數(shù)控車銑加工凸輪軸工藝的優(yōu)化及實例研究

1、數(shù)控車銑加工凸輪軸工藝的優(yōu)化及實例研究摘要：該文分析了數(shù)控車銑加工凸輪軸工藝的缺陷，建立了以最低生產(chǎn)本錢與最高生產(chǎn)率的目標函數(shù)，選擇了以切削速度和軸向進給量作為進行優(yōu)化設計的變量，對數(shù)控車銑加工切削用量進行了相關的優(yōu)化。最后以實例來驗證，結果說明在實際生產(chǎn)加工中，以通過生產(chǎn)本錢的降低，來提高生產(chǎn)效率為目的的優(yōu)化方式，是企業(yè)生存以及增強競爭力的主要方向，是完全符合企業(yè)要求的。關鍵詞：數(shù)控車銑加工凸輪軸工藝分析中圖分類號：TK426文獻標識碼：A文章編號：1674-098X202110b-0052-021在傳統(tǒng)加工方法中，凸輪軸的工藝缺陷凸輪加工是凸輪軸的加工工藝重點。凸輪軸的傳統(tǒng)粗銑加工方法，根

2、本上是在數(shù)控凸輪銑床上完成加工的，由于設備老化，容易受到設備行程的限制，控制系統(tǒng)不穩(wěn)定性等因素的影響。因此并不適應在當前多個品種生產(chǎn)的實際情況。對凸輪軸粗銑更多的是只能在凸輪磨床靠凸輪型線進行加工，然后在萬能銑床上完成銑削的相關加工工序。磨削凸輪都是在凸輪磨床上以仿形磨削的方式來進行的，而仿形磨削要求是制作出精度特別高的凸輪設計型線，從而加大了凸輪靠模的制造周期，大大提高了本錢，更新曲線非常困難。同時，仿形系統(tǒng)還會出現(xiàn)彈性變形。這樣一種仿形誤差對于凸輪加工精度的影響可以到達0.055mm左右。由于凸輪磨床工件的轉速是屬于固定的，因此凸輪型面上各個升程點的磨削速度是不一樣的。某一些點會存在很大的

3、加速度，這樣一種運動形式對于凸輪會造成較大的震動以及沖擊，從而使得凸輪外表形成較大的拉應力以及較大的變質層，以此來引起凸輪外表出現(xiàn)過早疲勞裂紋以及磨損的現(xiàn)象，最終使得零件出現(xiàn)失效的可能。2數(shù)控車銑加工凸輪軸工藝優(yōu)化分析數(shù)控車銑加工凸輪軸加工工藝過程中優(yōu)化的根底是切削用量的優(yōu)化分析。一般是以最高生產(chǎn)率、最低生產(chǎn)本錢來作為全面優(yōu)化的目標，用設備、刀具以及工件方面的因素來作為約束的條件，在加工條件明確的情況下加工任務、零件圖紙說明、設備、工、量、刀具等，切削用量對提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品精度、降低生產(chǎn)本錢有著最為直接的影響。在計算機應用技術快速開展的今天，充分地應用現(xiàn)代數(shù)學建模與模型分析方法、切削理論來尋

4、找最正確的組合切削參數(shù)，是作為解決這一個問題的關鍵所在。2.1確定優(yōu)化設計變量當凸輪軸在數(shù)控車銑復合加工中心上進行加工的時候，機床設備、刀具、工件等參數(shù)都具體確定后，真正能夠影響生產(chǎn)效率的主要工藝參數(shù)有這幾個因素：切削速度為、工件每轉一圈銑刀的軸向進給量為、切削的深度為、工件的轉速、刀具的每齒進給量為、刀具的齒數(shù)為Z、刀具直徑為d和工件直徑為D。工件每轉一圈銑刀的軸向進給量是作為全面影響加工效率的一個重要參數(shù)之一。如果工件的轉速的單位是屬于r/min，那么銑刀軸向進給速度的單位是屬于mm/min，那么每轉進給量的計算公式是：。銑刀的每齒進給量是作為車銑加工凸輪軸過程中的一個最為主要的工藝參數(shù)，

5、它的大小與銑刀以及工件直徑、齒數(shù)、銑刀以及工件轉速都有直接的關系。其計算公式為：在數(shù)控車銑加工過程中切削用量優(yōu)化所涉及到的工藝參數(shù)是相當多的，假假設對每一個工藝參數(shù)進行全面的優(yōu)化是不可取的，同時每一個工藝參數(shù)之間是相互關聯(lián)的。在工藝條件一定的條件下這里是指刀具、工件以及機床參數(shù)等，主要影響加工質量、加工效率以及刀具耐用度等方面的切削用量，包括軸向進給量、切削速度、切削深度以及銑刀的每齒進給量，而銑刀的每一齒進給量是通過銑刀轉速、工件轉速以及軸向進給量這些參數(shù)派生出來的，切削深度是已加工外表與待加工外表間的垂直距離，這樣對于零件外表質量的影響是非常小的，通常來說由被加工零件的余量來進行決定的，在

6、整個優(yōu)化設計中是屬于常數(shù)。2.2建立目標函數(shù)1建立生產(chǎn)率目標函數(shù)。數(shù)控車銑的加工效率優(yōu)化更多的是以單件平均生產(chǎn)時間作為主要的目標函數(shù)，其中刀具使用壽命會受耐用度的影響，這是屬于中間的控制因素。因此，單件平均生產(chǎn)時間的組成是這樣計算的：2建立生產(chǎn)本錢目標函數(shù)。單件單工序平均加工本錢一般包括這兩個局部：一局部是工時費；另一局部是加工設備耗損費以刀具損消耗為主。我們假設某一工序在單位時間內(nèi)所消耗的費用率為M，那么所使用刀具平均費用是，工時費是；刀具損消耗計算公式是。3建立雙目標優(yōu)化函數(shù)。多目標優(yōu)化設計問題的根本原那么是希望各個分量目標可以到達最優(yōu)，如果可以到達那樣的效果，那么這個優(yōu)化結果是最理想的。

7、但是，在現(xiàn)實過程中全面解決多目標優(yōu)化設計問題是屬于一個十分復雜的問題，特別是在各個分目標進行優(yōu)化后相互產(chǎn)生的矛盾。因此，想要全面解決這些問題，就需要全面協(xié)調各個分目標，讓它們可以相互做出一些必要的“讓步，以此來到達接近各個分目標的要求，這才是最好的解決方案。2.3約束條件在實際生產(chǎn)加工過程中，由于加工設備、加工條件和工件質量要求等一些技術條件方面的限制，所以可供選擇的切削用量的范圍是相當有限的。因此，在進行參數(shù)優(yōu)化時，必須要考慮好這些條件對切削用量選擇的限制，并給出與之相對應的約束條件。針對目標函數(shù)中所涉及到的變量，按照現(xiàn)實中車銑加工的特點，建立起相關的約束條件，以此來全面優(yōu)化操作參數(shù)組合，這

8、樣不但可以到達或者接近理論上的外表粗糙度，還可以在有限的范圍內(nèi)對約束條件進行限制。3數(shù)控車銑凸輪軸切削用量優(yōu)化實例分析這里的數(shù)控車銑復合加工中心機床上進行加工凸輪軸時，具體的工藝參數(shù)是這樣的：凸輪軸毛坯直徑值mm，凸輪寬度值mm，凸輪輪廓長度是mm，切削的深度=1mm，C軸轉速是r，這所期望能夠到達的外表粗糙度值是3.2。切削刀具耐用度廣義泰勒公式中所表達的刀具耐用度系數(shù)，切削力系數(shù)具體如表1所示。數(shù)控車銑刀主要使用的是圓角立銑刀，其刀片材料為硬質合金；銑刀的直徑是mm；銑刀齒數(shù)值為Z=2；每一次換刀所需要的時間是tcmin；非進行加工時間輔助時間值是tamin；刀具平均使用的費用是元；單位時

9、間內(nèi)的費用率是M=70元；Vcm/min；Vcm/min；minmm/r；maxmm/r。這里求解生產(chǎn)本錢最低值是和生產(chǎn)最高值是。我們應用MATLAB10.0軟件來進行求解，因為這是屬于有約束非線性優(yōu)化的問題，所以通過采用MATLAB中的fmincon函數(shù)來進行相應的求解。能夠求得生產(chǎn)率最高時的切削速度是和每齒進給量的值是=412.674m/min，=2.36mm，這時twmin。同樣的道理，求得生產(chǎn)本錢最低值=263.445m/min與=1.78mm，這個時候C=155.6元；這里主要是使用雙目標函數(shù)法，可以得到生產(chǎn)率最高以及生產(chǎn)本錢最低時的與的值，它分別是=310.225m/min，=1.

10、84mm，這個時候tw=10.5min，C=162.3元。從這里可以看出，當進行單目標參數(shù)優(yōu)化設計時，都會存在片面性，進行生產(chǎn)效率與生產(chǎn)本錢的雙目標函數(shù)優(yōu)化設計是符合現(xiàn)實情況的。在實際生產(chǎn)過程中，通過以全面降低生產(chǎn)本錢、提高加工效率作為目標的優(yōu)化方式，是企業(yè)開展需要的。但是要想建立起符合現(xiàn)實加工條件的優(yōu)化模型，需要進行反復的調整優(yōu)化參數(shù)以及約束條件，才可以到達最正確的效果。4結語綜上所述，該文主要分析了原傳統(tǒng)凸輪軸加工存在不穩(wěn)定性、精度低、柔性差以及制造周期較長等方面的缺陷，并提出了具體的優(yōu)化措施。通過分析比照，可以得出這樣一個結論：當生產(chǎn)效率到達很高的時候，必然加大切削速度，提高軸向進給量，這時刀具磨損較快，使用壽命大大縮短，從而加大了生產(chǎn)本錢；而當生產(chǎn)效率不高的時候，切削速度必然減小，軸向進給量必然降低，刀具磨損較慢，使用壽命也變長了，其本錢也必然降低。由此可見，在凸輪軸的加工中，進行生產(chǎn)效率與生產(chǎn)本錢的雙目標函數(shù)優(yōu)化設計是屬于比較符合實際的。參考文獻【1】夏煥金，蔡慧慧，韓林，等.車銑復合加工技術的開展及應用J.金屬加工冷加工，202121：27-29.