数控加工切削参数优化分析

赵建军

(泰州机电高等职业技术学校，江苏 泰州 225300)

1 切削参数的影响因素

零件切削参数的影响因素很多，如自然环境因素、热力变化、数控程序等。外界环境可能对切削参数产生影响，如数控加工生产过程中所用的刀具等，如果刀具质量出现问题，自然会对切削精准度产生影响。热力也是影响切削参数的重要因素之一，如果在切削加工过程中热力作用比较强，可能导致加工零部件出现变形等问题。数控程序零件加工可控制变量有限，有时可能导致其参数范围与实际需要不符。应不断优化数控加工参数，提升零件质量，满足生产与生活需要[1]。

2 数控加工切削参数优化方法

2.1 约束条件

应根据实际情况先对切削参数产生约束的条件进行分析，为下一步实际优化工作提供有力参考。一般数控加工切削参数优化约束条件包括对零部件刚度、强度、刀具、机床、加工质量、工件等因素的考量，以科学制定最为合理有效的优化方案，全面确保数控加工切削参数优化质量[2]。

2.2 算法优化

数控加工主要通过多种算法实现加工，其在加工走刀过程中经常会遇到一定的加工差异问题，应通过多种算法的比对，从中选择一种影响最小的算法，以确保零部件的加工品质。一般企业应用的数控机床都具备相应算法模型求解过程，但在精准度上依然需要相应的实验验证。在利用算法优化方式进行切削参数优化时，需要确定零件模型的决策变量、机床、刀具，再选择相应的切削速度和切削深度，施加一定速度(进给)。来达到提升加工效率的目的。但在实际应用中发现，切削宽度、深度与切削余量关系密切，所以在算法优化中需要考虑实际因素，以确保算法优化质量。

2.3 模型优化

模型优化是数控加工切削参数优化最为常用方式之一。应针对原数控程序参数模型进行改进，通过科学合理计算，提升切削参数模型品质，以满足实际生产需要。可以利用零件设计来约束模型中函数关系，构建并完善新的函数关系，让模型中使用的变量可以得到相应反映。在模型优化过程中，要确定机床参数、加工基础条件、刀具参数等，结合刀具与机床具体情况进行多次切削，逐渐优化模型[3]。

2.4 分析优化结果

无论是采用何种方式对切削参数进行优化，都需要对优化结果进行分析与判断，将所有的优化结果与加工经验相结合，完成切削参数优化。在优化结果分析中，需要考量的因素众多，除了切削参数本身优化效果外，还需要考量优化后生产效率等问题，以综合提升切削参数优化质量，促进企业数控加工发展与进步。

3 数控加工优化方法具体应用——某钛合金插铣加工切削参数优化

3.1 试验条件控制

试验选择材料主要为某航空发动机钛合金简称TC4(Ti6A14V)，其化学成分如表1。采用油冷却方式，选择2齿数可转位插铣刀，12 mm直径刀具。试验所用设备为VDL—1000E(立式)，使用三向压9257B型测力仪对切削力具体情况进行测量。9257B测力仪输出的相关切削力测量信号通过Kistler5070A型(放大器)做相应放大处理，之后，DHDAS—5920对放大处理后的信息进行采集，并将数据显示出来。

表1 Ti6A14V成分表 (单位：%)Tab.1 Ti6A14V ingredient list (unit:%)

3.2 试验设计与结果

切削率是切削参数选择的重要影响因素，对于大悬深类似插铣等加工方式来说，在切削力作用下容易导致刀具出现变形等情况，一旦刀具变形量大于许用挠度时，数控加工稳定性会受到影响，很大程度加速刀具磨损，因此较小切削力控制是切削参数优化目标之一。试验设计变量包括每齿进给量、切削宽度、切削速度。其中，切削力为F，材料去除率为Q，利用正交试验设计(三因素四水平)，选取每齿进给量fz、切削宽度ae、速度(切削)V作为试验因子，试验数据与试验因素水平如表2与表3。

表2 试验数据表Tab.2 Test data table

表3 试验因素水平表Tab.3 Experimental factor level

3.3 评价优化(模糊综合)

实验中所有参与试验因素集合设定为X={x1，x2，x3} ，其中切削速度用x1表示，每齿进给量用x2表示，切削宽度用x3表示。每个因素对应着相应四个试验中参与水平，其集合为L，则有L={L1，L2，L3，L4} 。假设需要研究指标集合为Y={y1，y2}，其中切削力集合用y1表示，材料去除率集合用y2表示。评判评语集合(模糊集)用B表示，则B={b1，b2}。将模糊集进行一系列处理，最终得到B1、B2、B3分别为x1，x2，x3的评价矩阵，最终求得最优切削速度90 m/min，每齿进给量0.05 mm/z，切削宽度2.5 mm。