導(dǎo)語：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，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)計形狀日趨復(fù)雜，傳統(tǒng)的機場無法滿足精度要求，數(shù)控機床已經(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)動的數(shù)控加工中心實現(xiàn)。在數(shù)控加工過程中除了對機床上各個零件的加工精度和部件裝配精度要求較高，機床加工過程中的各個參數(shù)設(shè)置對工件的精度有十分重要的影響。本文結(jié)合傳感器知識對機床各個加工位置進(jìn)行檢測，分析各個工藝參數(shù)對加工精度的影響，設(shè)計相應(yīng)的機床工藝參數(shù)優(yōu)化算法，實現(xiàn)數(shù)控機床的高精密加工，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)動機、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)計需求的問題。除了數(shù)控加工中心的裝配精度對零件加工精度影響較大之外，在機床加工過程中由于工藝參數(shù)的設(shè)置對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。本文首先從機床加工過程中的檢測入手，獲取加工過程中機床的狀態(tài)，并根據(jù)機床的工作狀態(tài)調(diào)整機床的工藝參數(shù)，使機床工作在最優(yōu)的加工狀態(tài)下，在不增加數(shù)控機床功率和負(fù)載的基礎(chǔ)上，提高機床的加工效率，并獲得最終的高精度工件。

一數(shù)控加工中各參數(shù)檢測

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

（一）切削力檢測

機床的切削力與機床的振動狀態(tài)和被加工零件的受力情況密切相關(guān)，保證機械加工中切削力的平穩(wěn)變化，可以減少機床的抖動，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切削力；通過力矩傳感器間接測量。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；通過主軸功率檢測切削力。主軸電機的功率可通過讀取電機的參數(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）機床振動檢測

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

（三）機床溫度檢測

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

（四）刀具磨損檢測

刀具磨損對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將刀具半徑補償加入數(shù)控代碼中，將會直接導(dǎo)致零件的加工尺寸與設(shè)計尺寸出現(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存在較大的差距，在工件加工時導(dǎo)致工件的變形質(zhì)量不滿足要求。在刀具從刀庫中取出安裝在主軸上之前對刀具進(jìn)行尺寸檢測，并將檢測數(shù)據(jù)存入數(shù)控系統(tǒng)中作為輸入應(yīng)用在機床加工參數(shù)的優(yōu)化中。

（五）工件加工精度檢測

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，在加工過程中檢測零件的尺寸，并將檢測尺寸與理論設(shè)計尺寸的差值補償?shù)郊庸み^程的各個工藝參數(shù)中，實現(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現(xiàn)復(fù)雜曲面的加工，根據(jù)機床溫度變化情況、工件的尺寸精度調(diào)整機床進(jìn)給速度，機床主軸溫度過高，提高機床的進(jìn)給速度可避免刀具在零件上同一位置停留時間過長，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)致零件報廢。主軸轉(zhuǎn)速優(yōu)化

（二）進(jìn)給量優(yōu)化

根據(jù)檢測出的切削力的數(shù)據(jù)，適時地調(diào)整機床的進(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到切削力突然變大，則證明切削深度急劇增大，此時，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)各個傳感器數(shù)據(jù)，建立工件精度控制模型，對加工過程進(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)出各個因素與數(shù)控加工精度的數(shù)學(xué)公式，并根據(jù)對比分析，挑選出影響數(shù)控加工精度的關(guān)鍵因素，并根據(jù)影響的程度對各個影響因素劃分影響等級，在后續(xù)的參數(shù)優(yōu)化計算中，重點優(yōu)化關(guān)鍵影響因素。針對第一節(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，依次對數(shù)控加工過程中各個控制環(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)就是各個傳感器測量的數(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)測技術(shù)對機床上各個影響零件加工精度的變量進(jìn)行檢測，將檢測數(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)補償量，實現(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，可以進(jìn)行精確的調(diào)整控制，也可通過對各個參數(shù)變化趨勢的微調(diào)實現(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)控制較為簡單，即在各個工藝參數(shù)前乘以一個變量作為調(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)，實現(xiàn)工藝參數(shù)的優(yōu)化。

三結(jié)束語

盡管國內(nèi)數(shù)控技術(shù)發(fā)展迅速，但國內(nèi)數(shù)控加工精度與國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，實現(xiàn)數(shù)控加工的參數(shù)優(yōu)化技術(shù)的研究對我國精密制造行業(yè)的發(fā)展具有重要意義，借鑒國外先進(jìn)技術(shù)，并不斷投入研發(fā)人員，一定可以實現(xiàn)精密零件的制造，打破國外技術(shù)壟斷。

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作者:賈春剛 李祥福 單位:青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院