一种数控加工切削工艺参数优化方法与流程

本发明属于数控加工技术领域，涉及一种数控加工切削工艺参数优化方法。

背景技术：

近十几年来，通过项目科研条件保障和生产线技术改造，企业的高速、高效、高精度的数控机床得到了大量应用，操作人员的多年经验所得形成了数控加工的设备主轴转速、刀具切削进给量等工艺参数，高强度铝合金零件数控加工的切削速度达到了300-600m/min，铸铁零件的数控铣削切削速度达到了80-110m/min，数控机床的主轴功率利用率达到了10％-20％，数控加工技术的应用对发动机科研生产起到了积极的推进作用。

原技术方案的主要技术缺陷是：一是高强度铝合金和铸铁材质的零件铣削加工工序存在生产周期长、加工效率低、质量不稳定、刀具损耗大等现象，影响了多品种型号发动机的生产效率。二是数控设备的主轴功率利用率较低，数控加工技术的整体水平存在极不平衡的现状，数控加工技术的综合效应和优势远远没有发挥出来。

造成这种现状的主要原因是数控切削参数人为的制定和缺乏合理的选择。而对于高速切削加工来说，切削加工稳定性是高速加工技术的关键性因素，传统来源的切削参数难以完全满足高速切削加工的要求。

技术实现要素：

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种数控加工切削工艺参数优化方法，实现对数控加工的设备主轴转速、刀具切削进给量等工艺参数进行优化。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种数控加工切削工艺参数优化方法，应用数控加工参数优化软件，通过测量和输入基础数据，用仿真优化法获取优化的工艺参数，再通过零件的实际试切试验或实际应用修正，进一步对工艺参数进行优化，最终用于数控加工。

其中，所述基础数据包括数控设备的设备参数、运行信息及实际铣削情况数据。

其中，所述运行信息包括所加工零件和所采用刀具的参数信息。

其中，所述实际铣削情况数据包括数控设备刚性、切削力、主轴功率利用率。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的数控加工切削工艺参数优化方法，在参数优化的基础上，实现了典型关键件数控铣削效率在原来基础上平均提高30％，数控机床主轴功率利用率平均提高45％，材料去除率平均提高30％，节能降耗20％以上，并形成发动机关键件数控高效加工工艺规范和数据库，为数字化制造工艺的设计提供技术支持。

附图说明

图1为本发明方法原理图。

图2为实施例锤击装置图。

图3为模态拟合与优化。

图4为颤振稳定性叶瓣图。

图5为系统频响曲线。

图6为转速-切深稳定域曲线。

图7为瞬时动力学时域仿真曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明方法的思路是应用数控加工参数优化软件，通过测量和输入基础数据，用仿真优化法获取优化的工艺参数，再通过零件的实际试切试验或实际应用修正，进一步对工艺参数进行优化，实现工艺参数“在应用中优化，在优化中应用”的自进化机制。

对铝合金和铸铁材料的零件数控铣削加工效率低的工序进行梳理和分析，采集统计需要高效加工研究的数控设备的基本信息(设备参数)、运行信息(承担加工的零件、采用的刀具等参数)及实际铣削情况数据(系统刚性、切削力、主轴功率利用率等数据)，为测试数据的输入提供依据。

通过对安装在数控设备上的刀具进行锤击试验，获得系统的实际频率响应函数，然后计算生成实际系统的固有频率、阻尼比以及模态刚度系数等模态参数，为稳定域的计算提供必要的条件。锤击装置如图2，该装置由力锤1、铣刀2、胶泥3、加速度计4、数据采集器5、计算机6、电荷放大器7组成，铣刀2一侧通过胶泥3连接加速度计4，另一侧布置力锤1，力锤1锤击铣刀2，铣刀2产生的振动通过加速度计4测量，测得数据经电荷放大器7放大，传送至数据采集器5，进一步由计算机对锤击试验数据反复拟合与优化，直到拟合曲线与实际测得的曲线基本一致，如图3所示。

颤振稳定域仿真是在对整个工艺系统模态和动力学模型分析的基础上，基于切削加工中的再生颤振理论，对加工过程中的颤振稳定域进行仿真计算，得出可指导实际加工生产的颤振稳定域图形及参数，形成颤振稳定性叶瓣图，如图4所示。

根据颤振稳定域仿真曲线图分析，曲线上方为非稳定切削区域，曲线下方为稳定切削区域。主轴转速越高，曲线波动越大。根据曲线波动稳定区优化选择主轴转速值、进给速度及主轴功率利用率。在颤振稳定域图形中，选择切削参数点时，应注意留一定的安全余量，亦即所选点要离稳定域图形有一定距离。当整个颤振稳定域图形中无较大稳定叶瓣时，可在所有叶瓣下方绝对稳定区右上角选取切削点参数，但注意转速不能超出机床许可范围。

以φ160硬质合金盘铣刀高速铣削机体气缸接合面为例，通过锤击试验得到“机床—刀具”系统频响曲线，见图5。

仿真得到的切宽为100％d、50％d、25％d三种情况下的转速-切深稳定域曲线，见图6，该刀具在加工过程中的瞬时动力学时域仿真曲线见图7。

经过工艺试验与验证，形成实际应用的高速铣削切削参数和铣削力如表1所示，对切削参数优化前后气缸接合面的切削情况对比，试切验证结果表明，获得的最佳切削参数能够指导生产，零件加工效率和质量有所提高，并能节约大量成本。

表1不同切削条件下实际应用的高速铣削切削参数和铣削力

由上述技术方案可以看出，利用取得的发明技术，对重点型号产品的多种典型零件在数控设备上进行了推广应用，取得了良好的效果。形成的数据库具有良好的可扩展性，工艺人员可以根据机床、刀具、工件等的约束条件进行合理选择，并可以据此对不同来源的切削数据做出对比，从而选择符合实际加工条件的切削参数，极大地减少了以往通过试切带来的经济和时间上的浪费。采用优化后的切削参数进行实际加工，典型关键件数控铣削效率在原来基础上平均提高32％，数控机床主轴功率利用率平均提高50％，材料去除率平均提高35％，节能降耗30％以上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种数控加工切削工艺参数优化方法，其特征在于，应用数控加工参数优化软件，通过测量和输入基础数据，用仿真优化法获取优化的工艺参数，再通过零件的实际试切试验或实际应用修正，进一步对工艺参数进行优化，最终用于数控加工。

2.如权利要求1所述的数控加工切削工艺参数优化方法，其特征在于，所述基础数据包括数控设备的设备参数、运行信息及实际铣削情况数据。

3.如权利要求2所述的数控加工切削工艺参数优化方法，其特征在于，所述运行信息包括所加工零件和所采用刀具的参数信息。

4.如权利要求3所述的数控加工切削工艺参数优化方法，其特征在于，所述实际铣削情况数据包括数控设备刚性、切削力、主轴功率利用率。

技术总结
本发明公开了一种数控加工切削工艺参数优化方法，应用数控加工参数优化软件，通过测量和输入基础数据，用仿真优化法获取优化的工艺参数，再通过零件的实际试切试验或实际应用修正，进一步对工艺参数进行优化，最终用于数控加工。本发明在参数优化的基础上，实现了典型关键件数控铣削效率在原来基础上平均提高30％，数控机床主轴功率利用率平均提高45％，材料去除率平均提高30％，节能降耗20％以上，并形成发动机关键件数控高效加工工艺规范和数据库，为数字化制造工艺的设计提供技术支持。

技术研发人员：王连宏;杨志强;李晓霞;张雪冬;李峥;白龙;吴鑫
受保护的技术使用者：国营第六一六厂
技术研发日：2019.12.26
技术公布日：2020.06.05