摘要：伴随着我国经济的快速发展，机电一体化技术在金属切削中的应用越来越广泛。如何使数控加工技术的应用水平得以提高，实现高效高质量的数控加工，本文从切削参数优化的角度分析，针对加工过程中切削参数不同变化情况，提出相应地优化方法，利用计算机建立优化系统，自动优化出切削参数，这种方式节省了加工成本，也提高了加工效率，可为企业创造出良好的经济效益。
关键词：数控加工；切削参数；参数优化
1前言
在过去，各国普遍依据切削手册、生产实践资料和切削试验来确定切削参数。依照这几种方式获取切削参数的数据，在实践运用中有一定的可行性，但是往往因数值的误差，达不到最佳效果，进而造成资源的浪费和生产效率比较低。传统的数控系统生成数控加工程序是依靠工艺编程人员手工选择切削速度、进给速度等加工切削参数，由于工艺编程人员技术水平和经验不一样，这样每次加工程序的质量都不一样。目前，日趋激烈的市场竞争，市场所需零件的复杂度也在不断增加，若是利用传统方式来选择切削参数，就会造成数控机床利用率不高的结果，从而进一步影响企业的经济效益。故而，本文从如何优化切削参数的角度入手分析，为解决企业的经济效益问题提供了一种全新的思路。
2数控加工切削参数基础知识
由输入程序、输入输出设备、计算机数字控制装置、可编程控制器、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成了数控控制系统。数控加工的硬件基础是数控机床，它的性能决定了加工效率和精度。实现数控加工不可或缺的一环是零件加工程序的编制，它把控着产品质量的关卡，尤其是对于复杂零件加工而言，编程工作甚至比数控机床要重要许多。在零件加工过程中利用数字信息控制机床，能让机床自动运行的一种方法叫数控加工。它具有复杂形状加工能力和高柔性的特点。通过数控程序控制数控机床运动的轨迹，从而加工出产品的表面形状，这就是数控加工的基本原理。一般常用的切削参数是指切削运动参数，刀具与工件之间相对关系可以通过它来反映，并能直接反映出产品加工状态的数据信息。同时，它对机床运动的调整有很大的影响，它是由切削速度、进给速度和背吃刀量三部分组成。切削速度说的是在沿主运动方向时，在单位时间内，工件和刀具相对移动的距离。简而言之，切削速度是指主运动速度。在单位时间内，沿进给方向，工件或刀具移动的距离说明的是进给速度的含义。同时垂直于主运动和进给运动方向，刀具切削刃与工件的接触长度的投影值称为背吃刀量。数控加工切削时，还需关注的要素是切削力，它可对控制零件加工质量，并对切削参数的合理制定及其优化有一定的影响作用。在金属切削时，加工材料在刀具的作用下，发生一定变形成为切屑，所用的力度，这称为切削力。在了解相关的切削参数的基础知识后，能让工艺编程人员对于如何选择切削参数有了一定的帮助。因为这些切削参数的确定，它关系到不仅仅是整个零件加工的效率和成本，也对零件加工的表面质量有着决定性的影响。
3数控加工切削参数优化
研究数控加工切削参数优化的问题时，分别从设计参数、目标函数、约束条件和优化方法的设计步骤这四方面入手，能让人对数控加工的切削参数优化方向有较为深刻的认识。
3.1设计参数
在进行优化设计过程中，首要目标是选择并确定合理的设计参数。一般经过分析后，选定最基本的对设计目标影响较大的参数，其他参数可作为常数处理。设计参数的变量过多不利于设计方案的实现。因此，必须依据不同的状况，设计出正确合理地参数变量，尽量简化工作量。数控机床在实际控制过程中，尽管切削条件在整个过程中变化较大，加工参数也不可能时刻调整，只能控制某个路径段，从而有效的控制零件的质量问题。
3.2优化目标函数
本次加工获得最大经济效益这是优化目标确定的基本原则。生产实践中，优化目标函数依据不同的加工优化目标，在切削优化过程常用的有四种。第一种是最高生产率(单件平均最短生产时间)，第二种是最低成本(单件最低平均加工成本)，第三种是最大利润率目标优化函数，最后一种是可变的多目标优化函数。要求各分量目标都达到最优，这是多目标优化设计问题的基本原则。
3.3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。
3.4优化设计的步骤
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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据相关要求，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。
4数控铣床铣削误差分析
4.1 系统几何误差
实际的几何参数与理想几何参数存在误差，导致数控铣床加工时出现偏离而引起误差的出现。虽然目前使用的丝杠是高精度滚珠丝杠，可是仍会出现螺距误差，而螺距误差直接影响着铣床的定位精度。为解决误差带来的加工失误，就需要通过其他补偿方式来尽量减少误差的发生，在这种情况下一般会通过对比某一轴的运动结果来补偿误差。工件的精度由数铣加工精度来决定，因此就算是目前简易的数铣，其最小的运动分辨率也能达到 0.01 mm，并且运动和加工的精度都能处于 0.03 mm以下，而极其精密的特殊加工甚至能够达到 0.001 mm以下。
4.2 零件受力产生误差
数铣机床在进行加工作业时，其内部各部件运行所产生的力在相互作业下会产生变形，从而产生误差，这种误差破坏了零件的结构，降低了零件的稳定性。针对这一问题，需要改善接触时的刚度，使用高质量零件，可以通过在内部设置辅助性的支承来提高局部刚性。
4.3 热变形误差
在加工过程中，各种部件运动产生的热量以及工作环境的影响，会导致系统出现误差。在多种热源的作用下，会导致机床各部件的组合产生各种各样的误差，从而导致加工工件出现误差，影响精度控制。主要解决方法是：通过对机床采用对称式结构来减少误差；主动控制关键部件的温度，部件过热时可使用切削液进行冷却；在加工零件时先运转机床，使其达到热平衡状态后再进行加工；通过修改参数及道具参数；在加工大型或长度较长的零件时，其末端应能够在加紧状态下自由伸缩。
5 提高数控铣削精确度的具体措施
5.1 刀具选择
选择道具时，首先要确定合适的铣刀刚性，为提高生产效率，实际加工过程中必须加大切削用量的需求，适应数控铣床运行中不易调整切削用量的特点；其次是铣刀的高耐用度，选择铣刀刚性及耐用度的时候，要利用加工材料的热处理、切削性能与加工来确定，最终实现提高数控铣刀生产效率及产品质量；然后是选择合适的道具类型，加工平面零件周边轮廓时通常采用立铣刀，硬质合金刀片铣刀适用于铣削平面。玉米铣刀多应用于加工毛坯与粗加工孔。
5.2 切削用量的确定
5.2.1 速度的确定
在确定铣削切削速度、刀具耐用度等时，要了解切削速度与铣刀直径之间成正比关系。当增大铣刀直径就可以有效改善散热条件，同时还能提高切削速度，最终达成提高切削效率的目的。
5.2.2 进给速度的确定
进给速度的确定需要考虑零件加工精度、零件表面粗糙度及道具等，进给速度是确定数控机床切削用量的基本参数，机床刚度与进给系统性能直接限制最大进给速度。因此在加工过程中，在确定进给速度时，要充分考虑以上参数。
5.2.3 侧吃刀量的确定
背吃刀量是由机床、工件和刀具的刚度来决定的，在保证加工表面质量的前提下。如果刚度允许，尽量让背吃刀量等于工件的加工余量，提高机床生产效率。
6结束语
数控切削加工过程得以优化的基础是数控加工切削参数。为解决企业的实际问题，在现代数控加工技术大力发展的前提下，在研究切削参数优化的过程中，充分利用数控加工基础知识，通过分析影响切削结果的因素，依据相关要求，在切削过程中，对切削参数加以逻辑分析判断，得到了最优化的切削参数，进而控制数控机床的运动，减少了数控切削加工的时间，走出一条提高数控加工质量的康庄大道，大力地改变过去落后低效的数控加工切削参数分析方式，选择合理地切削参数，这样就能提升了整个行业的生产效率和智能化水平，切削加工技术发展新的里程碑是高效数控加工技术这一先进制造技术。
参考文献
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[3] 吴瑞莉.数控机床切削刀具的耐磨性能研究[J].铸造技术, 2016(4):638-641.
论文作者:肖永兴
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/19
标签：加工论文; 参数论文; 数控论文; 误差论文; 零件论文; 速度论文; 刀具论文; 《电力设备》2017年第14期论文;