程中的檢測(cè)入手，獲取加工過程中機(jī)床的狀態(tài)，并根據(jù)機(jī)床的工作狀態(tài)調(diào)整機(jī)床的工藝參數(shù)，使機(jī)床工作在最優(yōu)的加工狀態(tài)下，在不增加數(shù)控機(jī)床功率和負(fù)載的基礎(chǔ)上，提高機(jī)床的加工效率，并獲得最終的高精度工件。

一數(shù)控加工中各參數(shù)檢測(cè)

調(diào)整和優(yōu)化工藝參數(shù)之前，首先應(yīng)該獲得機(jī)床當(dāng)前的工作狀態(tài)，若沒有準(zhǔn)確的機(jī)床的工作狀態(tài)，機(jī)床的參數(shù)優(yōu)化就沒有依據(jù)，無法實(shí)現(xiàn)高精度的零件的加工。因此，本節(jié)主要介紹機(jī)床工作狀態(tài)的檢測(cè)方法和檢測(cè)參數(shù)。

（一）切削力檢測(cè)

機(jī)床的切削力與機(jī)床的振動(dòng)狀態(tài)和被加工零件的受力情況密切相關(guān)，保證機(jī)械加工中切削力的平穩(wěn)變化，可以減少機(jī)床的抖動(dòng)，減少零件表面的加工刀痕，保證零件表面的加工精度。切削力的檢測(cè)方法有如下幾種：刀具內(nèi)部安裝力傳感器。切削力的主要來源是刀具與工件剛性接觸產(chǎn)生的，因此，在刀具內(nèi)部安裝力傳感器可直接檢測(cè)切削力；通過力矩傳感器間接測(cè)量。某些刀具形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無法直接在其內(nèi)部安裝力傳感器，因此，通過在主軸上安裝力矩傳感器，可通過幾何關(guān)系間接求出切削力；通過主軸功率檢測(cè)切削力。主軸電機(jī)的功率可通過讀取電機(jī)的參數(shù)得到，根據(jù)主軸的功率也可間接求出加工過程中切削力。

（二）機(jī)床振動(dòng)檢測(cè)

機(jī)床振動(dòng)也是影響機(jī)床加工精度的最主要的原因之一。產(chǎn)生機(jī)床振動(dòng)的原因主要有以下幾種：1.機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速設(shè)置不合理。在低速切削加工時(shí)，機(jī)床會(huì)產(chǎn)生一定的抖動(dòng)現(xiàn)象；2.進(jìn)給量設(shè)置不合理。機(jī)床的進(jìn)給量直接影響機(jī)床的切削力，機(jī)床的切削力大，導(dǎo)致主軸受力增加，在主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)?，F(xiàn)階段常用的機(jī)床振動(dòng)檢測(cè)大多數(shù)通過加速度傳感器實(shí)現(xiàn)。在機(jī)床主軸位置安裝加速度傳感器直接進(jìn)行主軸振動(dòng)的檢測(cè)，在機(jī)床各軸上安裝加速度傳感器可測(cè)量加工過程中哪根軸的振動(dòng)現(xiàn)象最明顯，在后續(xù)的參數(shù)優(yōu)化過程中，主要針對(duì)此軸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（三）機(jī)床溫度檢測(cè)

數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，機(jī)床某些部位出現(xiàn)一定的溫度變化，如主軸位置、工件、機(jī)床床身等。機(jī)床和工件的溫度升高會(huì)導(dǎo)致機(jī)床和工件的熱變形，影響工件的加工精度。通過在機(jī)床各個(gè)位置安裝溫度傳感器對(duì)機(jī)床溫度變化進(jìn)行檢測(cè)，并針對(duì)溫度變化情況，調(diào)整機(jī)床的進(jìn)給量和冷卻液的開關(guān)等。

（四）刀具磨損檢測(cè)

刀具磨損對(duì)零件最終的尺寸精度和表面精度有重要的影響。刀具磨損導(dǎo)致刀具的回轉(zhuǎn)半徑發(fā)生變化，若在加工過程中沒有及時(shí)將刀具半徑補(bǔ)償加入數(shù)控代碼中，將會(huì)直接導(dǎo)致零件的加工尺寸與設(shè)計(jì)尺寸出現(xiàn)較大的偏差。此外，由于刀具磨損，導(dǎo)致刀具的切削刃口磨鈍，鋒利程度與刀具未磨損時(shí)存在較大的差距，在工件加工時(shí)導(dǎo)致工件的變形質(zhì)量不滿足要求。在刀具從刀庫(kù)中取出安裝在主軸上之前對(duì)刀具進(jìn)行尺寸檢測(cè)，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)存入數(shù)控系統(tǒng)中作為輸入應(yīng)用在機(jī)床加工參數(shù)的優(yōu)化中。

（五）工件加工精度檢測(cè)

在零件加工過程中，加工工藝參數(shù)優(yōu)化調(diào)整的主要目的是保證零件的尺寸精度，因此，在加工過程中檢測(cè)零件的尺寸，并將檢測(cè)尺寸與理論設(shè)計(jì)尺寸的差值補(bǔ)償?shù)郊庸み^程的各個(gè)工藝參數(shù)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工的閉環(huán)控制，保證工件的尺寸精度。

二數(shù)控加工參數(shù)優(yōu)化

（一）進(jìn)給速度優(yōu)化

機(jī)床的進(jìn)給速度影響工件的去除量和表面精度，基于數(shù)控加工中心的零件制造可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面的加工，根據(jù)機(jī)床溫度變化情況、工件的尺寸精度調(diào)整機(jī)床進(jìn)給速度，機(jī)床主軸溫度過高，提高機(jī)床的進(jìn)給速度可避免刀具在零件上同一位置停留時(shí)間過長(zhǎng)，防止工件出現(xiàn)過磨現(xiàn)象。在零件尺寸較小的位置或較薄的位置，應(yīng)盡量提高進(jìn)給速度，防止將零件較薄位置的材料切除，導(dǎo)致零件報(bào)廢。主軸轉(zhuǎn)速優(yōu)化

（二）進(jìn)給量?jī)?yōu)化

根據(jù)檢測(cè)出的切削力的數(shù)據(jù)，適時(shí)地調(diào)整機(jī)床的進(jìn)給量，保證切削力平穩(wěn)的變化，避免出現(xiàn)切削力的突變，在工件表面產(chǎn)生刀痕。若在加工過程中檢測(cè)到切削力突然變大，則證明切削深度急劇增大，此時(shí)，通過合理調(diào)整進(jìn)給量使切削力保持平穩(wěn)變化。

（三）主軸轉(zhuǎn)速優(yōu)化

在高速精密加工領(lǐng)域，大多數(shù)通過主軸的高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)工件精度的控制，且高速加工中工件的形變較小，避免了由于工件的熱變形導(dǎo)致無法保證工件尺寸精度的現(xiàn)象。根據(jù)各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)，建立工件精度控制模型，對(duì)加工過程進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化控制，保證零件的加工精度。首先，通過控制變量法對(duì)影響數(shù)控加工精度的各種因素進(jìn)行單一變量的數(shù)學(xué)模型的建立，推導(dǎo)出各個(gè)因素與數(shù)控加工精度的數(shù)學(xué)公式，并根據(jù)對(duì)比分析，挑選出影響數(shù)控加工精度的關(guān)鍵因素，并根據(jù)影響的程度對(duì)各個(gè)影響因素劃分影響等級(jí)，在后續(xù)的參數(shù)優(yōu)化計(jì)算中，重點(diǎn)優(yōu)化關(guān)鍵影響因素。針對(duì)第一節(jié)中影響零件加工精度的各種因素，結(jié)合上述工藝參數(shù)與零件加工精度的關(guān)系，根據(jù)單個(gè)變量與零件加工精度的關(guān)系可以得出相應(yīng)的數(shù)學(xué)公式，將各個(gè)影響因素作為自變量、零件加工精度作為因變量建立出多參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)數(shù)學(xué)模型中參數(shù)的影響程度，依次對(duì)數(shù)控加工過程中各個(gè)控制環(huán)節(jié)進(jìn)行定量控制，保證零件的加工質(zhì)量。

在數(shù)控加工中工藝參數(shù)的優(yōu)化控制中最重要的優(yōu)化依據(jù)就是各個(gè)傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)，因此，進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化控制前應(yīng)通過各種傳感器和監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)機(jī)床上各個(gè)影響零件加工精度的變量進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，作為輸入?yún)?shù)輸入數(shù)控系統(tǒng)中，根據(jù)優(yōu)化模型得到最終可人為控制的參數(shù)補(bǔ)償量，實(shí)現(xiàn)零件加工精度的精確控制，保證零件的質(zhì)量。數(shù)控加工參數(shù)優(yōu)化控制模型可以根據(jù)零件加工精度要求設(shè)計(jì)，可以進(jìn)行精確的調(diào)整控制，也可通過對(duì)各個(gè)參數(shù)變化趨勢(shì)的微調(diào)實(shí)現(xiàn)控制。精確調(diào)整需將模糊算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等智能算法應(yīng)用在優(yōu)化模型中，根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)零件的加工狀態(tài)，并根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)得到準(zhǔn)確的參數(shù)數(shù)據(jù)。微調(diào)控制較為簡(jiǎn)單，即在各個(gè)工藝參數(shù)前乘以一個(gè)變量作為調(diào)整系數(shù)，根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)，按照線性比例修改加工工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的優(yōu)化。

三結(jié)束語(yǔ)

盡管國(guó)內(nèi)數(shù)控技術(shù)發(fā)展迅速，但國(guó)內(nèi)數(shù)控加工精度與國(guó)外仍存在較大的差距，無法生產(chǎn)高精密的零件，嚴(yán)重阻礙了我國(guó)制造行業(yè)中精密加工技術(shù)的發(fā)展。通過數(shù)控加工過程中的工藝參數(shù)的優(yōu)化，可在一定程度上提高零件的加工精度，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工的參數(shù)優(yōu)化技術(shù)的研究對(duì)我國(guó)精密制造行業(yè)的發(fā)展具有重要意義，借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，并不斷投入研發(fā)人員，一定可以實(shí)現(xiàn)精密零件的制造，打破國(guó)外技術(shù)壟斷。

參考文獻(xiàn)

[1]高亮,楊揚(yáng),李新宇.數(shù)控加工參數(shù)優(yōu)化的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].航空制造技術(shù),2010(22):48-51.

[2]許自力,梁萍.指揮系統(tǒng)專用設(shè)備的數(shù)控加工參數(shù)優(yōu)化[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù),2011,02(3):72-74.

[3]王力爽.數(shù)控加工仿真及加工參數(shù)優(yōu)化的研究[D].沈陽(yáng)理工大學(xué),2012.

[4]閻競(jìng)實(shí).數(shù)控加工參數(shù)優(yōu)化的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].山東工業(yè)技術(shù),2014(23):303-303.

[5]武美萍,翟建軍,廖文和.數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化研究[J].中國(guó)機(jī)械工程,2004,15(3):235-237.

作者:賈春剛 李祥福 單位:青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院