数控车床自动化加工参数研究与优化

应用技术　

ｌ■　Ｃｈｉｎａ　ｓｅｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗ　

基于遗传算法的数控加工切削参数优化研究　

邹伟　

（西华大学机械工程与自动化学院四川成都６１００６５）　

［摘要］本文建立了切削参数优化的数学模型，设计了包含生产效率与生产成本的多目标函数，以切削力、切削功率以及进给量限制等因素作为约束条件，　并进行了详细的分析与处理。为切削参数优化提供了数学理论依据　应用了精英解保存策略，并融入粒子种群法的遗传算法，改进了遗传算法。并利用ＭＡＴＬＡＢ编　

程优化，开发了基于改进后的遗传算法的切削参数。利用优化对具体的加工实例进行参数优化，优化后的结果证明了切削参数优化系统的可行性与通用性。　［关键词］切削参数，数学模型　遗传算法　

中图分类号：ＴＧ５４７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９～９１４Ｘ（２０１４）０３—０３０２—０２　

一　数控加工切ｌ韩参数优化研究的内窖　

为了合理的选择数控加工切削参数，我们应该研究影响切削加工的每一个　

因素，但是由于时间和其它因素的制约，以及课题的需要，数控加工切削参数优　

化本文只考虑机床功率、零件材料、切削性能、加工方式相当较显著的影响因　

素。　

主要研究以下三个方面的内容：　

（１）数控加工切削参数的优化。　

（２）数控加工切削参数数学模型的建立；　

（３擞控加工切削参数优化的实现。　

：、数控加工目标函数建立　

１、优化目标和目标荫数　

使用的目标函数有最高生产率（单件平均最短生产时间）目标优化函数，单　

位最低加工成本目标函数，最大利润率目标函数，混合多目标优化目标函数等。　

本文采用多目标进行优化　

２、最高生产率（单件平均最短生产时间）目标优化函数　

生产率由完成产品制造所必需的时间Ｔ１来评估，它是一个金属去除率　

ＭＩＲ和刀具耐用度Ｔ的函数：ＴＩ＝ｔ＋（１＋Ｔ．／Ｔ）Ｖ／ＭＩＲ＋Ｔ　

其中：　，Ｔｈ，聊Ｖ分别为刀具的调整时间、换刀时间、非切削时间和去除　

金属的体积。　

基于切削参数的数控机床加工能耗优化方法研究

作者：刘霞 姚益平

来源：《河南科技》2020年第05期

摘 要：数控机床是制造行业中重要的组成部分，目前数控机床的能耗率普遍降低，过多的能源消耗会造成能源负担增加。针对这一问题，本文提出一种基于切削参数的数控机床加工能耗优化方法，通过确定切削参数优化变量及目标函数、增设数控机床加工能耗约束条件以及求解基于切削参数的数控机床加工能耗优化函数，实现对数控机床加工能耗的优化。对比试验证明，与传统数控机床相比，优化后的数控机床能耗明显降低，因此在实际的工业生产加工中具有更高的应用价值。

关键词：切削参数;数控机床;加工能耗

中图分类号：TG501 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）05-0073-03

Abstract： CNC machine tools are an important part of the manufacturing industry， at

present， the energy consumption rate of CNC machine tools is generally reduced， and excessive

energy consumption will cause an increase in energy burden. In view of this problem， this paper

proposed a method for optimizing machining energy consumption of CNC machine tools based on

cutting parameters， and achieved optimization of machining energy consumption of CNC machine

数控机床加工误差原因及对策分析

数控车床为零件加工的主要方式，对于零件加工具有较高的自动化水平，但是就实际情况来看，零件加工经常会因为设备自身或者操作不当等因素限制，而造成工件精度达不到专业要求，存在一定误差。零件加工精度最终由机床刀具与零件间相对位移误差决定，因此需要确定加工误差存在的原因，以降低误差为面对，采取措施进行优化。本文选择经济性数控机床为对象，就其加工误差与优化对策进行了简要分析。

标签：数控机床；加工误差；补偿

0 引言

数控机床零件加工经常会因为各项因素的影响而出现误差，即加工后零件实际几何参数与设计几何参数间存在一定偏差，导致零件精确度不能满足设计要求，最终只能作为不合格或者废品处理。以提高数控机床加工精确度为的目的，需要对各类加工误差原因进行分析，有针对性的采取措施进行处理，对存在的误差进行有效补偿。

1 数控机床加工误差分析

经济性数控车床对零件的加工，应用为步进电机开环伺服系统或者半闭环伺服系统来驱动刀具，在这个过程中就会因为受各项因素的影响而存在加工误差。一方面，数控机床自身因素。主要是因为数控机床所用构件精确度较低，以及机床装配过程中存在误差，导致零件加工后精确度达不到设计要求。针对此种误差原因，一般可以就高精度零部件进行更换，以及在装配环节做好控制，争取提高机床自身精确度。另外，对于部分技术能力可以达到要求的企业，还可以选择对步进电机构成的开环伺服系统进行适当的改造，使其成为闭环伺服系统，来提高零件加工精度[1]。另一方面，工艺操作因素。部分零件在加工过程中，会因为机床以及零件本身的热变形，造成切削、振动、装夹、磨损等细节存在误差。想要对此类误差进行补偿，需要建立补偿模型在CNC系统内补偿，实施难度比较大，对提高数控机床零件加工精确度需要重点研究。

2 数控机床加工误差原因与对策分析

2.1 数控机床自身原因

2.1.1 控制系统误差

（1）开环控制系统。开环控制系统并未设置反馈装置，数控信号为单向流程，并不能对移动部件实际位移量进行测量与反馈，进而会影响对加工过程中所存误差的调整。伺服系统性能决定了开环控制系统加工精确度，而伺服装置伺服元件多为步进电机，常见误差有步距误差、起停误差以及动态误差，对于不同的

・１０２・　科技论坛　数控系统的系统变量在加工自动化中的应用研究　陆帅陈志红　（国家知识权局专利审查协作北京中心，北京１０００００）　摘要：对系统变量在加工自动化中对刀具控制的应用进行了研究，实现了刀具参数补偿自动化和系统数据的通讯，避免人为操作　产生误差和劳动强度，从而极大提高了加工的效率、产品合格率和自动化程度。　关键词：系统变量；数控系统；自动化；参数补偿　１概述　随着制造业的发展和数控机床的广泛应用，对数控加工的自动　化程度和加工产品精度提出了更严格的要求。而在实际应用中，数　控机床能否实现自动测量和刀具补偿是提高自动化加工程度和精　度的关键，利用数控系统的系统变量和宏程序就可以解决这个关键　问题，从而达到提高加工效率、产品精度、实现自动化加工的目的。　本文研究了ＦＡＮＵＣ数控系统中刀具补偿的原理和操作方法，　实现了利用数控系统的系统变量和宏程序实现刀具补偿。实际应用　表明本文方法具有良好的效果和可观的经济效益，并可以推广到其　他数控系统中。　２刀具补偿及系统变量　２．１刀具补偿的原理及操作　在进行数控加工时，数控系统以刀具的中心或者刀架相关点为　参考点，通过控制这个参考点的运行轨迹来实现零件轮廓的切割。　然而，在实际切割过程中，与零件接触的削切部位是刀刃边缘或刀　尖，这个接触部位与作为参考点的道具中心或刀架相关点之间存在　一定的误差。为了消除这个误差，数控系统需要知道刀刃边缘或刀　尖与参考点的相对坐标，并在进行加工时按照相对坐标令参考点的　运行轨迹与加工零件的实际轮廓进行偏移，这个过程就称为刀具补　偿，刀具补偿包括刀具长度补偿和刀具半径补偿两种。　具体来说，在进行零件加工前需要测量刀具的长度、半径、位置　等作为刀具补偿参数，并在编制￣ｔｉ－Ｉ：：程序时按照欲加工零件的轮廓　参数编程，并把道具补偿参数输入具有刀具补偿功能的数控系统，　这样就可以加工出尺寸合格的零件。当道具产生磨损或更换时，更　改刀具补偿参数而不需要编写新的加工程序即可保证生产出尺寸　合格的产品。因此，刀具补偿可以保证产品合格率的同时提高加工　程序的重复利用率。　２．２系统变量　数控系统通常将变量分为局部变量、共用变量和系统变量。其　中，系统变量用“＃４或５位数字”来表示，利用系统变量可以得到机　床处理器或ＮＣ内存中的只读或读／写信息，如机床处理器相关的　交换参数、机床状态参数、加工参数等。由于不同的数控系统使用的　系统变量规定不同，在使用系统变量时需要根据使用手册和说明书　进行设定。　３系统变量在铣削加工的应用　以铣出一条对槽宽有精度要求的封闭沟槽为例，若能够合理利　用刀具补偿就能够大大减小工作量，同时生产出合格的零件。　当加工封闭沟槽的内轮廓时，需要把刀具补偿值设定为刀具的　实际半径；加工封闭沟槽的外轮廓时，需要把刀具补偿值设为“沟槽　宽度一刀具半径”。这样，在进行内外壁加工时可以使用同一个加工　程序，只需要通过修改刀具补偿值就能实现沟槽的内外壁加工。如　果需要进行精加工，所设置的刀具补偿值需要考虑精加工余量，在　加工内轮廓时需要在刀具补偿值的基础上加上余量，在加工外轮廓　时在刀具补偿值的基础上减去余量。　按照上述方法进行１个切深需要进行四次“ＭＤＩ输入刀具补偿　值——启动——加工——停机”的过程，则Ｎ个切深需要４Ｎ个循　环才能完成。若采用系统变量自动修正刀具补偿值，则只通过一次　循环就可以完成Ｎ个切深。其实现过程如下：　（１）将刀具补偿的输入方式调为ＭＩＤ，输入刀具补偿表，该表包　括刀具的实际长度和半径，若刀具存在磨损，还需要将刀具的程度　磨损值和半径磨损值输入该表。　（２）利用系统变量记录刀具的实际形状值和磨损值。　（３）创建分层切削加工循环，每完成１次切深，要在记录刀具长　度形状值的系统变量上增加一个切深值变化量。当切削加工循环　执行到加工零件的尺寸时，再进行精加工循环，需要注意的是：进行　到倒数第２个循环时要同时考虑精加工余量和切深来修正刀具长　度形状值的系统变量。　（４）进行内外轮廓的粗、精加工时，需要对加工循环按照内轮廓　进行编程，即以内轮廓作为道具中心轨迹进行编程，刀具半径的补　偿值按照实际刀具半径进行补偿即可。对内轮廓的粗加工需要为精　加工预留加工余量，所以刀具半径的补偿值是刀具实际半径与精加　工余量的和；对外轮廓进行精加工，刀具需要先向槽外偏移１个槽　宽Ｂ，再向槽内偏移１个刀具半径Ｒ，所以此时刀具补偿值为Ｂ—Ｒ。　（５）调用内轮廓子程序进行加工。需要注意的是：在子程序开始　前应调用刀具并建立长度补偿和半径补偿，在子程序结束时需要取　消刀具、长度补偿、半径补偿。　（６）结束内外轮廓的粗、精加工的循环。　（７）结束分层切削加工循环。　（８）将刀具补偿表中的值恢复为加工前的值。　（９）加工结束。　结束语　灵活使用数控系统的系统变量实现刀具补偿，可以有效提高加　工效率和自动化程度。该方法可以有效避免人为错误，提高产品合　格率，为企业生产带来巨大效益。　参考文献　【１】董丽华．数控加工编程与操作实用技术［Ｍ】．北京：电子工业出版社，　２００６．　［２１黄娟．数控系统的系统变量在加工自动化中的应用　机械制造与　自动化，２００８（６）．　【３１关颖．数控车床【Ｍ］．沈阳：辽宁科学技术出版社，２００５．　陈益林，卢端敏．系统变量在数控铣削加工中的应用研究［Ｊ］，组合　机床与自动化加工技术，２０１　１ｆ６１．