CN106769591B - 等切除量逼近切削优化试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种等切除量逼近切削优化试验方法，首先确定一组试验用基本切削用量P_b，使用基本切削用量组进行刀具磨损试验，取后刀面磨损VB中间值不超过0.3时的切削时间为基本切削时间T_b；按各切削用量最大范围确定切削用量范围比例S，一般取1<S<2；按等切除量确定试验用切削用量P；如果在以保持原有生产效率下寻找最优切削用量为目的，则挑选基本切削用量中的两项分别乘以S、1/S作为试验用切削用量，切削时间不变，进而确定所有可能切削用量组合；本发明可由试验结果直接判断出各切削用量组合的优劣。避免由于经验公式及数学模型的不准确所带来的影响。并可通过追加试验持续优化切削用量及提高生产效率。

Description

等切除量逼近切削优化试验方法

技术领域

本发明涉及机械加工及优化试验技术领域，特别提供了一种切削用量优化试验方法。

背景技术

现有切削用量优化试验方法一般通过一系列不同切削用量组合下的切削试验结果，以回归方法拟合经验公式建立数学模型。确定约束条件及优化目标函数，最后用代数或迭代的方法求取优化的切削用量。

其中切削用量一般包括进给量(铣削通常使用齿进给量f_z，其它工艺通常使用每转进给量f_n)、切削速度V_c、切削深度a_p(用于普通车削、侧刃铣削、铰削、镗削)、切削行距a_e(用于侧刃铣削)。切削试验一般采用单因素试验法、全面试验法、部分实施试验法。部分实施试验法常采用正交试验法、均匀试验法。经验公式一般采用广义泰勒公式(刀具耐用度公式)或刀具磨损公式。约束条件一般包括工件粗糙度、机床最高转速、最大加工余量等。优化目标通常以最高生产率、最低生产成本、最高利润率为优化目标。以其中一种或几种进行加权构造出优化目标对切削用量的函数。

此种切削用量优化试验方法常见于切削理论及教学研究之中，但是应用于工厂实际生产中有着一系列的问题。

由于经验公式只能近似代表试验用切削用量范围内的刀具磨损变化规律，因此要求试验用切削用量范围覆盖生产可选取切削用量范围。但极端的试验切削用量即可能由于约束条件限制而无法在生产中实现，也可能造成产品的质量问题甚至导致产品报废。因此该种试验方法通常不能直接在产品上试验，而只能在同样材料的模拟件上进行专门的试验。即不能完全代表产品的真实生产状况，又增加了成本。

广义泰勒公式(刀具耐用度公式)或刀具磨损公式通常只在马卡洛夫切削温度守恒定律所揭示的等温线以上的区域有效，而在实际生产应用中，经常有切削用量的选择实际上处于马卡洛夫等温线以下。而在此切削用量范围内取得的经验公式基本不能代表刀具磨损随切削用量变化的实际规律。

在使用自动换刀设备时，最高生产率目标函数不适用。

加工难加工材料或刀具成本较高时，最低生产成本目标函数不适用。

当切削速度低于马卡洛夫切削温度守恒定律所揭示的等温线以下时，最低生产成本、最高利润率目标函数均有误。尤其是理论上处于微利点时，往往意味着实际上的亏损。同时，由于实际生产中有切削用量优化需求时，生产线和生产节拍已经确定，最高利润率目标也失去了需求。

使用优化目标函数通常只能对一种切削用量进行优化，不能同时对多种切削用量进行优化。

基于以上原因，此种切削用量优化试验方法在企业生产中的应用十分有限。同时，也缺少一种可直接应用于产品生产过程的快速有效的切削用量优化方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可直接应用于产品生产过程的快速有效的切削用量优化方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种等切除量逼近切削优化试验方法，首先确定一组试验用基本切削用量P_b，使用基本切削用量组进行刀具磨损试验，取后刀面磨损VB中间值不超过0.3时的切削时间为基本切削时间T_b；

按各切削用量最大范围确定切削用量范围比例S，一般取1<S<2；

按等切除量确定试验用切削用量P；

如果在以保持原有生产效率下寻找最优切削用量为目的，则挑选基本切削用量中的两项分别乘以S、1/S作为试验用切削用量，切削时间不变，进而确定所有可能切削用量组合；

如果在以提高生产效率下寻找最优切削用量为目的，则挑选基本切削用量中的一项乘以S为试验用切削用量，切削时间乘以1/S，进而确定所有可能切削用量组合；

总结为按如下公式确定试验切削用量组P及试验切削时间T：

P＝P_bK

T＝T_bK_t

K为切削用量系数，K_t为切削时间系数，按表1选取；

表1

如果在以保持原有生产效率下寻找最优切削用量为目的，则进行基本组和等效组试验，如果在以提高生产效率下寻找最优切削用量为目的，则进行基本组和提效组试验；

超过合理范围的试验切削用量方案应予舍弃；一般指如下情况：切削深度超过被切削表面的最大余量；切削宽度不能满足切削表面的理论残余高度要求；进给量不能满足切削表面理论粗糙度要求；已有明确试验结论该切削用量不适用；

对比以上试验组合的刀具磨损值，以其中后刀面磨损VB中间值最小者为优化切削用量；

以此优化切削用量为最终试验结果，或者进一步试验以取得更加优化或高效的切削用量。

本发明的优点是：

本发明可由试验结果直接判断出各切削用量组合的优劣。避免由于经验公式及数学模型的不准确所带来的影响。并可通过追加试验持续优化切削用量及提高生产效率。

本发明采用等材料切除量试验，并选取同等切削效率的试验结果直接进行比较，可以直接判断各切削用量组合的优劣。

本发明不使用经验公式及数学模型，受试验误差及数学模型误差的影响小。试验次数少于或不多于传统试验方法。

具体实施方式

一种等切除量逼近切削优化试验方法，首先确定一组试验用基本切削用量P_b，使用基本切削用量组进行刀具磨损试验，取后刀面磨损VB中间值不超过0.3时的切削时间为基本切削时间T_b；

按各切削用量最大范围确定切削用量范围比例S，一般取1<S<2；

按等切除量确定试验用切削用量P；

如果在以保持原有生产效率下寻找最优切削用量为目的，则挑选基本切削用量中的两项分别乘以S、1/S作为试验用切削用量，切削时间不变，进而确定所有可能切削用量组合；

如果在以提高生产效率下寻找最优切削用量为目的，则挑选基本切削用量中的一项乘以S为试验用切削用量，切削时间乘以1/S，进而确定所有可能切削用量组合；

总结为按如下公式确定试验切削用量组P及试验切削时间T：

P＝P_bK

T＝T_bK_t

K为切削用量系数，K_t为切削时间系数，按表1选取；

表1

如果在以保持原有生产效率下寻找最优切削用量为目的，则进行基本组和等效组试验，如果在以提高生产效率下寻找最优切削用量为目的，则进行基本组和提效组试验；

超过合理范围的试验切削用量方案应予舍弃；一般指如下情况：切削深度超过被切削表面的最大余量；切削宽度不能满足切削表面的理论残余高度要求；进给量不能满足切削表面理论粗糙度要求；已有明确试验结论该切削用量不适用；

对比以上试验组合的刀具磨损值，以其中后刀面磨损VB中间值最小者为优化切削用量；

以此优化切削用量为最终试验结果，或者进一步试验以取得更加优化或高效的切削用量。

等效试验中，如果上述优化切削用量组为边界点(在各因素中，至少有一项因素为最低或最高水平)，则以此切削用量组为基本切削用量组，按照表1重新安排试验；已有试验结果的不必重复试验，将结果直接带入对比。

等效试验中，如果指标最优组合为中间点，则进行快速逼近试验或全面逼近试验；

快速逼近试验：在最优试验组合P_o的临近组合(即部分或全部因素与最优组合相差一个水平，其余水平相同)中选取次优组合P_h；

按下式计算切削用量组P’：

P’＝(P_oP_h)^1/2

按切削用量组P’安排切削试验，根据结果在P_o与P’之间选择最优组合；

可以选择进一步进行逼近试验，以最优组合为P_o，另一点为P_h，重新计算P’并安排试验；

全面逼近试验：以最优试验组合P_o切削用量为基本切削用量，取S’＝S^1/2重新安排等效率对比试验。

提效试验中，设基本组后刀面磨损为VB₀，提效组某一试验组后刀面磨损为VB₁，则该切削用量组的磨损指数E为：

E＝log_S(VB₁/VB₀)

分别求取提效组每一切削用量的磨损指数，若E<0，则意味基本切削用量选取低于经济切削用量，应继续提高；若0<E<1，意味刀具成本增加幅度低于效率提升程度，请根据提升效率的迫切程度来决定后续工作；E>1，意味刀具成本增加幅度高于效率提升程度，效率提升代价较高。

实施例

下面结合实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1：以在保持原有生产效率下寻找最优切削用量为目的。

某车削工艺下的资料推荐数据为：f_n＝0.1～0.25mm/r，V_c＝40～80m/min，a_p＝1～3mm，生产节拍为25min，辅助时间为5min，最大余量2.5mm。

将基本切削用量确定为：

f_n＝0.15mm/r，V_c＝52m/min，a_p＝1.5mm

通过刀具磨损试验确定其后刀面磨损为0.3时的切削时间T_b为18min。

取切削用量范围比例S＝1.7，则参照表1得到全部切削用量组合如下：

试验次数为5次。

经判断组合4为最优组合，判断其为边界点。以该组合为基本切削用量重新安排试验。

试验次数为1次。

经判断组合1为最优组合，判断其为中间点。在临近组合中确定组合7为次优点，则按如下切削用量安排快速逼近试验：

f_n＝0.09mm/r，V_c＝(52×88)^1/2＝68m/min，a_p＝(1.5×2.5)^1/2＝1.9mm

或者取S＝1.7^1/2＝1.3安排全面逼近试验。

追加试验4次。根据结果确定是否继续进行扩展试验或逼近试验。

实施例2：以在提高生产效率下寻找最优切削用量为目的。

某侧刃铣削基本切削用量确定为：

f_z＝0.05mm/z，V_c＝40m/min，a_p＝2mm，a_e＝4mm

通过刀具磨损试验确定其后刀面磨损为0.3时的基本切削时间T_b为21min。

取切削用量范围比例S＝1.5，则参照表1得到全部切削用量组合如下：

试验次数为5次。

经分析，组合3磨损指数<0，证明原有切削速度选取偏低，且有继续提高效率的余地。以组合3为基本切削用量和基本切削时间，重新安排切削试验如下：

试验次数为4次。

经分析，两次提效后，组合4磨损最低，且提效代价较小，仍有进一步提效的余地。

上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制。在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种等切除量逼近切削优化试验方法，其特征在于：

首先确定一组试验用基本切削用量P_b，使用基本切削用量组进行刀具磨损试验，取后刀面磨损VB中间值不超过0.3时的切削时间为基本切削时间T_b；

按各切削用量最大范围确定切削用量范围比例S，一般取1<S<2；

按等切除量确定试验用切削用量P；

如果在以保持原有生产效率下寻找最优切削用量为目的，则挑选基本切削用量中的两项分别乘以S、1/S作为试验用切削用量，切削时间不变，进而确定所有可能切削用量组合；

如果在以提高生产效率下寻找最优切削用量为目的，则挑选基本切削用量中的一项乘以S为试验用切削用量，切削时间乘以1/S，进而确定所有可能切削用量组合；

总结为按如下公式确定试验切削用量组P及试验切削时间T：

P＝P_bK

T＝T_bK_t

K为切削用量系数，K_t为切削时间系数，按表1选取；

表1

如果在以保持原有生产效率下寻找最优切削用量为目的，则进行基本组和等效组试验，如果在以提高生产效率下寻找最优切削用量为目的，则进行基本组和提效组试验；

超过合理范围的试验切削用量方案应予舍弃；一般指如下情况：切削深度超过被切削表面的最大余量；切削宽度不能满足切削表面的理论残余高度要求；进给量不能满足切削表面理论粗糙度要求；已有明确试验结论该切削用量不适用；

对比以上试验组合的刀具磨损值，以其中后刀面磨损VB中间值最小者为优化切削用量；

以此优化切削用量为最终试验结果，或者进一步试验以取得更加优化或高效的切削用量。

2.根据权利要求1所述的一种等切除量逼近切削优化试验方法，其特征在于：

等效试验中，如果上述优化切削用量组为边界点，则以此切削用量组为基本切削用量组，按照表1重新安排试验；已有试验结果的不必重复试验，将结果直接带入对比。

3.根据权利要求1所述的一种等切除量逼近切削优化试验方法，其特征在于：

等效试验中，如果指标最优组合为中间点，则进行快速逼近试验或全面逼近试验；

快速逼近试验：在最优试验组合P_o的临近组合中选取次优组合P_h；

按下式计算切削用量组P’：

P’＝(P_oP_h)^1/2

按切削用量组P’安排切削试验，根据结果在P_o与P’之间选择最优组合；

可以选择进一步进行逼近试验，以最优组合为P_o，另一点为P_h，重新计算P’并安排试验；

全面逼近试验：以最优试验组合P_o切削用量为基本切削用量，取S’＝S^1/2重新安排等效率对比试验。

4.根据权利要求1所述的一种等切除量逼近切削优化试验方法，其特征在于：

提效试验中，设基本组后刀面磨损为VB₀，提效组某一试验组后刀面磨损为VB₁，则该切削用量组的磨损指数E为：

E＝log_S(VB₁/VB₀)

分别求取提效组每一切削用量的磨损指数，若E<0，则意味基本切削用量选取低于经济切削用量，应继续提高；若0<E<1，意味刀具成本增加幅度低于效率提升程度，请根据提升效率的迫切程度来决定后续工作；E>1，意味刀具成本增加幅度高于效率提升程度，效率提升代价较高。