工艺参数优化在超精密飞刀铣削加工的分析

于雪梅 ，朱晓华 ，畅 莹

（1.淮海工学院 机械工程学院，江苏 连云港 222005；2.江苏省海洋资源开发研究院（连云港），江苏 连云港 222005）

电子元器件的超精细化生产与加工，越来越受到电子产品制造企业的重视。虽然现阶段可以使用单点金刚石飞刀直接进行纳米级别的元器件加工，但是从实际情况来看，元器件表面粗糙无法真正满足生产的需要。实践证明通过对加工参数的优化能够在很大程度上实现飞刀加工的精细化，提升铣削加工的效率，保证产品质量与生产需求。因此工艺参数的优化对于实现飞刀铣削加工的超精密性有着十分重大的现实意义。

1 影响飞刀铣削加工超精细的主要因素

飞刀铣削加工就其本质而言是一种断续加工，飞刀在一个周期中是对元件进行一次加工，从而使得加工元件沿着飞刀运行方向形成一定的高度残留，如图1、图2所示。由于这种高度残留与飞刀自身的运动特性有关，很难依靠其他技术进行削减与降低。高度残留的存在，就使得元器件在飞刀铣削加工之中形成粗糙的表面。而对于残留高度的研究，能够有效提升元器件加工的超精细化，满足工业生产的客观要求。

图1 不同主轴转速下工作的表面粗糙度Rt

图2 不同进给速度下工件的表面粗糙度Rt

（1）主轴转速与飞刀运行速度的影响。从图1、图2可以看出主轴转速与飞刀运行速度对飞刀铣削加工的精密性所产生的重大影响。在图1中，在同一飞刀铣削加工的正常运作下，不同转速对元器件表面的粗糙程度有着一定的线性关系，虽然从理论上来看，当飞刀铣削加工主轴的转速越高时，元器件表面应该越光滑。但是从实际加工情况来看，二者并没有存在必然的联系。从图2则可以看出，在不同的飞刀进给速度中，元器件表面的光滑程度呈现出有规律性的变化，理论上来说，当飞刀进给速度逐渐降低时，元器件表面的粗糙程度逐渐降低，趋于光滑。从加工实际来看，这种进给速度与元器件表面之间的光滑程度的关系基本上与理论相符合。

（2）切削纵深与飞刀回转半径的影响。不同的切削纵深对加工元器件的精密加工影响是巨大的。飞刀在进行铣削加工的过程中，其加工的精密程度并不与切削纵深之间保持正相关关系，不会呈现出出一种切削纵深越高，加工精密程度越好的比例关系，从实际的情况来看，不会随着切削纵深的减少而降低，这是因为当飞刀的切削纵深达到一定程度之后，飞刀对于元器件的切削半径相对得到增加，切削角度也由正变负，影响飞刀加工的精细化操作。

2 工艺参数优化的严谨算法及遗传算法

（1）采用科学严谨的算法。要提升飞刀铣削加工的精密操作，工艺参数的优化须更新观念、不断创新方法。飞刀铣削加工的超精密操作不仅仅是一个技术性的生产与加工过程，还是一个生产观念不断更新、与时俱进的过程。从飞刀铣削加工的实际情况来看，现阶段已经可以实现纳米级别的电子元器件加工，但是由于加工参数调试方面的不足，使得飞刀铣削加工的生产效果难以满足实际的需要。为此就需要我们立足于现有的加工技术，不断进行自我观念的更新，采用科学严谨的算法，从更为全面的角度上进行生产参数的确定与优化，合理化处理各种数据之间的关系，实现飞刀铣削加工的超精密化。

（2）借助于遗传算法。工艺参数优化在超精密飞刀铣削加工的应用必须要遵循科学性的原则，只有从科学的角度对飞刀铣削加工超精密化的加工条件以及工艺参数自身特性进行细致而全面的考量，才能够最大限度地保证工艺参数优化，满足电子元器件超精细化生产与加工的要求。为此我们使用遗传算法进行工艺参数的优化。所谓的遗传算法是指根据自然界生物进化的运行模式，进行结果的优选。借助于遗传算法能够使得工艺参数具有全局性以及结果选择性等优点。通过将遗传算法融入到工艺参数优化的过程中，能够有效使主轴转速与飞刀运行速度、切削纵深与飞刀回转半径之间的关系合理化，使飞刀在对电子元器件进行铣削加工的过程中，能够最大限度降低残留高度，保证电子元器件表面的光滑程度，实现铣削加工的超精密化。

3 工艺参数的优化必须遵循易操作原则

为了保证工艺参数的优化能够真正满足超精密飞刀铣削加工的需要，就需要利用信息技术以及计算机软件系统对工艺参数的优化加工进行不断验证与调整，只有这样才能够保证工艺参数能够满足实际加工的需要，满足电子元器件表面超精细化处理的需求。工艺参数优化在超精密飞刀铣削加工的应用必须要遵循易操作的原则。由于大多数工业生产场地的环境较为简陋，难以实现飞刀铣削加工的细致处理与操作，为了适应这一现实状况，工艺参数优化在超精密飞刀铣削加工的应用的过程中，就要尽可能增加工艺参数自身的容错率，减少外部环境对工艺参数优化在超精密飞刀铣削加工生产活动的影响。同时，工艺参数优化在超精密飞刀铣削加工的应用必须进行简化处理，降低操作的难度，使操作人员在较短时间内能进行正常操作，保证加工项目的效率与效益，使得生产任务能够按期完成。为了保证操作，一般按照随机的方法进行100组数据的选取，并对工艺参数的变异概率进行统计与计算，并且进行迭代计算，最终得出优化参数，实现对工艺参数的有效监控以及规律性调整，使得工艺参数满足超精密飞刀铣削加工的需要。