数控加工中参数优化探析

摘要：工业生产中对零件的加工精度和装配精度要求越来越高，尤其在精密制造领域。随着零件的设计形状日趋复杂，传统的机场无法满足精度要求，数控机床已经成为现代制造领域中不可或缺的加工设备，复杂曲面的加工可通过多轴联动的数控加工中心实现。在数控加工过程中除了对机床上各个零件的加工精度和部件装配精度要求较高，机床加工过程中的各个参数设置对工件的精度有十分重要的影响。本文结合传感器知识对机床各个加工位置进行检测，分析各个工艺参数对加工精度的影响，设计相应的机床工艺参数优化算法，实现数控机床的高精密加工，为未来数控加工中参数优化设计提供一定的参考，具有一定的指导意义。

关键词：数控加工；参数优化；分析

随着我国制造业不断发展，在精密制造领域对零件的精度要求也越来越高，尤其在发动机、减速器等关键零部件的制造过程中。通过数控加工可实现较高精度的零件的制造，但数控加工中依然存在加工精度无法满足设计需求的问题。除了数控加工中心的装配精度对零件加工精度影响较大之外，在机床加工过程中由于工艺参数的设置对零件加工精度的影响是制约零件精度进一步提高的关键因素。因此，零件最终的加工精度与数控加工中工艺参数的配置、调整以及优化存在直接关系。本文首先从机床加工过程中的检测入手，获取加工过程中机床的状态，并根据机床的工作状态调整机床的工艺参数，使机床工作在最优的加工状态下，在不增加数控机床功率和负载的基础上，提高机床的加工效率，并获得最终的高精度工件。

一数控加工中各参数检测

调整和优化工艺参数之前，首先应该获得机床当前的工作状态，若没有准确的机床的工作状态，机床的参数优化就没有依据，无法实现高精度的零件的加工。因此，本节主要介绍机床工作状态的检测方法和检测参数。

（一）切削力检测

机床的切削力与机床的振动状态和被加工零件的受力情况密切相关，保证机械加工中切削力的平稳变化，可以减少机床的抖动，减少零件表面的加工刀痕，保证零件表面的加工精度。切削力的检测方法有如下几种：刀具内部安装力传感器。切削力的主要来源是刀具与工件刚性接触产生的，因此，在刀具内部安装力传感器可直接检测切削力；通过力矩传感器间接测量。某些刀具形状结构复杂，无法直接在其内部安装力传感器，因此，通过在主轴上安装力矩传感器，可通过几何关系间接求出切削力；通过主轴功率检测切削力。主轴电机的功率可通过读取电机的参数得到，根据主轴的功率也可间接求出加工过程中切削力。

（二）机床振动检测

机床振动也是影响机床加工精度的最主要的原因之一。产生机床振动的原因主要有以下几种：1.机床主轴转速设置不合理。在低速切削加工时，机床会产生一定的抖动现象；2.进给量设置不合理。机床的进给量直接影响机床的切削力，机床的切削力大，导致主轴受力增加，在主轴高速旋转时产生振动。现阶段常用的机床振动检测大多数通过加速度传感器实现。在机床主轴位置安装加速度传感器直接进行主轴振动的检测，在机床各轴上安装加速度传感器可测量加工过程中哪根轴的振动现象最明显，在后续的参数优化过程中，主要针对此轴进行优化设计。

（三）机床温度检测

数控机床加工时，机床某些部位出现一定的温度变化，如主轴位置、工件、机床床身等。机床和工件的温度升高会导致机床和工件的热变形，影响工件的加工精度。通过在机床各个位置安装温度传感器对机床温度变化进行检测，并针对温度变化情况，调整机床的进给量和冷却液的开关等。

（四）刀具磨损检测

刀具磨损对零件最终的尺寸精度和表面精度有重要的影响。刀具磨损导致刀具的回转半径发生变化，若在加工过程中没有及时将刀具半径补偿加入数控代码中，将会直接导致零件的加工尺寸与设计尺寸出现较大的偏差。此外，由于刀具磨损，导致刀具的切削刃口磨钝，锋利程度与刀具未磨损时存在较大的差距，在工件加工时导致工件的变形质量不满足要求。在刀具从刀库中取出安装在主轴上之前对刀具进行尺寸检测，并将检测数据存入数控系统中作为输入应用在机床加工参数的优化中。

（五）工件加工精度检测

在零件加工过程中，加工工艺参数优化调整的主要目的是保证零件的尺寸精度，因此，在加工过程中检测零件的尺寸，并将检测尺寸与理论设计尺寸的差值补偿到加工过程的各个工艺参数中，实现数控加工的闭环控制，保证工件的尺寸精度。

二数控加工参数优化

（一）进给速度优化

机床的进给速度影响工件的去除量和表面精度，基于数控加工中心的零件制造可实现复杂曲面的加工，根据机床温度变化情况、工件的尺寸精度调整机床进给速度，机床主轴温度过高，提高机床的进给速度可避免刀具在零件上同一位置停留时间过长，防止工件出现过磨现象。在零件尺寸较小的位置或较薄的位置，应尽量提高进给速度，防止将零件较薄位置的材料切除，导致零件报废。主轴转速优化

（二）进给量优化

根据检测出的切削力的数据，适时地调整机床的进给量，保证切削力平稳的变化，避免出现切削力的突变，在工件表面产生刀痕。若在加工过程中检测到切削力突然变大，则证明切削深度急剧增大，此时，通过合理调整进给量使切削力保持平稳变化。

（三）主轴转速优化

在高速精密加工领域，大多数通过主轴的高速旋转实现工件精度的控制，且高速加工中工件的形变较小，避免了由于工件的热变形导致无法保证工件尺寸精度的现象。根据各个传感器数据，建立工件精度控制模型，对加工过程进行参数优化控制，保证零件的加工精度。首先，通过控制变量法对影响数控加工精度的各种因素进行单一变量的数学模型的建立，推导出各个因素与数控加工精度的数学公式，并根据对比分析，挑选出影响数控加工精度的关键因素，并根据影响的程度对各个影响因素划分影响等级，在后续的参数优化计算中，重点优化关键影响因素。针对第一节中影响零件加工精度的各种因素，结合上述工艺参数与零件加工精度的关系，根据单个变量与零件加工精度的关系可以得出相应的数学公式，将各个影响因素作为自变量、零件加工精度作为因变量建立出多参数的数学模型，根据数学模型中参数的影响程度，依次对数控加工过程中各个控制环节进行定量控制，保证零件的加工质量。

在数控加工中工艺参数的优化控制中最重要的优化依据就是各个传感器测量的数据，因此，进行参数优化控制前应通过各种传感器和监测技术对机床上各个影响零件加工精度的变量进行检测，将检测数据经过数据处理后，作为输入参数输入数控系统中，根据优化模型得到最终可人为控制的参数补偿量，实现零件加工精度的精确控制，保证零件的质量。数控加工参数优化控制模型可以根据零件加工精度要求设计，可以进行精确的调整控制，也可通过对各个参数变化趋势的微调实现控制。精确调整需将模糊算法、神经网络算法等智能算法应用在优化模型中，根据传感器的数据预测零件的加工状态，并根据传感器数据得到准确的参数数据。微调控制较为简单，即在各个工艺参数前乘以一个变量作为调整系数，根据传感器的数据，按照线性比例修改加工工艺参数，实现工艺参数的优化。

三结束语

尽管国内数控技术发展迅速，但国内数控加工精度与国外仍存在较大的差距，无法生产高精密的零件，严重阻碍了我国制造行业中精密加工技术的发展。通过数控加工过程中的工艺参数的优化，可在一定程度上提高零件的加工精度，实现数控加工的参数优化技术的研究对我国精密制造行业的发展具有重要意义，借鉴国外先进技术，并不断投入研发人员，一定可以实现精密零件的制造，打破国外技术垄断。

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作者:贾春刚 李祥福 单位:青岛职业技术学院