基于虚拟加工的数控车削优化探析

周丽勤

【摘 要】随着车削技术的不断进步，人们对于数控车削优化的关注度也逐渐增强。为了做好车削加工过程优化，提升加工效率，就需要了解数控车削加工工艺，文章基于虚拟加工的数控车削优化的实证分析，希望可以对虚拟加工技术和数控车削优化有一个全面的认识与了解，从而为后续的研究奠定基础。

【关键词】数控车削；虚拟加工；优化

【中图分类号】TG519.1 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）12-0058-03

数控技术的基础在于设备的可编程自动化控制，设备可以按照设定的程序自动化地运行，这样就可以实现时间与空间上操作者与设备的相互分离，同时也可以满足机床与加工系统的智能化要求。

1 数控车削加工工艺

在进行数控车削加工之前，需要做好前期的工艺准备，如果制定的加工工艺不够科学，就会引发程序编制问题，影响加工精度。数控机床编制主要包含工作原理、性能特点及结构等内容，想要满足加工程序的实用性与合理性要求，就应该透彻地分析这一部分内容。只有掌握好编程的格式与语言，才能熟练地掌握加工工艺，确定切削用量，最终做好刀具及工件装夹方法的选择。

1.1 尺寸标注法

零件图尺寸标注法可以满足数控车床加工的要求，这一种方法有利于编程，同时也可以满足工艺、设计、编程原点及测量基准的统一。如果零件图上缺少设计基准，在不影响零件精度的前提下，应该做好工艺基准的统一，对转化的尺寸进行计算，这样就可以简化编程计算[1]。

1.2 精度和技术要求分析

在零件加工中，精度与技术要求分析非常关键。合理分析零件的尺寸精度及表面粗糙度，是满足加工方法、装夹方式、切削用量的基础与前提。精度和技术要求分析主要包含分析数控车削加工精度是否能够满足图纸的要求与标准，如果不满足，需要积极采取措施加以弥补，尽量为后续的工序留下余量；分析加工零件的精度及技术要求的合理性和完整性；针对图纸上有位置精度的则对其表面有一定的要求，确保可以在一次装夹之下完成；针对表面粗糙度要求较高的，可以选择恒线速度切削。

1.3 零件图分析

分析零件图是数控车削工艺制定的首要任务，主要是分析尺寸的标准方法、精度、技术及轮廓的集合要素。此外，也可以分析加工要求和零件结构的合理性，最终选择工艺基准[2]。

2 基于虚拟加工的数控车削过程优化实验

基于虚拟加工进行数控车削过程优化实验，分析其优化效果，这一实验主要是通过检测并且对比分析优化前后的切削力的实际变化，这样就可以做好切削功率、切削时间及材料去除率的对比，验证基于加工效率为优化目标的优化效果，且实验数据主要是利用八角环应变式的测力仪采集，因为难以在数控车床上进行安装，所以在CA6140车床上进行实验，利用人工的方式来调整不同加工条件下的切削参数应用方法，确保与数控加工效果类似，经过优化之后，主轴的转速使用变速器按照车床转速的档位来确定调节的精确性[3]。粗加工优化条件如下：刀具材料选用YT15，前角为14°，主偏角为75°，材料为45钢，刀尖圆弧半径为0.8 mm。如图1所示，实验工件需要做好前后的对比优化。

在分析毛坯图后发现，其切削深度变化较大，在数控编程中为了满足切削参数的要求，满足加工过程的稳定性及安全性要求，一般会按照最大的切削深度来做好切削参数值的设定。因此，为了满足最大切削深度，没有进行任何优化的主轴转速为350 r/min，进给的速度为0.15 mm/r。

在实验中，最高加工效率为数控程序优化的目标，约束条件见表1。

按照毛坯模型，在既定切削条件下进行虚拟的车削加工，对切削的直径与深度进行计算。按照直径与深度的实际变化情况，将表面加工程度分为3段，然后通过遗传算法，利用最高加工效率来计算进给速度及主轴转速，其优化结果见表2。

按照优化前与优化后的切削参数，就可以开展切削实验，然后对切削力进行检测，具体如图2所示。在优化之前，整个加工过程的主轴转速及进给的速度都是设置的定值，随着切削深度的增大，各个段落的切削力也在逐渐增大，但是各个加工段的时间是相同的。通过优化之后，每一个段落的切削力都在减小，并且明显缩短了加工所需要的时间，有利于加工效率的全面提升。

通过图2中的数据来看，加工的时间从原来的170 s缩短到80 s，效率提升超过50%，并且对于机床的切削能力也可以进行合理的利用，这样也可以大幅度地提升材料的去除率，满足加工效率的实际要求。

3 结语

总而言之，随着时代的不断发展，在制造业领域之中对于数控机床使用的频率在逐渐增多。通过本文基于虚拟加工的数控车削优化的实证分析，希望可以对虚拟加工技术和数控车削优化有一个全面的认识与了解，从而为后续的研究奠定基礎。

参 考 文 献

[1]向云红.数控车削加工工艺优化探析[J].湖南农机，2014（12）：19-20.

[2]刘志国.数控车削加工工艺的设计与优化[J].科技风，2013（14）：25-26.

[3]谢书童，郭隐彪.数控车削中成本最低的切削参数优化方法[J].计算机集成制造系统，2011（10）：2144-2149.

[责任编辑：钟声贤]