宋強(qiáng)

（南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院，南京210023）

0 引 言

某公司是從事塑料薄膜生產(chǎn)線上的設(shè)備加工的機(jī)械制造企業(yè)。在該公司的塑料薄膜生產(chǎn)線改造項(xiàng)目中，鋏體在加工中心上加工效率并不高，而其制造精度在一定程度上對(duì)塑料薄膜的加工質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響，因此，針對(duì)提高其加工效率的方法進(jìn)行了研究，利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)[1]，對(duì)塑料薄膜生產(chǎn)線上鋏體的數(shù)控加工過程進(jìn)行優(yōu)化，并將其優(yōu)化結(jié)果投入到實(shí)際生產(chǎn)中，減少加工過程中的各種浪費(fèi)現(xiàn)象，提高機(jī)械加工的可靠性和安全性。

1 鋏體加工存在的問題

考慮零件的實(shí)際功能、較好的制造工藝性及材料的經(jīng)濟(jì)性，鋏體毛坯選擇精密鑄件，將零件外形先確定下來，并預(yù)留較少量的加工余量。零件尺寸如圖1所示。

2 解決方案

針對(duì)試加工過程中出現(xiàn)的問題，對(duì)刀具及加工程序進(jìn)行了調(diào)整。

2.1 合理選擇加工刀具

1）在進(jìn)行產(chǎn)品初期試加工A面及B面時(shí)，選用的是φ100 mm的可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金盤銑刀，雖然可以滿足加工要求，但刀片磨損較快，導(dǎo)致成本較高，而且刀具直徑越大，走刀速度越慢，主軸轉(zhuǎn)速越低，加工效率也較低?？紤]A、B面實(shí)際切削尺寸后，選用φ80 mm的YG8類可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀具，成本明顯降低，走刀速度加快，加工效率提高。

2.2 加工程序優(yōu)化

在刀具調(diào)整完成后，運(yùn)用UG軟件生成加工程序，再基于VERICUT 7.0進(jìn)行加工程序優(yōu)化。

2.2.1 VERICUT 7.0切削速度優(yōu)化原理

VERICUT在進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，并不會(huì)改變刀具在原程序下的運(yùn)動(dòng)軌跡，只是根據(jù)切削過程中實(shí)際的切削量的效果來最大化地改變機(jī)床的進(jìn)給速度[2]。但是，并不是對(duì)所有的程序段都這樣，比如當(dāng)VERICUT發(fā)現(xiàn)某程序段中刀具所移動(dòng)的路線過長(zhǎng)，軟件認(rèn)為此時(shí)的切削余量是可變的，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行切削速度的優(yōu)化[3]。具體做法如下：VERICUT會(huì)將原程序段分割為多段，再根據(jù)設(shè)定變量的極限數(shù)值，在相鄰程序段之間插入帶有多個(gè)進(jìn)給速度的程序段，當(dāng)然這些程序段控制的刀具軌跡并沒有發(fā)生改變[4]。

2.2.2 VERICUT7.0數(shù)控加工優(yōu)化方法

針對(duì)不同加工刀具不同的切削狀態(tài)建立VERICUT優(yōu)化刀具庫，對(duì)刀具進(jìn)給速率和主軸轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化[5]。建立VERICUT優(yōu)化刀具庫的方法如下：對(duì)于需要優(yōu)化加工參數(shù)使用選項(xiàng)中的滑塊不斷進(jìn)行調(diào)整[6]，然后通過軟件仿真，當(dāng)數(shù)值過大時(shí)，刀具在切削模型時(shí)會(huì)顯示為紅顏色，表示該組數(shù)據(jù)已經(jīng)超過刀具和機(jī)床所能承受的范圍，經(jīng)過調(diào)節(jié)后達(dá)到臨界的切削狀態(tài)，則將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來并作為編寫數(shù)控加工程序代碼的依據(jù)。打開程序優(yōu)化控制功能，在狀態(tài)欄中選擇被加工零件的材料類型和采用何種數(shù)控加工機(jī)床；打開優(yōu)化方式，結(jié)合之前存儲(chǔ)的刀具優(yōu)化數(shù)據(jù)生成優(yōu)化數(shù)控加工程序文件[7]。

2.2.3 基于VERICUT鋏體數(shù)控優(yōu)化加工

下面說明其優(yōu)化過程。

1)加工條件。a.數(shù)控機(jī)床為3ax.mill，浙江杭州友嘉生產(chǎn)的FV-800數(shù)控加工中心，主軸馬達(dá)功率為11 kW，機(jī)床總功率為15 kW，主軸轉(zhuǎn)速為50～8000 r/min，進(jìn)給速度為0～6000 mm/min。b.工件材料為ZG25。c.刀具描述如表1所示。

2)優(yōu)化目標(biāo)。經(jīng)過優(yōu)化后的工序加工時(shí)間t應(yīng)小于優(yōu)化前的工序加工時(shí)間t0。

3) 優(yōu)化方法。對(duì)進(jìn)行粗銑、精銑加工工序的T1刀具采用恒定切削厚度方式優(yōu)化法，對(duì)進(jìn)行鉆孔工序、擴(kuò)孔工序、鉸孔工序的T2～T5刀具采用固定體積去除率切削方式優(yōu)化法。

4)設(shè)計(jì)變量初始值。a.T1刀具記錄：切削深度為5 mm，圓弧形切削寬度為80 mm，切削厚度為0.207 mm，主軸轉(zhuǎn)速為1860 r/min，表面速度為467 mm/min，主軸功率為7.16 kW。b.T2刀具記錄：切削深度為5 mm，圓弧形切削寬度為12 mm，主軸轉(zhuǎn)速為2000 r/min，表面速度為75 mm/min。c.T3、T4、T5刀具記錄：切削深度為15 mm，圓弧形切削寬度為12 mm，主軸轉(zhuǎn)速為2500 r/min，表面速度為94 mm/min。

5)約束條件。通過查閱友嘉生產(chǎn)FV-800立式線軌高速經(jīng)濟(jì)型綜合加工中心機(jī)床的參數(shù)得知，主軸轉(zhuǎn)速為50～8000 r/min，主軸馬達(dá)功率為11 kW，機(jī)床總功率為15 kW，進(jìn)給速度為25～2000 mm/min。

表1 刀具描述

6)優(yōu)化步驟。按照?qǐng)D2優(yōu)化操作流程對(duì)橫拉機(jī)鋏體各個(gè)加工工序進(jìn)行優(yōu)化，可能一次優(yōu)化并不能達(dá)到滿意的結(jié)果，需要經(jīng)過多次調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)，然后運(yùn)用仿真模擬加工效果，直至滿意為止。

7) 優(yōu)化后仿真結(jié)果。經(jīng)過多次調(diào)整之后確定各工序的最佳切削狀態(tài)，VERICUT軟件會(huì)自動(dòng)彈出優(yōu)化節(jié)省計(jì)算器，自動(dòng)計(jì)算出初始加工時(shí)間、優(yōu)化后加工時(shí)間及節(jié)省時(shí)間百分比，這樣為后續(xù)的分析提供必要的依據(jù)。圖3所示為加工優(yōu)化結(jié)果。

8) 優(yōu)化前后的對(duì)比分析。對(duì)運(yùn)用VERICUT軟件優(yōu)化前后的分析分為數(shù)控加工程序代碼和各工序優(yōu)化率兩部分。

a. 數(shù)控加工程序優(yōu)化前后對(duì)比。圖4為未優(yōu)化的加工程序代碼，圖5為優(yōu)化后的加工程序代碼。

通過對(duì)比相同加工工序的加工程序不難看出：在原加工程序中具有直線插補(bǔ)功能的進(jìn)給速度從120 mm/min變化為508 mm/min, 刀具切削速度明顯增大，而刀具從Y160到Y(jié)-40程序段中，刀具軌跡的進(jìn)給速度變化非常頻繁，表明VERICUT軟件根據(jù)材料的去除量，將復(fù)雜的走刀路線劃分為若干微小的運(yùn)動(dòng)，并在各個(gè)階段安排最佳的進(jìn)給速度，這樣的話，刀具在進(jìn)行切削工件時(shí)的進(jìn)給路線并沒有改變，只是把此前的刀具空行程的速度加快而形成新的刀具路徑。

由于在程序中增加了空行程的進(jìn)給速度，而且刀具在完成切削的過程中適當(dāng)?shù)亟o出較快的速度補(bǔ)償，因此使工件加工過程中的基本加工時(shí)間縮短，提高了加工效率。

b.各工序的優(yōu)化率。通過VERICUT軟件優(yōu)化后，各工序的加工時(shí)間明顯減少，單件的總工時(shí)共節(jié)省8 min，優(yōu)化率為48.2%，具體如表2所示。

表2 優(yōu)化前后加工時(shí)間對(duì)比

3 結(jié)語

在鋏體的實(shí)際生產(chǎn)加工過程中，運(yùn)用VERICUT 軟件優(yōu)化后的數(shù)控加工程序傳輸至數(shù)控機(jī)床中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加工，產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間縮短為8.5 min，節(jié)省時(shí)間近8 min，由于該產(chǎn)品總共有2000套，節(jié)省加工時(shí)間約667 h，很明顯地縮短產(chǎn)品制造的時(shí)間，并節(jié)省人員成本。

經(jīng)過理論分析計(jì)算與工廠試驗(yàn)表明，運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化加工技術(shù)可以科學(xué)地指導(dǎo)產(chǎn)品生產(chǎn)，具有很強(qiáng)的可操作性。另外，軟件還具有檢查刀具碰撞的功能，能對(duì)其他自動(dòng)編程軟件生成的加工程序進(jìn)行優(yōu)化，縮短加工時(shí)間，進(jìn)而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[8]。