加工工艺与仿真

加工工艺与仿真（精选10篇）

加工工艺与仿真 篇1

摘要：通过单因子试验找出电压、脉宽、频率及加工速度对表面粗糙度的影响规律, 然后利用二次通用旋转组合设计对试验参数的回归方程进行误差的拟合和预测, 最后通过仿真模型找出了加工工艺参数与加工质量的定量规律和网络模型。在此基础上得到本次试验中最优的参数选择方案, 以及误差精度最小的仿真模型。

关键词：激光切割,仿真,二次通用旋转组合设计,BP神经网络

0 引言

随着工业技术的广泛应用以及CAD/CAM的引入, 激光切割技术正朝着自动化方向发展。很多学者对激光进行了大量的研究, 特别是在对激光的切割速度、辅助气压、焦点位置、喷嘴高度等进行了研究分析, 达到了比较高的水平。但对切割零件表面粗糙度的研究还是较少[3], 特别是对于影响表面粗糙度的一些因素。本文是在这些研究成果基础上, 通过研究电压U、脉宽Th、频率f及加工速度v对表面粗糙度Ra的影响和数据分析, 并对因子的参数进行仿真分析, 以此达到试验目的[4,5]。

1 实验设计

1.1 实验内容

本试验重点考虑研究电压U、加工速度v、脉宽Th及频率f对表面粗糙度Ra的影响, 测得参数对表面粗糙度的影响, 并找出规律。

1.2 试验设备及参数

本实验是采用KJG150300 500W YAG金属切割机, 波长是1.064μm, 脉宽为0.1~1.5 ms, 频率从1~150 Hz可调, 切割速度范围可从0~100 mm/min中选择。

1.3 零件材料及尺寸

零件材料为厚度为1 mm的不锈钢板。切割零件的材料为Cr17的不锈钢板, 形状为长15 mm、宽9 mm、高1 mm的长方体, 其零件形状如图1所示, 并用TR200粗糙度仪测量切割零件的断面粗糙度[6]。

1.4 单因子试验

当电压、脉冲宽度、频率和加工速度其中三个不变的情况下, 测试一种因子对零件的断面粗糙度的影响, 并分别绘制出电压, 脉冲宽度, 频率和加工速度对断面粗糙度的影响规律, 如图2~图5所示。

由图2看出随电压增大, 断面粗糙度逐渐减小;从图3得知脉冲宽度从0.9μs到1.2μs变化过程中断面粗糙度随脉宽增大而逐渐减小, 其递减速率逐渐加快, 而在1.2μs到1.3μs之间断面粗糙度又突然增大;由图4看出随着脉冲频率逐渐增大, 断面粗糙度慢慢减小;由图5看出加工速度从8 mm/s到10 mm/s变化过程中, 断面粗糙度随速度增加而减小, 加工速度从10 mm/s到12 mm/s, 断面粗糙度又开始变大[7,8]。

1.5 二次通用旋转组合设计

通过二次通用旋转组合设计, 计算出电压U、脉宽Th、频率f、加速度v与断面粗糙度Ra之间的回归方程, 并对回归方程进行误差曲线拟合和预测[4,5]。

1.5.1 试验因素的选择

由单因子实验可得, 试验因子取值范围如下:电压U为460~500 V, 脉宽Th为0.9~1.3μs, 频率f为80~120 Hz, 加工速度8~12 mm/s[4]。

1.5.2 试验次数确定

中心组合设计方案, 试验总次数为

其中:mc为试验次数;m0为中心点试验次数;p为因子数。

由p=4, 查上表可得n=31,

1.5.3 回归方程的求解

1) 已知p=4, n=31, 按照如下公式求出Bj、Bjk、Bjj:

2) 按公式求回归系数。

K=0.142 857 1, E=-0.035 714 2, F=0.034 970 2, G=0.003 720 23, 又由mc=16, γ=2, 得h=mc+2γ2=24, 带入如下公式:

可得回归方程为

1.5.4 回归方程的曲线拟合

所以得到表面粗糙度的拟合曲线为

图6和图7所示为采用传统工艺建模方法的拟合精度误差曲线和预测精度误差曲线。

由上图拟合可以看出回归方程所得拟合误差非常大, 对实际指导意义不大。

2 BP神经网络设计

对数据进行归一化处理后, 采用newrff函数创建BP网络, 设定学习函数为learned, 学习速率为0.01, 设定显示率为1, 最大轮回次数为200, 目标误差为0.001。BP网络训练过程的误差曲线如图8。

图9和图10所示采用BP网络建模方法的拟合精度误差曲线和预测精度误差曲线。

3 结论

1) 通过单因子实验可以看出, 断面粗糙度随电压增大而逐渐减小;随着脉冲宽度呈“V”字型变化并且在1.2μs时最小;随着脉冲频率逐渐增大而逐渐减小;随着加工速度呈“V”字型变化在10 mm/s时最小, 呈现先减小后增大变化规律。

2) 在二次通用旋转组合设计试验中, 用该回归方程对试验数据进行拟合和预测时发现, 其误差太大。通过BP网络仿真后的拟合和预测数据, 其精度大大提高, 其误差拟合范围在-3%~3%之间, 误差预测范围在-4%~2%之间。

3) 本文中只做了从已知输出电压U、脉冲激光的宽度Th和频率f、加工速度v, 预测断面粗糙度的仿真研究。并未通过对给定粗糙度, 进行输出电压U、脉冲激光的宽度Th和频率f和加工速度v的预测, 开发一个较成熟的工艺仿真系统。

参考文献

[1]徐路宁, 王霄, 张永康.激光切割板材的工艺处理[J].应用激光, 2002 (12) :533-538.

[2]司立众.激光切割钢板效率研究[J].制造技术与机床, 2012 (6) :149-152.

[3]阎启, 刘丰.工艺参数对激光切割的影响[J].应用激光, 2006 (6) :151-153.

[4]徐路宁, 张永康.激光切割工艺参数的数据库研究[J].电加工与模具, 2005 (2) :42-45.

[5]毕玉春, 汪小峰.浅谈激光切割技术[J].中国水运, 2007 (4) :194-195.

[6]何峋.激光切割钢板的若干工艺问题[J].电气制造, 2009 (1) :36-38.

[7]张潞英, 伍俊, 陈广义.一种改善激光切割表面质量的预估控制方法[J].佛山科技技术学院 (自然科学版) , 2013 (11) 1-3.

[8]齐忠军, 李晓明, 王涛.激光切割工艺在机械加工中的应用[J].农业科技与装备, 2014 (5) :63-64.

加工工艺与仿真 篇2

关键词：数控加工?传统机加工?工艺比较

中图分类号：TG65 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）09（c）-0091-01

随着科学技术的发展，特别是计算机科学技术的发展，使得数控加工成为可能，从根本上改变了加工企业的生产方式，成为加工企业发展过程中的一个新突破。数控加工与传统加工相比，在一些关键技术上具有比较大的优势，应当成为现代加工业未来发展的主要方向。但是从另一方面来讲，对于传统机加工中比较优良的加工工艺和技术方法，要积极应用于数控加工中，使数控加工发挥更大的功能，提高生产效率和產品质量，实现经济效益和社会效益的最大化。

1　夹具的选择

一般在数控加工中的夹具需要保证以下两点：1）机床坐标方向和夹具坐标方向之间要相对固定；2）机床坐标系尺寸和零件尺寸要相互协调，这是数控加工和传统机加工之间的一个比较明显的区别。在装夹工作中，一般包括定位与加紧两道工序，由于受加工能力的制约，传统机需要经过多次装夹最终完成加工，而数控机只需要进行一次装夹，因而大大减少了装夹所造成的误差。虽然在定位和夹紧工作中也可以使用专用夹具来提高工作的效率，但是由于设计和制造专用夹具成本较高，如果是小批量生产很不划算，因此不太提倡。这时数控加工工要充分发挥自己的优势，可以利用仪表调试进行定位，并用普通压紧原件进行夹紧，从而减少成本费用。

2　刀具的选择

由于数控加工与传统机加工的工艺和方法不同，因此所使用的刀具也存在一定的差异。数控加工中特有的高速切削技术在提高加工效率和质量、缩短加工周期、以及减少切削变形等方面具有非常明显的效果，从而与传统机加工相比，对切削刀具也有了更高的要求。同时，随着刀具制造商角色的变化，刀具行业也在一定程度上发生了变化，由原来的刀具生产供应发展成为现在的切削工艺开发和相应配套技术产品的开发，开始为用户提供更加全面的服务和技术支持。

3　刀具路径

在传统机加工中，主要由工人自己来把握刀具的路径，不可避免地会产生一定的误差；而在数控加工中，在程序编制中就已经确定了刀具的路径，且准确度较高。具体来讲，数控加工与传统机加工相比，在刀具路径方面的优势主要体现在以下几个方面：在设置进退刀时采用的是螺旋与斜坡方式，按照切线方向有规律地切入切出；满足等载荷和等量切削的条件；金属切除率尽可能地保持恒定状态；采用分层加工的形式；在行间往复和拐角运动时，利用线性延伸过渡、不延伸过渡、以及圆弧延伸过渡等形式，避免全刀宽切削和切削方向的急剧变化等。

4　加工方式

数控加工的特性使得在传统机加工中应用比较少的一些加工方式得到广泛应用，比如传统机加工中的悬臂镗被数控加工中的调头镗所替代，孔位加工中的休整法、孔刀法、以及充填法等分别被数控休整法、背镗法、以及圆弧插补法等所取代。硬切削作为一种新出现的加工工艺，对于提高工作效率、减少成本支出等方面具有非常重要的意义，使得传统机加工中的磨削工艺面临巨大的挑战，切削取代磨削已经成为必然的趋势。同时与湿切削相比，干切削具有很多优点，是绿色制造工艺的一种，虽然也存在着切削变形加剧、工件加工质量难以保证、刀具耐用性能降低等缺陷，但是只要积极寻求有效方案加以解决，还是具有较大的优势。其中，数控加工中的高速切削摆脱了传统机加工中粗加工、半精加工、精加工、电火花加工、磨削加工等的加工工序，将其减少到一或两个工序，并且高速加工切割速度较快，在很大程度上减少了加工时间，提高了生产率和经济效益。

5　切削用量

在传统机加工中，由于机床的操作是由工人凭借自己的实践经验来进行的，从安全角度和控制能力方面来讲较为保守，，特别是对于比较复杂的曲面和曲线操作容易出现差错，所以切削用量必须要慎重选择。而数控机床是通过控制系统来进行实际操作，任何形面的加工过程都可以利用程序进行控制，刀具的运动轨迹比较灵活，可以根据实际需要来设定最为科学的切削用量，进而提高加工效率。当前高速加工中的粗加工实现了高进给率、高切削速度、以及小切削量的有机组合，不仅在工艺系统耐用度和加工效率等方面具有一定的优势，还能够降低刀具的损害程度，从而延长刀具寿命，这是传统机加工中无法实现的。

6　热变形

在切削的过程中不可避免地会出现一定的热变形，特别是在精加工阶段，一旦出现热变形将会对最终工件加工精度产生直接影响。在传统机加工中，由于各个加工阶段较为明确，各工序之间具有较长的缓冲时间，因此通过控制各道工序之间的间隔时间能够有效减少热变形。但是在数控加工中，由于需要连续对多个面进行加工，因此切削时所产生的热量无法有效的进行转移，使得热变形成为数控加工中比较突出的一个问题。为了减少热变形，一般在传统机加工中普遍使用切削液来冷却刀具和工件温度，但是这种外冷却应用很难喷到热影响区，导致冷却效果不佳。在数控加工中通过高压削断技术能够使切削液进入到刀片上表面与切削下表面之间最需要冷却的区域，从而达到有效降温的目的。

7　柔性度不同

传统通用机床的柔性较好，但是效率不高；而传统专用机床的效率很高，但是刚性强、柔性较差，无法适应产品频繁改型的要求。而数控加工想要加工新型零件，只需要改变程序就可以进行自动化操作，不仅效率高，而且柔性好，在激烈的市场竞争中具有比较明显的优势。数控加工工艺的出现是标志科学技术水平提高的一个重要体现，适应了时代和社会发展的要求。传统机加工为数控加工的出现提供了技术支持和保障，可以说数控加工是传统机加工的扩展和延伸，因此必须要充分了解和掌握它们各自的优缺点，不断创新，促进新型加工工艺的出现，保证加工质量，提高生产效率，降低加工成本，从而创造出更大的经济效益。

参考文献

[1]　吴霞，周太平.数控加工中的工艺与夹具设计若干问题探讨[J].煤矿机械，2010（2）.

[2]　曹小丽.浅析数控加工工艺参数和设备的合理选用[J].机电信息，2011（21）.

加工工艺与仿真 篇3

面向数控加工的仿真是目前CAD/CAM领域的一个重要的研究热点,并且已经取得了一些阶段性的成果,甚至有若干种数控加工仿真软件已经实现了商品化,如宇龙仿真系统、斐克仿真系统、宇航仿真系统等。这些数控加工仿真技术主要是为了验证数控程序的可靠性和预测切削加工过程。因此我们可以说,这些数控加工仿真技术解决的主要是切削仿真的部分问题,即防止干涉和碰撞的发生。然而,如果在一段数控加工程序中既有换刀又有转位等工步时,以上这些数控仿真软件就不能给出工艺合理性方面的校验,更不要说提出工艺方面的改进建议了。为此,我们研制了面向数控加工的工艺仿真系统(KDPSS)。KDPSS是一个三维铣削加工数控程序工艺仿真系统,它通过计算机完成加工过程的模拟,并在工艺知识库的支持下判断工艺的合理性。该系统能模拟多种数控系统所构成的加工环境;能检查NC程序在编制过程中的各种错误,包括词法错误、语法错误、切削参数选择错误、碰撞干涉错误等;而且其工艺知识库是一个开放的平台,可以针对不同企业、不同机床进行适应性设计。

1KDPSS系统的基本思路

KDPSS系统的基本思路是在计算机上模拟数控机床换刀、转位、切削等基本功能,实现对加工工艺和NC代码的检验,在计算机屏幕上动态仿真出零件加工过程中刀具的切削运动轨迹,实现非实际切削状态下对工艺过程以及数控代码的验证。系统采用面向对象的Visual C++作为开发工具,利用OpenGL技术来构造虚拟仿真环境,从而使得在不需要真实加工环境下评价数控加工过程成为可能。

2KDPSS系统的总体结构设计

图1为KDPSS系统总体结构图,其采用特征造型方式,即用零件、刀具、夹具和机床模型来构造加工过程,将加工过程视为一个四维时空,即空间的x维、y维、z维和时间维。系统主要分为以下3个部分:

(1)虚拟加工环境:虚拟加工环境由机床模型、零件模型、刀具模型和夹具模型构成,采用OpenGL和三维CAD对机床、夹具、刀具和零件进行造型。

(2)虚拟加工过程:包括数控代码翻译、工艺过程仿真、干涉碰撞检查、加工工时统计4个部分。

(3) 数控库及管理:包含工艺知识库、刀具库、机床库、夹具库等系统支撑数据库及对这些数据的管理。

根据数控代码的要求实现加工中心各个组成部分的协调动作是对数控工艺进行仿真的主要内容,只有工作台和刀具根据数控代码的要求进行动作,才能完成刀具和工件的准确定位,实现刀具与工件的相对运动,以加工出符合尺寸要求的工件。

3数控加工虚拟环境的建立

为了在OpenGL环境下得到完整清晰的虚拟环境,首先利用三维CAD完成对卧式加工中心模型、刀具模型、夹具模型和零件的构造,并经过一系列模型格式的转换,生成STL文件格式,然后在OpenGL的编程环境下,调用这些STL文件就可以形成仿真加工所需的三维模型。数控加工虚拟环境建立的流程见图2。

由于卧式加工中心结构比较复杂,在模型建造过程中分部件完成,主要分为加工中心床身、刀具以及沿x轴移动的工作台;然后根据各组成部分的局部坐标系与视觉坐标系的相对位置关系,在OpenGL的环境下对加工中心的模型进行第二次装配,最终在虚拟环境下形成卧式加工中心的完整模型。

4数控程序的翻译

数控程序翻译主要包括2个方面的内容,即检错和翻译。

(1)检错:

即按照该数控系统的编程规定和有关数控加工的常识对数控代码进行词法分析、语法分析,从而检查出该数控代码的词法错误、语法错误、逻辑错误(其中包括数据不合理、加工状态不合理等)。经过检错,若数控代码未被查出错误,则进入翻译阶段。

(2)翻译:

即从数控代码中提取控制机床部件和零件运动的有关命令动作和状态信息,将运动的数据按照位移和速度的变化划分成一系列时间片段,计算出各时间片段机床模型的坐标值并生成NC信息坐标文件,从而驱动机床模型和零件模型的运动,实现数控代码驱动的工艺过程仿真。数控程序翻译的工作流程见图3。

5数控加工工艺过程的仿真

加工过程的实时仿真是整个数控工艺仿真的核心。在仿真中,要显示数控加工过程,就必须实现动画功能,在保证一定精度的前提下,还要求一定的实时性。根据本系统的要求,我们利用OpenGL提供的双缓存技术可以很方便地实现动画功能。在双缓存模式下,帧存被分成2个视频缓存,即前台视频缓存和后台视频缓存。只有前台视频缓存的内容被显示,绘制函数所绘制的场景才能被送往后台视频缓存。当绘制函数调用结束,并完成了后台视频缓存的内容时,OpenGL便将它拷贝至前台视频缓存。由于这个视频交换的时间极短,肉眼感觉不出来,因此可以实现平滑的图形动画效果。具体程序如下:

wglMakeCurrent(m-hDC,m-hRc);//当前化渲染场景

RenderScene();//调用函数,具体绘制OpenGL图形

SwapBuffers(m-hDC);//交换帧存

wglMakeCurrent(m-hDC,NULL);// 非当前化渲染场景

函数SwapBuffers()用于将后台视频缓存拷贝到前台。在调用函数RenderScene()完成OpenGL的场景绘制之后,需要调用SwapBuffers()以更新屏幕显示。

在数控工艺仿真过程中,对NC程序采取逐句执行的方法,使用nr变量进行记数。当该语句执行完毕后,即工作台和刀具都已运动到指定位置或相差很小时,nr加1,开始执行下一句。在执行每一条数控语句的过程中,利用NC信息坐标文件中存储的数据来控制工作台或刀具移动的终点,即当工作台或刀具的位置还没有达到要求的位置时,控制其位置的变量递增或递减,以实现工作台和刀具的相对运动。递增或递减的量由进给脉冲步长来控制,这样可以保证工件和刀具的相对位置精度。

从工程应用的角度而言,衡量数控加工仿真系统性能完善与否的最重要指标是其计算和图形显示的精度和速度。本系统使用智能缓存技术每次仅更新屏幕显示的变化范围,仅仅是机床工作台和刀具很小的一部分,这样大大加快了显示运行速度。

6结束语

KDPSS系统利用OpenGL技术完成了数控加工虚拟环境的建立,并且通过对数控代码的翻译实现了数控机床尤其是卧式加工中心换刀、转位、切削等工艺过程的仿真。并且在工艺知识库的支持下,实现了对工艺合理性的判断。

摘要：介绍了一个用于数控铣削加工的NC程序检验仿真系统,目的是通过计算机完成加工过程的模拟,以便实现离线检查数控工艺和NC程序的正确性。叙述了系统的NC代码检验、仿真显示等主要功能模块的实现技术。

关键词：数控加工,NC代码,加工工艺仿真

参考文献

[1]江燕,赵新.数控编程系统的研究[J].电子机械工程,2000(2):18-20.

[2]金宇松,李蓓智,王庆霞.基于典型工艺的NC自动编程工具[J].组合机床与自动化加工技术,2004(8):1-5.

加工工艺与仿真 篇4

【关键词】数控加工工艺 编程 教学方法 实践 综合能力

中图分类号：G4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2014.03.004

一、课程建设背景

最近二十年，我国数控产业发展迅速，1998～2004年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为39.3%和34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国。《数控加工工艺与编程》是许多高校机械类专业的一门重要基础课程，同时也是数控技术方向的专业核心基础课程之一，同时它又是一门专业性与实践性都较强的专业课程。该课程的主要任务是使学生对数控加工过程及原理和方法有广泛而深入的实质性理解，为后续数控技术的专业学习奠定理论与实践基础。

二、师资队伍建设

鉴于《数控加工工艺与编程》这门课程自身的特殊性，它要求教师必须同时掌握扎实的数控加工工艺与数控编程的理论知识和熟练的数控机床操作技能。这就要求教师不仅要经常为自身的理论知识充电，还应该多进行数控机床实际操作甚至是零件的生产。在每次外出的学习或者交流中也要利用机会接触更多的行业最新情况，以便掌握数控机床与数控技术最前沿的发展趋势和动态，扩充自身的知识面，为课程的讲解做好知识储备。

三、理论课教学方法建设与实践

1.根据教学目标制定教学内容。对高校教育来说，教科书从某种程度上来说只是主要的参考书，教师的授课内容不应仅限于此，而必须具有一定的前瞻性、开放性和实用性，这对于培养学生的创新意识是非常重要的。在教学组织过程中，首先以数控加工工艺方案制订和加工程序编制为基础，然后充分注意到各类不同机床加工程序编制的共性，同时重视各类机床程序编制的不同特点，让学生建立清晰、完整的数控机床程序编制的概念，同时应适当增加工厂实际情况的讲解和最新前沿技术方面的知识普及，为接下来的实践教学和学生就业后即将遇到的实际问题打下坚实的基础，使学生能够更好的适应社会。同时应重视探究性学习，我们将一些工厂中实际生产的零件作为例题向学生进行讲解，并组织和引导学生对该零件进行分析和探讨，形成互动良好的学习氛围，有效提高了教学效果。

2.采用多媒体电化教学。我们采用的《数控加工工艺与编程》课件内容丰富，它可以提供大量的信息，包括文字、图像、动画、影像和声音等，这样可以增加学生直观感受，使学生更容易理解教学内容，同时也为老师节省了大量教学时间，尤其为启发式教学方法创造了有利条件。在教学中把现场实录视频、实物照片等在大屏幕上播放，再辅助以文字说明，使学生很快就能了解零件的实际加工过程，部分的弥补了学生没有实际操作经验的问题。例如在讲解数控铣床的一些代码的差异时，我们常先播放加工视频，引导学生产生疑问，最后再进行详细分析。这样，既吸引了学生的注意力，又能让学生准确地掌握相关知识点，且印象深刻。

四、实训课教学方法建设与实践

1.进行数控仿真模拟与练习。

首先，由于本门课程是学生最初接触的专业基础课程之一，因此他们对数控机床接触甚少，如果直接就让他们上机床操作不一定会产生很好的教学效果，甚至会引发一些安全事故。因此，在亲自动手操作数控机床之前让学生先用仿真软件模拟真实的数控加工过程，一来可以起到进一步加深巩固的效果，二来可以为实际操作机床打下更牢固的基础。比如，在让学生操作FANUC-OIM系统的加工中心前，我们会先利用斯沃数控仿真系统调出该系统的加工中心让学生先熟悉控制面板和一些操作按钮，然后再让他们自己编一些简单的程序加工出来，同时还要给他们强调安全注意事项。如果一些同学学习过自动编程，那么也可以利用这样一个虚拟的平台完成整个操作流程。这样，当他们接触真正的加工中心的时候，稍作讲解便会很快上手，而且做得很好。

2.产学研结合，打破学校围墙、开拓学生眼界。

近年来，我们与东风电机、XXX等著名企业建立了人才联合联系，经常组织学生和老师到企业进行毕业实习、毕业设计和学习培养等实践活动，实现了校、企优势互补、联合指导。学生通过到基地进行实践训练和项目研发，取得了很好的学习效果；通过参观实习企业，感受企业文化，了解企业生产过程，感受制造氛围，解决课堂中存在的实际问题，从而真正提高学生的综合素质；教师到基地学习也提高了综合能力。有时，我们也会有一些厂家提供的生产任务，这个时候我们就会带上学生严格地按照厂家的要求来生产产品，从而使学生第一次真正的参与进企业的生产中，为学生以后走进社会参加工作打下坚实的基础。

五、狠抓点滴小事，提高学生科学素养

1.注重作业训练。

作业是课堂教学的延伸，每一次的作业，是在充分掌握理论知识的基础上对课堂上老师所讲内容的梳理和总结，作业的内容尽量与生产实际相结合，尽可能启发学生创新思维。在解答数控加工工艺与编程作业的过程中，要求学生该简时一定要简，该繁时一定要繁。要写明自己的工艺方案和数控程序，从而养成严谨的学习态度。学生的平时作业一定要干净、整洁，促使学生养成认真细致的作风。虽然这看似小事，但通过这些小事，却可以培养一个人严谨的学习态度和作风以及良好的科学素养，这对学生将来参加工作是十分重要的。

2.实行教考分离。

成绩评定反映了对学生所学知识的认可程度，传统的纯知识记忆考试方式和终结考评形式在一定程度上约束了学生的思维，同时对学生造成了一定的思想压力，甚至会挫伤其积极性。在成绩评定中，加大平时成绩和实验成绩在总评成绩中的比例，其比例至少占总分的30%，由于这一方法促使学生注重平时的学习与积累，使许多学生不再“临阵磨枪”，既减轻了期末考试的压力又使学生更加注重平时的学习效果。

六、結束语

通过本门课程的教学建设和实践，提高了学生的兴趣，充分调动了学生的积极性和主动性，培养了学生获取知识、发现问题、解决问题的能力，使教学质量得到了明显的提高。《数控加工工艺与编程》具有较强的专业性，是数控方向的核心基础课程，因此在专业的教学方法建设上有较大的紧迫性。虽然目前我们在该门课程的教学上积累的一些经验，但在教学内容调整、教学质量保证、学生综合素质培养等方面，我们还将根据自身实际情况和未来行业发展做进一步的探索与实践。

参考文献

[1]刘全坤主编.材料成形基本原理.北京：机械工业出版社，2004.

数控车削仿真加工建模与软件实现 篇5

数控加工广泛应用于产品制造领域, 数控仿真也得到了广泛应用, 相对于传统的NC程序检验方法, 数控加工仿真更加安全、有效。它根据实际数控机床切削加工过程, 实现了系统的可视化建模仿真, 形象、逼真地模拟切削加工的全过程, 直观地显示切削过程中可能遇到的问题, 并通过反复修改、测试, 最终完成数控程序的编写与数控机床的调试。而数控切削仿真加工数学模型的构建成为系统实现仿真功能的关键和基础。

2 车削仿真加工模型的构建

仿真系统的车削加工模型由工件 (毛坯) 安装, 卡盘、顶尖装夹, 刀具装夹, 刀具车削等模型构成, 它们的数学模型结构如图1所示。

车削加工模型的数据结构是建立在VB的Picture Box控件Pic之中, 以Pic (left, top) 作为第一坐标系 (X1, Z1) 的坐标原点 (0, 0) ;系统加工环境建立在Picture Box控件Picture2中, 以Picture2 (left, top) 作为第二坐标系 (X1, Z2) 的坐标原点 (0, 0) , 第二坐标系原点位于第一坐标系坐标 (1200, 3400-50*D/2) 处, 它是一动点, 这样可以保持工件模型的轴心线始终穿过第一坐标系坐标点 (1200, 3400) , 从而固定工件模型的装夹与加工位置。工件模型建立在Picture4中, 其坐标 (left, top) 与Picture2 (left, top) 一致, 有利于工件、刀架、卡盘、刀具等相互关联的模型数据结构的建立。

3 工件毛坯建模

系统坐标值以VB默认的twip缇作为度量单位, 每英寸为1440twip, 因此每缇约为0.0176mm。为了便于计算和测量, 本系统中的坐标和最小移动单位均设定为每缇0.02mm, 建立坐标值单位 (毫米) 与VB单位 (缇) 之间的换算 (1mm=1twip×50) 。

工件毛坯模型的数据结构:Left=L*50, Top=D*50, 其中L为工件长度, D为工件直径。由于每堤为0.02mm, 因此工件的Left值为L*50 twip, Top值为D*50 twip。

工件毛坯数据模块主要是完成毛坯的外形、尺寸、材料等参数的选择与设定, 其交互界面如图2所示。

(1) 工件模型尺寸参数是以仿真系统的主窗体MDIForm1.Picture的 (Left, Top) 为坐标原点 (0, 0) 来设定的, 工件的直径参数:MDIForm1.Picture.Height=Val (Text2.Text) *50 (mm) ;毛坯的长度参数:MDIForm1.Picture.Width=Val (Text4.Text) *50;

注:MDIForm1.Picture为显示工件毛坯大小的Picture控件;Text2.Text为输入直径尺寸文本的Text控件;Text4.Text为输入长度尺寸文本的Text控件。

(2) 工件材料模块是利用Combo Box控件的List属性来实现下拉菜单式的材料材质选取功能。

(3) 轴类和孔类工件的选择是利用if语句来判断和实现Picture1和Picture4的Height、Width属性赋值, 从而建立轴 (孔) 类工件毛坯模型。

4 卡盘、顶尖装夹建模

4.1 卡盘夹具建模设计

车床加工工件时, 需要三爪自定心卡盘夹持工件进行车削加工。本仿真系统的卡盘夹具模型是利用User Control用户控件来实现卡盘夹紧功能 (如图3所示) 。

实现卡爪张开、夹紧 (卡爪由张开最大位置到夹紧位置) 的代码如下:

卡盘完成夹紧功能的源程序如下:

4.2 顶尖建模

在车削加工较长工件时, 为了增加工件刚性, 需要用顶尖加以辅助支撑。本系统的顶尖模型可以实现顶尖的装/卸与旋转。

(a) 装/卸功能的实现。顶尖User Control11控件默认是不可见的, 当经if语句判断需要安装时才显现, 并由此默认位置向工件方向移动并实现夹紧。添加的代码如下:

(b) 旋转功能的实现。通过Timer控件和Select () 语句实现顶尖User Control11和User Control21控件不停地交替显示, 从而达到旋转的视觉效果。

5 刀具装夹建模

刀具数据管理包括刀具数据的输入与浏览、选择等。该数据库能够完成刀具的数据管理和动态配置。仿真系统从刀具数据库中选择刀具数据参数, 并将其转化为文件的形式完成刀具配置, 系统仿真时从刀具文件中选择刀具作为仿真加工的切削刀具。

刀具模型主要包括三项数据信息: (1) 刀位, 同刀具库中的刀位一致; (2) 刀具类型, 描述该刀具所适用的加工类型 (外圆、端面、内孔、螺纹、沟槽等) ; (3) 刀具模型, 在加工仿真中的实体几何模型。

所有的刀具均放入刀具库中以备调用, 刀库由刀具文件支持。刀库中描述刀具模型的数据结构如下:

MDIForm1.User C11.Left=MDIForm1.Image01.Left′车削刀具Z方向位置MDIForm1.User C11.Top=MDIForm1.Image01.Top-1140′X方向位置MDIForm1.User C21.Left=MDIForm1.Image01.Left′隐藏刀具Z方向位置

当车削轴类工件时:

当车削孔类工件时:

其中:User C11为可见工作刀具;User C21为隐藏工作刀具;Text1.Text (Text3.Text) 分别为轴 (孔) 类工件的直径参数文本。

刀具模型的数据结构:显示刀具User C11 (left, top) 为 (Image01.left, Image01.top-1140) ;隐藏刀具User C21 (left, top) 为 (Image01.left, D*50-Image01.top) 。

6 仿真车削建模

6.1 系统双边切削的建模

车削仿真通常是利用刀具切削过程的建模逼真地反映出工件加工过程, 通过图像动态显示分析切削过程, 检验数控程序。刀具运动建模的最大问题是如何实现在前后两个切削位置处刀具图像的交替显示, 而且在图像的交替显示过程中的计算和显示的速度不能响应整个图形的动画效果, 常用的图像编辑方法和异或方法, 很难连续和平滑地显示整个仿真过程, 易造成动画过程中出现屏幕闪烁, 影响视觉效果。

为此, 仿真车削建模采用刀具运动动画法, 即在快速定位和插补等模块中每次计算出下一位置的坐标时, 刀架和刀具控件就移动到该点, 只要通过控制空间位置的连续变化就能实现这些部件的运动动画。利用时间钟 (Timer) 的定时功能绘图这种方法是基于上述两种方法的叠加。其基本原理是将一条曲线分解成足够多的有限微小线段, 然后利用Line/Circle方法通过时间钟 (Timer) 的定时功能来连续地画这些线段。当线段的数量足够多时, 所有线段的连接就形成曲线。这样一条曲线就可看成是有限微小线段的连续排列。

仿真车削建模不能只模拟单边的切削过程, 只有进行双边切削建模才能更具真实感, 更加直观。为此, 以被车削工件的轴心线为对称轴, 在切削车刀的对称侧配置一把隐形车刀 (车削时不可见) 。仿真时, 双边的车刀轴向车削时同向运动, 径向车削时相向运动, 从而实现双边仿真切削的动画效果, 如图4所示。

工件在被刀具切削时, 形态发生了根本的变化, 数控仿真系统利用Line方法画线实现切削动画。其采用的策略是首先通过添加Active X用户控件, 设计出背景色透明的刀具控件;然后, 在切削过程中刀具图片以刀位点为基点沿着切削轨迹进行位移, 同时沿着刀具的主、副切削刃进行画线, 用背景色覆盖在工件上, 实现工件被车削的动画效果。如90°精车刀进行车削加工时, 刀具的工作部分是由主切削刃AB和副切削刃AC两条切削刃组成, 如图5所示。因此, 仿真加工的实现是以精车刀的刀位点Left, Top (0, 0) 或Left, Top (0, 1160) (隐形刀具) 为基点画AB、AC两条线段, 并实时跟随刀具切削刃进行位移并画线 (颜色与背景色一致) 用以覆盖工件体, 从而实现工件被车削的效果。

6.2 双边切削建模的软件实现

90°精车刀实现切削 (画线) 的源代码如下:

7 结语

本文通过对仿真数控加工关键技术的研究, 根据车削加工工件的几何外形和成形特点, 提出了一种简易的仿真加工场景快速几何建模的方法。利用这种方法在VB6.0平台上建立了数控仿真车削加工场景的几何模型。实践表明该方法可快速建立仿真加工的场景, 且仿真加工系统具有较好的真实感、较逼真的动画仿真以及良好的独立性。

参考文献

[1]陈为国.虚拟仿真辅助数控车削对刀实训教学的探讨[J].机床与液压, 2012, 40 (18) :38-40.

[2]唐秋华, 易磊, 等.三自由度数控车削加工建模与仿真[J].机械设计与研究, 2012, 28 (5) :80-83.

[3]周静, 土新华.数控仿真培训系统的研究与开发[J].机床与液压, 2010, 38 (8) :4-7.

[4]李建广, 姚英学, 高栋, 等.提高虚拟车削仿真质量的工件建模方法[J].计算机集成制造系统-CIMS, 2002, 8 (3) :233-237.

[5]徐宏海, 吴晚云, 张超英.车削加工过程建模与MATLAB仿真分析[J].机床与液压, 2006 (6) :229-230.

[6]廉良冲, 周莉.仿真软件与数控教学的结合应用[J].机床与液压, 2010, 38 (4) :107-108.

[7]李春雷, 石皋莲.基于Open GL的虚拟数控加工场景快速几何建模技术研究[J].现代机械, 2009, (4) :53-55.

加工工艺与仿真 篇6

1. 工艺研究的微观系统

机械工艺学研究的主要对象之一是机械加工工艺系统。普通机械加工工艺系统的组成:机床、夹具、道具与工件。 (图1)

数控加工工艺系统的组成:数控机床、夹具、刀具、工件与测量反馈系统。 (图2)

2. 现代机械制造的工艺组织

2.1 现代机械制造工艺的工序组成。

(1) 工序类型如图3所示

(2) 总体机加工工艺路线组成情况: (1) 全部有普通机床加工工序组成, (2) 普通机床加工工序和数控机床加工工序组成, (3) 全部有数控机床加工工序组成。

在现代机械制图工艺路线设计中数控加工工序一般都是穿插于零件加工的整个工艺过程中。而数控加工工艺路线设计仅是几道数控工艺过程的具体描述, 因而需要与其他机床加工工艺衔接好。

2.2 总体机加工工艺路线图的拟定。

总体机加工工艺路线图的拟定原则:基准现行;先粗后精;先主后次;先面后空。

3. 数控加工的工艺设计

数控加工的工艺设计主要包括一下几个方面的内容:选择适合在数控机床上加工的零件, 分析被加工的零件的图纸, 明确加工内容和技术要求, 确定零件的加工方案, 制定零件的加工工艺线路, 设计数控加工程序, 选择零件的定位基准、夹具和道具, 确定工步和切削用量, 并应根据数控加工的要求, 调整数控加工工序的内容和加工路线, 选择对刀点、换刀点, 确定所选用的刀具和刀具补偿值等;还要处理数控机床上部分工艺指令等。

3.1 选择适合的数控加工零件。

随着数控机床的快速发展, 数控机床在制造业的普及率不断提高, 但不是所有的零件都适合在数控机床上加工, 一般应该按适应程度将零件分为一下三类:

(1) 最适合类: (1) 形状复杂, 加工精度要求高的零件; (2) 具有复杂曲线或曲面轮廓的零件; (3) 具有难测量、难控制进给、难控制尺寸型腔的壳体或盒型的零件; (4) 必须在一次装夹中完成铣、镗或攻丝等多道工序的零件。对于此类零件应把数控加工作为首选方案。

(2) 较适应类: (1) 零件价值较高, 在通用机床上加工时容易受人为因素干扰而影响加工质量的零件; (2) 在通用击穿上加工时必须制造复杂专用工装的零件; (3) 需要多次更改设计后在能定型的零件; (4) 在通用机床上加工需要做长时间调整的零件; (5) 在通用机床上加工时, 生产率很低或工人体力劳动强度很大的零件。此类零件加工还要考虑生产效率和经济效益, 一般情况下把他们作为数控加工的主要对象。

(3) 步适应类: (1) 生产批量大的零件 (步排除个别工序采用数控机床加工) ; (2) 装夹困难或完全靠找正正定位来保证加工精度的零件; (3) 加工余量极步稳定而且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置的零件; (4) 必须用特定的工艺装备协调加工的零件。这类零件如果采用数控加工, 在生产力和经济效益方面一般无明显改善, 一般不用把此类零件作为数控加工的对象。

3.2 确定数控加工的内容。

在选择并决定某个零件进行数控加工后, 并非另加的所用工序都采用数控加工, 并非零件所有的加工工序都采用数控加工, 因此有必要对零件的加工进行仔细的分析, 弄清楚零件的结构形状、尺寸和技术要求, 选择那些最适合、最需要进行数控加工的特征和工序, 即确定零件的哪些表面需要进行数控加工, 需要哪些工序, 采用哪些类型机床和刀具。同时, 还要结合本单位的实际情况, 立足解决问题、攻克难关、提高生产效率和充分发挥数控加工的优势。此外, 选择数控加工的内容时, 还应综合考虑生产批量、生产周期、生产成本和工序间周转情况等。

3.3 数控加工工艺过程和工艺路线的拟定。

数控加工中的工艺问题的处理与普通加工基本相同, 但又有其特点, 因此在设计零件的数控加工工艺时, 既要遵循普通加工工艺的原则和方法, 又要考虑数控加工本身的特点和零件变成要求, 一般来说, 数控加工的工序要求比普通机床加工的内容要多, 数控加工的工部要求的更加详尽。数控加工工艺处理的内容主要又:零件的工艺性分析、工艺过程和工艺路线的确定、装夹方法的确定、刀具选择和切削用量的确定等。

(1) 数控工序的划分。工序的划分和走刀路线的确定直接关系刀数控机床的使用效率、加工精度、刀具数量和经济性等问题, 应尽量做到工序集中、工艺路线最短、机床的停顿时间和辅助时间最少, 要在一次装夹中尽可能完成所有工序的内容。

工序划分的原则为: (1) 先粗后精。 (2) 一次定位。 (3) 先面后孔。

(2) 数控工序内的工步划分。数控工序内的工步划分主要从加工精度和加工效率两发面考虑。再一个工序内长需要采用不同的刀具和切削用量, 对不同的表面进行加工。为了便于分析和描述较复杂的工序, 在工序内可细分工步。

工步划分的原则是: (1) 现粗后精:工步安排要总寻先粗后精的原则, 先进行取出两最大的粗加工, 在安排一些局部余量较大的半精加工, 最后精加工; (2) 先面后孔:对于既有铣面又有镗孔的零件, 可先铣面再镗孔, 可以提高孔的加工精度; (3) 减少换刀:在数控加工中, 应尽可能按刀具进入加工位置的顺序集中刀具, 即在不影响加工精度的前提下, 减少换刀次数, 减少空行程, 节省辅助时间, 在以道工步中尽可能使用同一把刀具完成所有可能进行的加工部位。

(3) 在数控机床上加工零件, 每刀工序中每道工步的走刀路线确定都十分重要, 应为他不仅与被加工零件的表面粗彩度有关, 而且与尺寸精度和位置精度以及加工效率都有关, 过长的走刀路线还会影响机床的寿命, 刀具的寿命等。走刀路线的选择, 既要考虑生产效率, 又要考虑到生产质量。其基本原则是在保证加工精度和表面粗糙度的前提下, 通过优化, 尽量缩短加工路线, 减少空行程时间, 提高生产率, 同时有利于数值计算, 减少程序段和程序工作量。

4. 结束语

加工工艺与仿真 篇7

科学技术的不断发展与生活水平的不断提高, 使得人们对产品性能、规格、品种提出了更高的要求, 产品的生产周期越来越短, 新产品开发时间的长短与性能的好坏直接影响着企业的市场竞争力, 与此同时计算机技术与计算机图形学的快速发展, 使得计算机仿真技术得到了广泛应用。在此背景下虚拟制造技术 (VMT Virtua Manufacturing Technology) 孕育而生, 它可以实现对生产过程中的产品设计、制造到装配的全程模拟, 并对制造与装配过程中可能出现的不利因素进行有效的预测, 使设计人员可以在产品生产之前及时地提出修改措施, 实现产品从设计到装配过程中的优化, 有效的降低产品的次品率、缩短产品的生产周期、减小产品的开发风险从而提高生产效率与产品的市场竞争力[1]。

虚拟制造技术在机械加工中的重要应用是对加工过程进行仿真。美国国家自然科学研究会以“2020年制造挑战与预测”为题[2], 成立了“制造技术挑战的展望”委员会, 展望了制造业的发展, 提出了两个需要加速发展的突破性技术:亚微米制造技术和企业的建模与仿真技术。其中, 加工过程建模和仿真作为虚拟制造技术的基础性研究已经成为虚拟制造技术发展的关键和亟需解决的瓶颈问题。它可以对机床—工件—刀具构成的工艺系统中的加工信息进行有效预测与优化, 对实现加工过程的在线控制和智能化生产具有重要意义, 同时它也是研究金属切削原理的重要手段。

1 数控加工仿真系统的研究

数控加工仿真系统包括两部分内容:几何仿真与物理仿真。

1.1 数控加工几何仿真技术

早期的加工仿真技术研究主要针对几何仿真, 即通过计算机建模和可视化技术, 实现NC代码的自动检验和加工过程的碰撞、干涉检验。其前提条件是假设加工过程是一个纯几何问题, 不存在任何物理因素。随着几何仿真技术研究的不断深入, 几何仿真已经取得了丰硕的成果。先后出现了一批具有数控加工仿真功能的优秀软件, 如具有代表性的Pro/ENGINEER、UG、Master CAM、CATIA和Delmia等。目前人们在场景建模方面的研究已经相对成熟, 而加工过程中的碰撞干涉检验一直是几何仿真技术亟需解决的难点问题, 学者们对加工过程中的碰撞干涉检验开展了许多有意义的研究工作, 并提出了一些比较成熟的算法。总体上可以将这些算法分成两大类:基于图形的实时碰撞检测算法和基于图像的实时碰撞检测算法[3]。

1.1.1 基于图形的实时碰撞检测

基于图形的实时碰撞检测是利用物体三维几何特性进行求交计算。其检测算法主要有层次包围盒法和空间分割法。层次包围盒法的基本思想是将待检测的物体分别作包围盒, 对包围盒进行求交运算。当包围盒相交时其包围的几何体才有可能相交;包围盒不相交时, 其包围的几何体一定不相交。这样可以排除大量不相交的几何体和几何部位, 快速找到相交的几何部位[4~6]。空间分割法的基本思想是将整个虚拟空间划分成等体积的规则单元格, 以此将场景中的物体分割成更小的群组, 并只对占据同一单元格或相邻单元格的几何对象进行相交测试, 此方法通常适应于稀疏环境中分布较均匀的几何对象间的碰撞检验[3]。Youn和Wohn[7]提出了一种类似于层次包围盒的方法 (如图1所示) , 用层级模型表达来加速碰撞干涉检查的方法。该层级模型将装配体中所有部件构成的结点以层级模式组成在一起, 每个结点与其它结点以及整个装配体都有联系。算法的第一步就是确定一个结点对列表, 表中的每一对结点都有可能发生干涉, 然后再对每一对可能发生干涉的结点进行精确干涉检查, 以确定它们实际上是否发生干涉。但此算法本身受场景复杂程度影响较大, 对复杂场景分析较为困难。所以在保证仿真精度的前提下, 如何进一步提高算法的实时性一直是研究者追求的目标。

1.1.2 基于图像的实时碰撞检测

基于图像的实时碰撞检测是利用物体二维投影的图像及深度信息来进行相交分析。Shinya和Rossignac等人开创性地提出了图形硬件辅助碰撞检验算法。他们在绘制凸体的同时, 保存视窗中物体每个像素上的最大和最小深度值, 并将它们按大小进行排序, 然后根据物体上某一像素上的最大深度值是否与最小深度值相邻来检测相交情况[8,9]。此算法具有以下优点:1) 能有效利用图形硬件加速技术来减少计算机CPU的计算负荷;2) 对同一复杂度的加工场景, 碰撞检验所用时间变化不大, 具有较高的平稳性;3) 算法本身对于场景的复杂性不敏感, 适合于复杂体间的碰撞检验;4) 随着硬件技术的不断发展, 算法具有良好的发展前景[3]。但该方法实用性不高, 因为它需要占用大量的内存来保存深度序列, 且从图形硬件中读取深度值本身就费时, 仿真效率不高。

1.2 数控加工物理仿真技术

随着制造业的深入发展, 人们开始将仿真技术研究的重点转向物理仿真, 物理仿真是将切削过程中的各物理因素的变化映射到虚拟制造系统中, 在实际加工之前进行分析与预测各切削参数及干扰因素的变化对加工精度的影响, 分析具体工艺参数下的工艺规划质量及加工质量, 辅助在线检测与在线控制, 并对工艺规程进行优化。目前物理仿真常采用的仿真模型主要有经验模型、理论模型、有限元模型和人工智能预测模型等[10,11]。在国外存在着工程派和学院派, 预测对象由早期的刀具的使用寿命、切削效率、切削力逐渐转向加工质量预测等[12]。

1.2.1 工程学派与经验模型

工程学派主要依靠长期的工程实践经验建立预测模型, 因此工程学派所建立的模型往往是经验模型。Taylor F.W.是工程学派之父, 他在ASME上发表了题为“On the art of cutting metals”的文章, 被认为是加工过程建模的开始。模型以工程实践为基础, 推导出著名的经验公式:

公式 (1) 中:V为切削速度, T为刀具的使用寿命, n和C分别为与工件材料、刀具材料及其几何参数有关的系数。

该公式将刀具的使用寿命与切削速度建立起联系, 用于预测刀具的使用寿命, 并在后续的研究工作中将该公式扩展到切削力、切削效率及切削温度的预测[13~16]。至今人们仍运用Taylor参数选用加工数据库。虽然经验公式简单, 然而当加工要素发生变化时, 公式中的相关常数需要通过大量实验数据获得, 使得生产周期和成本大大提高, 因此无法适应柔性化制造。

1.2.2 学院派与理论模型

学院派主要利用数学、力学及材料学的相关理论通过理论推导建立预测模型。因此学院派所建立的模型往往是理论模型。Merchant被称为“剪切面之父”, 是学院派的代表, 他主要集中研究正交车削的准静态切削过程 (如图2所示) , 从切屑形成的基本力学关系着手研究刀具与切屑区域内的工件材料的摩擦状态, 根据合力最小原理提出了著名的剪切角计算公式:

公式 (2) 中:β, γ0分别为摩擦角和刀具前角。

著名出版物Oxley P.L.B出版的《机械学模型——用解析法预测切削性能》一书介绍了以传统正交切削理论为基础的预测模型, 涉及剪切角、切削力、应变率、切削厚度、接触温度、刀具——切屑接触长度等内容。解析法建模是在一个更高的理论水准上, 借助数学、力学及材料学中的相关理论, 寻找出加工过程中各物理量的变化规律。但是由于加工过程中各物理量复杂的弹塑性变化, 使得模型无法考虑过多因素, 因此至今没有建立起令人满意的预测模型[13]。

1.2.3 有限元模型

有限元法是在连续体上进行近似计算的数值方法。Erpenbeck, S A和Komvopoulos, K利用有限元方法建立了正交切削过程的平面应力模型 (如图3所示) , 他们基于工件的刀尖区域的有效塑性应变建立了一种新的切屑分离准则[17]。但该模型对不同的工件材料的分离准则选择具有任意性以及对切削力缺乏实验验证。华南理工大学的何振威、全燕鸣等基于有限元法模拟了高速切削中切削热在工件、刀具和切屑中的分配规律[18]。此模型定量的计算出切削加工过程中工件、刀具和切屑中切削热的分配比例, 但是该模型基于如下假设:第一、二变形区剪切变形功全部转化为热量;变形区热源为平面热源;剪切面、刀——屑接触面和刀——工件接触面热源均匀分布;没有热能辐射到外界环境, 使得模型不能准确反映实际加工情况。

由于有限元模型自身的特点, 不适合间断切削加工及铸铁或钢等非均质材料的建模, 并且受不完善的材料模型、三维模型的计算载荷以及难以考虑的随机因素等限制, 所以大多数有限元模型均无法给出精确的预测结果。

1.2.4 人工智能预测模型

随着计算机技术的快速发展, 人工智能技术得到了跨跃式的发展, 出现了许多先进算法, 如遗传算法、时间序列分析、神经网络及专家系统等。人们开始寻求利用人工智能技术对物理仿真进行建模。如J.Gradisek, E综合考虑了生产效率、生产成本和被加工工件的表面粗糙度等因素建立了目标函数, 通过神经网络技术优化了切削参数[19]。但是神经网络建立的预测模型, 其预测精度很大程度依赖于所选用的神经网络的类型, 不同类型的神经网络其预测精度有很大差别。南京航天航空大学的解放等人采用专家系统对切削参数进行验证[20], 但是没有涉及到加工现场的底层优化。天津大学的王太勇和汪文津等人建立基于时间序列的动态车削力数学模型, 能够实时的对切削力进行动态预测[21], 但是该模型忽略了切削力往往表现出非线性, 因此不具有一般性。

1.3 机械加工数据库

20世纪80年代末出现了机械加工数据库。各个国家的相关机构都尽可能多地收集在实际加工过程中已被证明可以得到满意结果的加工数据, 利用这些数据建立计算机数据库, 通过对各种不同数据进行交叉检验, 确认录入数据的可靠性, 并致力开发更加精确、通用性更强的预测模型[22]。然而就当前所建立的机械加工数据库存在以下问题:第一, 在数据分类时没有充分考虑一致性问题, 给使用者带来不必要的麻烦;第二, 不清楚如何考虑机床的影响, 所提供的关于理想工件精度的信息是不精确的;第三, 由于加工过程的复杂性和随机性, 使得加工测量技术仍需要借助大量的实验, 前人的实验数据并不能完全地代替实际生产中可能出现的情况。

2 数控加工仿真系统存在的问题及未来发展的方向

2.1 数控加工仿真系统存在的问题

目前数控加工仿真系统的研究尚处于起步阶段, 还存在着以下五个问题:

1) 仿真的加工类型少, 研究范围窄。机械加工种类繁多, 存在着车、铣、刨、钳、磨、镗等多种加工形式且加工机理复杂, 不同的切削方式和刀具形状, 其切削机理及建模方法有较大的差别, 因此现阶段仿真的内容和方法均局限在很窄的范围内, 主要集中于车、铣两种。即使在这两种加工方法上, 仿真的内容也很有限。如铣削加工中大多数是仿真棒铣刀和端铣刀, 而这两类仿真对其它类型的铣刀 (如加工曲面的铣刀) 却无能为力, 不具有一般性。

2) 国内外一些优秀的仿真软件 (如P r o/ENGINEER、UG、Master CAM、CATIA等) 均利用扩展Z缓冲区的Dexe1法克服复杂的布尔集合运算, 没有任何实体空间描述, 因而图形生成质量较差。同时为了保证图形生成速度的实时性, 其图形显示生成算法大多没有建立光照模型或只模拟最简单的平行光, 致使图形生成方式为区域填充或渐变色, 不符合光学原理;仿真场景中三维实体的视屏投影常采用平行投影, 不符合透视学原理, 使得仿真环境不能表现粗、精加工时主轴转速的变化及工件表面纹理形态, 生成与实际形态不一致的切削模型。其次几何仿真只是笼统的表达刀具与工件运动过程, 不能明确表达机床、刀具、夹具和工件装夹等实际工况并且对数字加工环境的可视化、完整性及实时性表达也不够完善。最后长久以来一直没有解决CAD与CAM之间的瓶颈问题, 即CAPP技术一直没有得到很好的解决。

3) 物理仿真建模难、通用性差及仿真精度不高。加工过程常常涉及较多的干扰因素, 因此在建模的过程中如何处理这些干扰因素, 使得所建模型一方面能够正确反映实际的加工情况, 另一方面又能反映干扰因素的变化对加工精度的影响成为物理仿真建模的关键。同时, 建模过程中, 涉及大量参数和数据, 这些都加大建模的难度;目前的物理仿真系统大多数是针对某一特定的加工方式或某一特定的因素而建立的, 机床类型、加工方式、刀具种类、切削参数及工件材料都事先做好规定, 当某一参数发生变化时, 模型往往需要进行很大的修改或重新建模, 这就使得模型的应用范围受到限制, 模型的通用性较差;在建立物理仿真系统过程中通常引入大量的假设, 如设定工艺系统刚性满足要求, 工件材料均匀分布, 切削参数不发生变化等。这些假设削弱了仿真系统与实际的拟合程度, 不符合实际加工情况。从而导致仿真结果与实际情况不相符, 严重时仿真结果失真。

4) 几何仿真与物理仿真尚未充分结合。几何造型的常用方式有构造实体几何法 (CSG) 、扫略法 (Sweep) 和边界表达法 (B-Rep) , 这些造型法的基本元素点、线、面、体等均由理想几何形状构成, 不含任何物理特性以及基于这种变化所引起物体宏观形状的改变, 以致几何仿真与物理仿真的研究几乎是独立进行的, 二者之间的信息沟通, 数据交互并不能顺畅流动。

5) 仿真手段限制仿真系统的发展, 计算机技术的发展与仿真技术的发展紧密相连, 相辅相承。由于受到计算机软件与硬件的限制使得仿真时间过长、编码工作量大、程序的连续性和可移植性差, 这些问题都限制了仿真技术的发展。目前应用C++语言和Open GL开发数控仿真系统已成为时代的潮流。

2.2 未来发展的方向

由于数控加工仿真系统的研究开展的时间较短, 尚未形成成熟的理论体系, 还不能用于解决实际生产中的相关问题。因此还有许多理论和实际的问题有待进一步研究。数控加工仿真系统的研究还需重点集中在以下五个方面:

1) 建立能够精确模拟实际加工情况并为用户提供精确仿真结果的数控加工仿真系统。美国PTC公司制造部经理Paul Giaconia曾提出[23]:未来数控加工仿真应向精细化及逼真化方向发展。建立能够综合反映加工过程中各物理因素对加工精度影响的工艺模型, 是实现将数控加工仿真系统运用到实际加工环境的关键, 也是实现制造业自动控制与智能控制的必然要求。其次由于现有的仿真模型只是针对某一具体加工方式, 不具有一般性。因此建立通用性较好的仿真模型是虚拟制造技术得以广泛应用的先决条件。

2) 实现仿真方法的多样性。将人工神经网络、有限元法、遗传算法、信号处理、时间序列分析、非线性理论和混沌理论等新方法用于提高建模能力, 以增强仿真模型预测的可靠性和适应性。

3) 几何仿真和物理仿真紧密结合, 构建完整的数控加工仿真系统。数控加工仿真系统包括几何仿真和物理仿真。几何仿真可以对加工过程中任意时刻的几何信息进行提取 (如切削厚度, 切屑几何形状) , 为物理仿真提供依据。只有真正实现几何仿真和物理仿真的无缝连接, 才能给用户提供完整的仿真结果。

4) 实现数控加工仿真系统的网络化。它可以使仿真系统与上层的计算机进行数据交换与共享, 实现CAD/CAM/CAPP/PDM/ERP等系统无缝集成, 能够支持基于网络的各种远程数控服务, 包括远程在线编程、远程数控加工仿真及远程在线控制等。对数控加工仿真系统的发展具有重大意义。

5) 虚拟检测技术需要利用虚拟加工系统中的相关模型对工件的几何量进行测量。因此需要进一步研究如何有效地实现虚拟检测系统与虚拟通讯系统接口之间的信息、数据交换及虚拟检测环境与界面的人性化设计, 从而开发出针对不同测量目标的虚拟检测器具。

3 结论

加工工艺与仿真 篇8

1 数控加工中心的概念与相关原则

1.1 数控加工中心的概念

其实数控加工中心就是从数控铣床慢慢发展变化而来的。随着科技的进步和设计思想的不断更新, 越来越多新技术新概念被运用和实现推广, 使得一切都在革新和完善, 数控加工中心就是其中之一。

但数控中心是从数控铣床发展变化而来的自然就会有许多区别和更为完善的功能, 可以说与之最大区别点在于数控加工中心是可以具有自动交换加工刀具的能力, 这也是它更加完善提高效率的方面。通过在刀库上安装额不同用途的刀具, 使用自动换刀装置最终得以实现更多更全面的加工功能。

1.2 数控加工中心的相关原则

每一项技术每一个设备都是有其相应的原则的, 这样才能有一个规范性, 在实施和运用的过程中才能更好的达到预期的标准, 让目的得以达成, 数控加工中心也是一样, 也需要遵守以下几点原则:

首先是需要合理的保障工件在加工后的精度和表面粗糙度能够更高的达到标准。毕竟数控加工中心只有更好的达成目标需求才能有助于被市场所接受和推广。还有就是尽可能的减短加工路线, 减少空行程时间, 简化计算的工作量, 以此来达到提高加工效率的最终效果, 而数字化自动化的目的就是实现以上的需求。最后及时对于某些重复使用的程序, 可以运用子程序来使整体设计变得更为工整更具有条理性, 减少程序意外发生。

2 仿真系统的结构以及开发要点

2.1 仿真系统的结构

而对于整个仿真系统的总体结构主要由包括公共操作界面、用户控制而板、钻床界面、车削界面、铣削界面和程序编辑界几个主要的部分组合而成, 通过实现以上几个部分, 就能主要达到相应的功能完成。当然除此之外, 还有程序检查解释、仿真计算机以及仿真计算机显示等模块的编写实现将能更好的完善仿真系统的功能实现, 达到预期效果和作用。

一般来讲, 数控加工中心仿真系统的用户界面通常都是采用C++语言编写的动态窗口以方便使用者的的数据操作。在用户主界面上还包括了仿真、操作以及预留这三个动态的窗口来达到为使用者提供一些相应帮助的作用。

2.2 仿真系统的开发要点

仿真系统在开发中也需要注重相应的开发要点:

首先是关于基本流程。在启动仿真系统, 载入相应的数控加工中心模型, 在系统中能够对机床机构有一个合理的认知, 并实现虚拟系统中的相关演示与操作, 最终达到仿真的预期功效。系统开发必须最终保证这些基本流程能够完整实现。

然后是系统开发方面, 主要分为拆装运动仿真模块和任意零部件剖切功能的实现。合理的以这两个方面为关键点为主导就是整个仿真系统的主体功能实现, 解决这两个模块功能的技术难题并使之相应功能实现就是整个系统开发的要点。

3 关于数控加工中心仿真系统的开发

3.1 仿真系统的总体设计方案

对于仿真系统的开发, 在当前能使用的平台很多, 选择合适的且自身使用操作最为熟悉的才能更好的帮助完成设计开发。随后, 在系统功能的设计方面, 主要可分为结构观察、运动编辑以及运动操作等主要功能模块进行设计规划, 目的就是为了达到在仿真系统中有一个实际操作的功效体现。

而在仿真系统的整体架构设计方面, 主要就是基本确定一个系统的大致框架, 在开发时就需要按照框架来进行实施, 使得最终的仿真系统能够达到预期的效果和作用。数控加工模型是整个仿真系统的核心也是操作实施的基础, 模型的实用性将更有利于仿真系统达到相应的预期效果。数据层起到组织和管理作用, 串联起各个功能模块, 应用层的核心观念是“分而治之”, 建立起相互独立的子模块, 更有利于后期的维护更新。

3.2 虚拟数控系统中的相应技术

在程序编译模块可以使用由NC编辑器、NC检查器以及NC翻译器组成。这其中, 编辑器的主要作用就是对于数控文件进行读写。检查器其实就是对使用者所使用的代码和语法进行一个系统的检查, 毕竟涉及编写的代码量还是非常多的, 良好有效的检查就能更快的发现代码中的错, 并将其反馈出来。编译器则是将验证通过的代码进行进一步的扫描确认, 最终发现没有错误后才能够进行生成系统认知代码的操作。

还有就是将仿真系统和网络技术的相互结合。在通信网络模块完全可以使用TCP协议来建立起服务器, 通过一个动态加载Win Sock技术进行实现数控机组与仿真系统的连接, 从而良好的解决了数据共享的问题。

4 结束语

IT时代已经到来, 相应的IT技术包括数字化自动化都在全面运用在人们的生活学习和工作当中。准确的了解数控加工中心的概念和相应开发原则能更好的帮助实施仿真系统的设计开发, 有效合理的使用相应的开发技术并结合相应的网络技术进行配合实施才能更为高效便捷的完成相应的开发目的, 使得整个仿真系统能够真正达到一个模拟实际操作的功效, 完成预期。

参考文献

[1]武珍平.数控加工中仿真技术的应用[J].品牌 (下半月) , 2015, 01:195.

[2]庄磊.关于仿真技术在数控加工中应用的思考[J].科学大众 (科学教育) , 2014, 11:155+180.

皮蛋的加工工艺与食用安全性 篇9

关键词：皮蛋；加工工艺；安全性

中图分类号：TS253.4+6 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）01-0062-02

皮蛋，又称松花蛋、彩蛋或变蛋等，味美醇香、清凉爽口、风味独特、食用方便，是我国传统的风味蛋制品，不仅为国内广大消费者所喜爱，在国际市场上也享有盛名。同时，皮蛋还有一定的药用价值。王士雄的《随息居饮食谱》中说：“皮蛋，味辛、涩、甘、咸，能泻热、醒酒、去大肠火，治泻痢，能散能敛。”中医认为皮蛋性凉，可治眼疼、牙疼、高血压、耳鸣眩晕等疾病。虽然大众都可食用皮蛋，尤其是火旺者最宜，但少儿和脾阳不足、寒湿下痢、心血管病、肝肾疾病患者应该少食。

1 皮蛋的主要种类

1.1 无铅皮蛋

在我国传统的皮蛋加工配方中，都加入了氧化铅。铅是一种有毒的重金属元素，有些国家做出了禁销规定，进而影响了我国皮蛋的出口。为此，有关科研部门研究了氧化铅的代用物质，其中EDTA（乙二胺四乙酸）和FWD的使用效果较好。在制作皮蛋时，用EDTA代替氧化铅，其他辅料配方和加工工艺不变。一般加工1 000只鸭蛋，EDTA用量为0.12～0.13 kg。FWD是一种以微量元素镁、锰等合成的物质，其用法是将0.5 kg的FWD溶于75 kg冷开水中，浸制1500只鸭蛋，其他辅料配方与加工方法，均与使用氧化铅时相同。

1.2 彩花皮蛋

加工彩花皮蛋的主要原料有新鲜鸭蛋、白石灰、次茶、食盐、面碱、黄丹粉、草木灰、黄土、稻壳。设备用具主要是缸和盆等。制作方法：首先称取次茶25 g、食盐100 g、面碱165 g、白石灰400 g、黄丹粉10 g、草木灰300 g、黄土1500 g、稻壳2500 g。然后将1500 g热水倒入大缸里，把茶叶、食盐、面碱、黄丹粉放入水缸中拌匀，再将筛过的白石灰、黄土、草木灰放入缸里，搅拌均匀成为料泥。选购新鲜无破痕的鸭蛋35个，用配好的料泥逐个包泥后放入缸里，再用塑料薄膜封严。在室温15～30 ℃条件下贮30～40 d后即可加工为成品。

1.3 无铜皮蛋加工

现代皮蛋加工已经广泛采用铜代替铅。铜虽是人体必需元素之一，但中国人群缺铜现象并不多见，反而存在“铜中毒”现象，这促使皮蛋生产厂家进一步寻求其他更安全可靠的重金属替代品。欧阳玲花等人在NaOH溶液中添加硫酸锌和蛋白凝固剂（葡萄糖酸-δ-内酯或单宁），可以直接腌制质量好的皮蛋。配方中食盐、NaOH和ZnSO4·7H2O分别占水重的4%、4%和0.35%，并添加了0.07%的葡萄糖酸-8-内酯。

2 皮蛋加工的工艺

2.1 传统工艺

皮蛋制作主要是利用蛋品在碱性溶液中蛋白质凝胶变成富有弹性的固体的原理。皮蛋的传统加工工艺以及各种配方大同小异，使用不同配比的烧碱、纯碱、石灰、食盐、茶末、柴碱、黄丹粉（氧化铅）等按照一定的比例混合均匀后，再将鸭蛋按照不同的加工方法进行处理。在这些辅料的作用下，蛋白和蛋黄不断发生复杂的变化，蛋黄从外围逐渐到中心发生凝集并产生色的变化。蛋白产生密集松针状结晶，蛋黄的绝大部分都可显现绚丽色彩，即皮蛋成熟。皮蛋的加工工艺一直沿用两种方法：一种为液浸法。即纯碱3.5～4.0 kg、石灰12 kg、茶末1 kg、盐3.25 kg、氧化铅100～150 g，50 ℃热水50 kg搅料成液，可浸蛋1 000只，再在外壳包裹泥糠即成。成熟期一般为40～60 d（季节不同，成熟期也不同）。另一种是生包皮蛋法，也叫涂泥法，即每1 000只蛋用料为纯碱1.575 kg、石灰4 kg、茶叶150 g、五香粉250 g、热水1.5 kg、干泥11.5 kg、氧化铅50 g，搅拌均匀后，把泥包在蛋外约0.2 cm，封入缸中。成熟期为40～50 d。

由于皮蛋的加工工艺需用氧化铅，但铅是有毒物质，所以制作皮蛋应从工艺改革入手。

2.2 纸包皮蛋液浸法生产工艺

运用纸包皮蛋浸液加工技术生产出的皮蛋食用方便，无需剥灰，蛋白晶黄剔透，蛋黄墨绿油亮，且蛋白的胶弹性能、蛋黄的胶黏性能以及特有的风味均优于滚灰皮蛋。制作工艺为：将茶叶、五香粉放入新鲜开水中化开，放入烧碱、食盐溶解，冷却到常温时备用；将鲜鸭蛋洗净晾干后，用15 cm×16 cm大小的3～4层包蛋纸将鸭蛋包裹起来，然后装入小塑料薄膜袋中，再向每只小塑料袋中灌入冷却到20 ℃的浸蛋液40 ml，待浸蛋液浸润湿包蛋纸后，用热合封口机或烧热的钢锯条齿面进行热合封口，要求浸蛋液不渗漏；最后将热合封口后的鸭蛋逐个装入坛缸中贮藏。装坛时动作要轻，防止撞破蛋壳。贮藏期不宜搬动和翻蛋，一般30～40 d成熟。

3 影响皮蛋品质的因素

腌制温度和腌制液的碱度对皮蛋的滋味、色泽、化学成分及皮蛋清的质构特性有明显影响。采用较高的腌制液碱度和温度腌制的皮蛋，蛋清粘壳，弹性和咀嚼性较差，皮蛋黄的色层不明显，涩、辛辣味较重，但皮蛋清和皮蛋黄中游离氨基酸、水溶性蛋白、钙离子及锌离子含量较高。采用较低的腌制液碱度和温度腌制的皮蛋，蛋清不粘壳、弹性较好，皮蛋黄的色层明显，具有皮蛋清香的味道，且游离氨基酸、水溶性蛋白、钙离子及锌离子含量都比较适中。

加工工艺不同也会影响皮蛋品质。张玲勤采用浸泡法和涂泥法加工鸡皮蛋，结果表明，浸泡法制作的鸡皮蛋蛋白、蛋黄的碱度比涂泥法提前达到最大值，浸泡法中OH-的渗透速度快，成熟早。涂泥法制作的鸡皮蛋蛋白、蛋黄碱度显著低于用浸泡法制作的皮蛋。浸泡法制作的皮蛋弹性好，蛋白呈半透明棕红色，蛋黄内外均呈现墨绿色，糖心蛋，松花多，味道好。涂泥法制作的皮蛋蛋白呈半透明浅褐色，蛋黄外层呈黄色，内层为深黄色，有糖心，但碱味较重。

nlc202309040106

4 皮蛋的食用安全性

很多人都知道皮蛋里含有铅，因此购买时会选择无铅的皮蛋，以为这样就可以放心食用了。其实，市场上无铅松花蛋同样含铅。根据国家规定，每1000 g松花蛋铅的含量不得超过3 mg，符合这一标准的松花蛋就可以叫做无铅松花蛋了。所以，“无铅松花蛋”并非不含铅，而是指含铅量低于国家规定标准。无铅皮蛋固然美味可口，营养丰富，但孩子处于身体旺盛发育阶段，对铅的危害反应比较明显，因此，建议儿童少吃皮蛋。

夏季天气炎热，大多数人喜欢在饮啤酒时用松花蛋助兴，这有可能引起食物中毒。据有关食品专家检验分析，干净的松花蛋蛋壳上只有400～500个细菌，而脏的松花蛋蛋壳上则有高达1.4亿～4亿个细菌。这些细菌若通过蛋壳的孔隙进入蛋内，就会使误食者中毒。因此，在选购松花蛋时应注意，若蛋白是暗褐色的透明体，且具有一定的韧性，则为干净松花蛋；而被污染的松花蛋呈浅绿色，韧性差，易松散。

参考文献

[1] 张玲勤，孙耀虎.浸泡法和涂泥法两种不同加工工艺对鸡皮蛋品质的影响[J].家禽科学，2010（2）：4-8.

[2] 欧阳玲花，冯健雄，闵华，等.皮蛋加工新型配方研究[J].食品研究与开发，2010，32（6）：90-92.

[3] 李林富，江文湘.无铅富硒皮蛋生产工艺的研究[J].食品与发酵工业，2001（5）：85-86，89.

[4] 李林富.无铅皮蛋中金属元素的分析与卫生学评价[J].中国食品卫生杂志，1990（7）：46-48.

[5] 黄水品.溏心皮蛋无铅新工艺[J].适用技术之窗，1999（4）：11-12，14.

[6] 赵改名，田玮.生石灰用量对料液碱度和皮蛋加工的影响[J].河南农业科学，1997（3）：36-37.

Abstract： Preserved egg is a traditional flavor of egg product in China. Traditional method of preserved egg processing makes the eggs have heavy elements of lead， influenced the edible value of preserved eggs. The article discussed preserved eggs types， processing technique， factors of influencing the quality and edible security of preserved eggs， provided a theoretical reference for correctly eating preserved eggs to the consumers.

Key words： preserved egg； processing technique； security

加工工艺与仿真 篇10

1. 参数的现状

以前的切削系统都是一些需工艺编程人员通过手工进行的, 他们需要选择相应的进给速度以及切削速度等等所需要的加工工艺参数, 只有经过这样, 才会自动生成相应的数控加工程序等等, 所以, 工艺编程人员所拥有的技术水平以及相应的经验决定了这一加工程序的质量。基于这种现象的出现, 并且考虑到安全问题, 工艺编程人员在面对那些比较复杂的零件时, 他们都会选择较为稳妥的加工参数, 也就是比较保守的参数, 这些参数在整个工序中几乎没有改变, 从而出现了繁重的冗余现象, 进而降低了数控机床的利用率, 不能充分发挥机床的效能。

2. 变参数优化

变参数优化一般情况下是指, 采用仿真的手段预测一些重要数据, 这些数据是在加工过程中形成的。并且在约束的范围之中, 依据这些数据来找出那些特定目标的优化加工参数。长期以来, 对于铣削加工而言, 变参数优化研究的中心是建立铣削力模型。

3. 定参数优化

定参数优化以寻优算法的使用以及加工过程的建模为主要研究内容, 它采用已有的加工经验数据, 选取加工质量、加工成本以及加工效率之中的一个或者是多个来作为目标, 从而建立相应的数学模型;之后采用合适的寻优算法, 选择一组较为固定的优化参数, 以便给特定零件中的某一道工序进行路径规划。这种方式主要适合切削用量变化不大的零件工序中。

二、优化铣削加工参数多目标

1. 设计参数

针对于那些复杂零件所进行的铣削加工, 切削用量 (文中是指切削宽度以及切削深度) 极有可能会出现较大的变化, 为了获取较好的优化效果, 就要依据不同时刻的切削用量来选择相应的加工参数。然而在数控机床进行实际控制中, 我们不可能一直地加工参数进行调整;切削用量在整个过程中虽然变化比较大, 但是在某时间段内可能不会发生变化, 所以可以同一数值来表示这段时内的切削用量。所以可以这样对其下定义:加工过程中, 存在不同的时间段, 并且在这期间切削宽度和切削深度都能够采用相同的数值来表示, 因此, 在这些时间段内可以选取一样的加工参数, 在这些时间段内刀具所走过的距离设为li, 把这样几个时间段有机的合在一起就是一个时段组合, n个时间段就可以组合构成零件的整个加工过程, 此时我们可以将矢量设计为X=[vi, f zi]T, i=1, 2..., n.

2. 目标函数的优化

优化目标有数多中, 其中凸显铣削加工重要性的有:

(1) 总加工时间。如果在零件加工的工序中采用一样的设计参数, 那么铣削操作在单一刀具中生产一个零件所需的时间, 便可以定义为

这个公式中的ts代表设备准备时间, tm代表加工时间, tc代表一次换刀的时间, tt代表刀具的平均寿命。

(2) 加工成本。如果在零件加工的工序中采用一样的设计参数, 那么单个零件所需的加工成本便可定义为

这个公式中的Ct代表刀具成本, HC代表单位时间内劳动力成本以及其他的经常性开支。如果在零件加工的工序中采用不同的设计参数来进行的加工过程, 那么总加工成本可以定义为

(3) 加工效益。单位时间内所获取的加工效益, 可以定义为

这个公式中的PALL代表单个零件的价格。

3. 约束

实际应用中, 每齿进给量以及切削速度的取值范围都可能会受到一些约束的限制:

(1) 机床输出功率。机床最大的输出功率是材料切削过程中所消耗功率的上限也就是说

这个公式中的MRR代表材料的去除率。公式里选取的材料去除率, 与单位时间内的切深和切宽、每齿进给量以及切削速度都有关;Psp代表同特定的零件材料以及刀具有关的常值系数 (它的单位是W·s/mm3) , η代表机床的效率系数Pmax代表机床输出的最大功率 (它的单位是kW) 。

(2) 切削进给力。它不可以超出机床进给机构所许可的进给力, 依据切削功率同圆周力Fy之间的关系

F的约束可表示为

这个公式中, F代表切削进给力, D代表刀具直径 (它的单位是mm) ;n代表每分钟主轴的转数;ρ代表圆周力同进给力之间的比例系数;Fmax代表机床最大的进给力 (它的单位是N) 。

(3) 主轴转速以及进给速度的限制

这个公式中nmin最小的主轴转速、nmax代表最大的主轴转速 (它们的单位是Pmin) ;f min最小的进给速度、f max代表最大的进给速度 (它们的单位是mPmin) 。

三、求解优化问题

针对铣削加工过程中所存在的优化目标变参数问题, 我们可以将其归纳为

基于每个时间段中的组合设计参数中的切削速度同每齿进给量是单独存在的, 所以, 优化目标综合函数就可以被分解成多个子目标函数之和

这个公式中的C代表一定的准备时间和它所对应的成本, Mi代表子目标函数

又因每个时间段中所组合的单独存在的对应的切削用量组合, 所以可以将其看做是单个的子优化问题

从一定的物理意义上而言, 这也是通过对每个时间段内的局部组合的优化进而使整个加工过程到达整体优化的目标。

四、结语

伴随着科技的不断发展, 零件也相对日益复杂化, 所以对于零件加工的要求也日益变化, 以前的那种单目标优化变参数方案, 已经很难满足科技的发展变化, 并且它不能够灵活地反映出实际生产过程中存在的复杂多变的优化目标要求, 所以应该不断地提出一些解决这一问题的新方案, 以便促进数控铣削加工多目标变参数的发展。

参考文献