切削参数在数控加工中的优化分析

孙智杰

（山东工业职业学院，乳山 255000）

切削参数在数控加工中的优化分析

孙智杰

（山东工业职业学院，乳山 255000）

数控加工中切削参数对加工系统的工作效率和质量有着至关重要的作用，对切削参数不断进行优化对于促进加工制造业发展具有重要作用。本文主要对数控加工中切削参数的优化进行了分析，对其优化方法进行了探讨，以其能够为数控加工优化提供有益参考。

切削参数 数控加工 优化

在现代数控加工中，对切削参数进行优化主要依靠优化模型，通过优化算法寻找最优参数，以此来得到切削参数中最为优化的指标，为数控加工系统选择合理参数提供参考数值，提供切削加工相应科学合理模型，促进数控加工系统效率的不断提升，推动数控加工的不断发展。

1 优化理论在数控加工中的应用

优化理论是在微积分诞生年代便已出现的优化方法，但之前一直应用于航天、军事等方面，在制造业中很少得到应用，而随着计算机和网络的诞生，优化方法费用大大下降，优化效率大大提升，促使很多包括单纯形法、罚函数法以及共轭方向法等诞生，使得优化方法在工业领域得到了进一步推广应用。计算技术的不断发展，使得优化理论能够不断和计算机技术相结合，将优化理论推广到更多领域当中，使得优化理论在现代社会中创造出更多的经济社会效益，也得到了更多工业界的重视，从上个世纪70年代以来，随着信息技术的不断发展，人工智能、计算机仿真、计算机辅助等技术不断在制造行业中得到推广，优化理论也在制造业中得到了更大的应用发展，尤其是在数控加工系统当中，优化理论的应用使得数控加工系统效率得到质的提升，数控加工质量不断得到提高，成为制造业发展的重要助力。

2 切削参数优化分析

（1）建立切削参数优化模型。建立优化模型是将机械设计问题从物理模型转变为数学模型，使得能够利用数学算法对模型中的各项参数值进行计算，具体步骤包括根据设计要求确定相应的目标函数，确定设计约束条件，根据条件建立相应函数，决定相应变量和控制条件，完成模型的建立。在建立切削参数模型时，当将固定的机床参数、刀具和工件都确定之后，会对切削效率产生影响的就是切削的速度、深度、宽度以及进给量这几个变量，然后根据各个机床在生产过程中所用的刀具不同，通过不断试切来确定相应合理的切削宽度以及切削深度，并将这两个量定位已知量，这样，变量就只剩下进给量和切削速度两个。

在确定变量之后，确定目标函数，并以此来建议模型，其中将最大生产率定为目标，根据已知量和变量建立相应的函数在确定出相应函数之后，确定相应约束条件。由于机床在加工过程中受主轴转速、进给力、进给量、机床功率、切削扭矩和工件质量等限制，因而在进行加工过程中，应该满足以下几项约束条件：一是机床切削速度应该满足主轴转速的约束条件；二是进给量应该满足每齿进给量的约束条件；三是切削进给力应该要小于机床主轴的最大进给力；四是机床切削功率应该要小于机床的有效功率；五是零件加工应该要达到表面粗糙度的要求。

（2）选择合适优化算法。根据已经建立的数学模型，选择相应的优化算法，将其编制成计算程序输入计算机当中，这样系统能够根据计算来求得最优的参数值。在本次研究中，选择遗传算法作为优化算法，这种算法是基于自然选择理论以及自然遗传机制来进行寻找最优值的一种计算方法，对于非线性函数的计算是非常适合的算法。遗传算法的具体流程包括，首先随机产生初始种群，在个体数目一定的情况下，对每个个体染色体进行编码。然后计算个体适应度，接着根据适应度再来选择再生个体，其中高适应度的个体其选择的概率也高，低适应度的个体其选择的概率也低。然后按照交叉概率和方法来生成新的个体，最后新的个体所产生的新种群，然后重复第二步的过程。

将遗传算法应用到切削参数中，将优化参数的各个变量和在群体中适应值区域计算出来，解码后再进行编码，这样不断重复这个阶段就能够将最大生产率的范围不断缩小，使算法能够很快得到相应的最优值。在变化搜索区域时，对于适应值在零以上的个体进行解码然后再编码，对于适应值在零以下的个体则继续保持字符串编码，因为在变换搜索区域之后，对字符串编码进行变异操作，让个体能够重新复活，这样适应值也会随着提高，这样随着适应度的不断提高，被选中的概率也在随之变大，而适应度低的个体就会被淘汰，这样不断重复这个选择过程，就会最终将适应值最高的数值选择出来，也就是最合适的切削参数。在得出计算结果之后，运用相应模型对其进行分析判断，以此为根据来制定最优设计方案。

（3）对优化结果进行判断分析。在通过模型将优化结果计算出来之后，还要对优化结果进行判断分析，将以前根据经验得出的切削参数与优化结果进行比较，分析优化结果是否真的取得了优化效果，是否符合各项约束条件，是否满足切削加工系统的数据要求。而经过比较可以看出，采用优化结果能够显著提高机床的利用效率，而且能够大大减少机床切削的时间，提高单个工件生产效率，这样也能够提高工件加工质量。这也说明对切削参数进行优化，对于提高切削加工系统效率确实起着重要作用。有试验表明，在对切削参数进行优化后，单道工序优化能够减少0.96s切削时间，而在半精加工工序上则能够显著减少3.6s切削时间，每个零件加工时间能够减少112s以上。

随着计算机技术的发展，当前数控系统的运算功能不断完善，已经能够实现对加工实际工艺进行检测，并根据切削条件来选择最合适的切削参数，这样能够保证数控系统保持在最佳的加工状态中。而自控系统在切削加工中的应用，也使得加工系统能够根据切削热度、硬度、材料以及磨损状况等来对进给量和主轴转速进行调整，使切削加工系统能够不断获得最大材料切除率。近年来，随着计算机集成技术的发展，也兴起来计算机集成制造系统，使得切削工艺更加优化，朝着更加规范的方向发展。

4 结语

对切削参数进行优化分析对于提高数控加工效率，促进加工质量不断提升具有重要价值，而通过建立切削参数优化模型，采用相关算法对其进行参数优化则是目前进行切削参数优化的常用方法，利用此方法能够通过概率搜索的技术来对切削参数进行寻优处理，找到最合理科学的切削参数值，既科学合理又方便易操作，值得在数控加工系统中进行推广。

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[5]苏仲文.数控铣削工艺参数优化专家系统的研究[D].太原理工大学,2013.

CNC Machining Cutting Parameters Optimization Analysis

SUN Zhijie
（Shandong Industrial Vocational College,Rushan 255000）

CNC machining cutting parameters is essential for the efficiency and quality of the processing system,which has the effect on the ongoing optimization of cutting parameters for the promotion of the development of processing industry.This paper focuses on the optimization of CNC machining cutting parameters which were analyzed, discussed their optimization methods,and provides a useful reference for its CNC machining optimization.

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