數控加工中參數優化探析

時間:2022-11-22 03:09:29

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數控加工中參數優化探析

摘要:工業生產中對零件的加工精度和裝配精度要求越來越高,尤其在精密制造領域。隨著零件的設計形狀日趨復雜,傳統的機場無法滿足精度要求,數控機床已經成為現代制造領域中不可或缺的加工設備,復雜曲面的加工可通過多軸聯動的數控加工中心實現。在數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設置對工件的精度有十分重要的影響。本文結合傳感器知識對機床各個加工位置進行檢測,分析各個工藝參數對加工精度的影響,設計相應的機床工藝參數優化算法,實現數控機床的高精密加工,為未來數控加工中參數優化設計提供一定的參考,具有一定的指導意義。

關鍵詞:數控加工;參數優化;分析

隨著我國制造業不斷發展,在精密制造領域對零件的精度要求也越來越高,尤其在發動機、減速器等關鍵零部件的制造過程中。通過數控加工可實現較高精度的零件的制造,但數控加工中依然存在加工精度無法滿足設計需求的問題。除了數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的設置對零件加工精度的影響是制約零件精度進一步提高的關鍵因素。因此,零件最終的加工精度與數控加工中工藝參數的配置、調整以及優化存在直接關系。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,并根據機床的工作狀態調整機床的工藝參數,使機床工作在最優的加工狀態下,在不增加數控機床功率和負載的基礎上,提高機床的加工效率,并獲得最終的高精度工件。

一數控加工中各參數檢測

調整和優化工藝參數之前,首先應該獲得機床當前的工作狀態,若沒有準確的機床的工作狀態,機床的參數優化就沒有依據,無法實現高精度的零件的加工。因此,本節主要介紹機床工作狀態的檢測方法和檢測參數。

(一)切削力檢測

機床的切削力與機床的振動狀態和被加工零件的受力情況密切相關,保證機械加工中切削力的平穩變化,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生的,因此,在刀具內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。某些刀具形狀結構復雜,無法直接在其內部安裝力傳感器,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得到,根據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。產生機床振動的原因主要有以下幾種:1.機床主軸轉速設置不合理。在低速切削加工時,機床會產生一定的抖動現象;2.進給量設置不合理。機床的進給量直接影響機床的切削力,機床的切削力大,導致主軸受力增加,在主軸高速旋轉時產生振動?,F階段常用的機床振動檢測大多數通過加速度傳感器實現。在機床主軸位置安裝加速度傳感器直接進行主軸振動的檢測,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象最明顯,在后續的參數優化過程中,主要針對此軸進行優化設計。

(三)機床溫度檢測

數控機床加工時,機床某些部位出現一定的溫度變化,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行檢測,并針對溫度變化情況,調整機床的進給量和冷卻液的開關等。

(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。刀具磨損導致刀具的回轉半徑發生變化,若在加工過程中沒有及時將刀具半徑補償加入數控代碼中,將會直接導致零件的加工尺寸與設計尺寸出現較大的偏差。此外,由于刀具磨損,導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,在工件加工時導致工件的變形質量不滿足要求。在刀具從刀庫中取出安裝在主軸上之前對刀具進行尺寸檢測,并將檢測數據存入數控系統中作為輸入應用在機床加工參數的優化中。

(五)工件加工精度檢測

在零件加工過程中,加工工藝參數優化調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計尺寸的差值補償到加工過程的各個工藝參數中,實現數控加工的閉環控制,保證工件的尺寸精度。

二數控加工參數優化

(一)進給速度優化

機床的進給速度影響工件的去除量和表面精度,基于數控加工中心的零件制造可實現復雜曲面的加工,根據機床溫度變化情況、工件的尺寸精度調整機床進給速度,機床主軸溫度過高,提高機床的進給速度可避免刀具在零件上同一位置停留時間過長,防止工件出現過磨現象。在零件尺寸較小的位置或較薄的位置,應盡量提高進給速度,防止將零件較薄位置的材料切除,導致零件報廢。主軸轉速優化

(二)進給量優化

根據檢測出的切削力的數據,適時地調整機床的進給量,保證切削力平穩的變化,避免出現切削力的突變,在工件表面產生刀痕。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,通過合理調整進給量使切削力保持平穩變化。

(三)主軸轉速優化

在高速精密加工領域,大多數通過主軸的高速旋轉實現工件精度的控制,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致無法保證工件尺寸精度的現象。根據各個傳感器數據,建立工件精度控制模型,對加工過程進行參數優化控制,保證零件的加工精度。首先,通過控制變量法對影響數控加工精度的各種因素進行單一變量的數學模型的建立,推導出各個因素與數控加工精度的數學公式,并根據對比分析,挑選出影響數控加工精度的關鍵因素,并根據影響的程度對各個影響因素劃分影響等級,在后續的參數優化計算中,重點優化關鍵影響因素。針對第一節中影響零件加工精度的各種因素,結合上述工藝參數與零件加工精度的關系,根據單個變量與零件加工精度的關系可以得出相應的數學公式,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的數學模型,根據數學模型中參數的影響程度,依次對數控加工過程中各個控制環節進行定量控制,保證零件的加工質量。

在數控加工中工藝參數的優化控制中最重要的優化依據就是各個傳感器測量的數據,因此,進行參數優化控制前應通過各種傳感器和監測技術對機床上各個影響零件加工精度的變量進行檢測,將檢測數據經過數據處理后,作為輸入參數輸入數控系統中,根據優化模型得到最終可人為控制的參數補償量,實現零件加工精度的精確控制,保證零件的質量。數控加工參數優化控制模型可以根據零件加工精度要求設計,可以進行精確的調整控制,也可通過對各個參數變化趨勢的微調實現控制。精確調整需將模糊算法、神經網絡算法等智能算法應用在優化模型中,根據傳感器的數據預測零件的加工狀態,并根據傳感器數據得到準確的參數數據。微調控制較為簡單,即在各個工藝參數前乘以一個變量作為調整系數,根據傳感器的數據,按照線性比例修改加工工藝參數,實現工藝參數的優化。

三結束語

盡管國內數控技術發展迅速,但國內數控加工精度與國外仍存在較大的差距,無法生產高精密的零件,嚴重阻礙了我國制造行業中精密加工技術的發展。通過數控加工過程中的工藝參數的優化,可在一定程度上提高零件的加工精度,實現數控加工的參數優化技術的研究對我國精密制造行業的發展具有重要意義,借鑒國外先進技術,并不斷投入研發人員,一定可以實現精密零件的制造,打破國外技術壟斷。

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作者:賈春剛 李祥福 單位:青島職業技術學院