整体铣制叶轮切削参数优化方法研究

富岩岩 张艳梅

摘 要： 对于整体铣制叶轮加工，提供了一种有效的切削参数优化方法，利用VERICUT仿真软件，制作了仿真用机床模型，通过模拟切削轨迹计算的切削量与实际切削参数的经验值进行比较，计算分析后在代码上修改相应的切削进给速度，从而使得程序运行更加平稳，提高了刀具使用寿命与加工效率。

关键词： 进给速度;Vericut;仿真;加工效率

中图分类号： TB      文献标识码： A      doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.12.092

0 前言

保证铣削加工过程中切削余量的均匀具有非常重要的意义。在已完成的闭式叶轮加工过程中，发现切削余量不均匀对刀具寿命的影响非常大。在余量较大的地方降低进给速度，在空切的时候提高进给速度，这样不仅能减少对刀具冲击，增加刀具使用时间，还能缩短空行程时间，提高加工效率。

传统进给速度的改变是在机床上通过倍率开关调整进给速度，然后手工修改，但由于受到客观条件的限制，所修改的并非为最优结果。随着计算机辅助技术的不断发展，通过仿真软件进行模拟，对进给速度进行自动优化。从而实现提高刀具寿命，提高加工效率的目的。本文以铣削过程中的进给速度为优化变量，建立切削余量相对均匀的优化模型。

1 优化模型的建立

1.1 优化变量

当工件、刀具、机床参数都确定后，影响生产效率的主要因素为主轴速度、进给速度、切削宽度和切削深度。对于已经编制完成的机床加工代码，刀具轨迹已经确定，部分切削数据（如切削深度、切削宽度、主轴转速和进给速度等切削数据）也就确定。在修改数控加工程序时为了不引起刀具轨迹的变化，以及避免刀具与工件、夹具发生干涉、碰撞的情况，本文着重对切削速度进行优化完成切削余量均匀的优化目标。

1.2 优化目标与方法

本文通过在VERCICUT软件上进行仿真，模拟生产过程切削模型，根据当前所使用的刀具及每步走刀轨迹，计算每步程序的切削量，再与切削参数经验值（这些参数保存在刀具库的优化记录中）进行比较，计算分析，发现余量大，就降低速度，余量小，就提高速度，进而修改程序，插入新的进给速度。只是根据切削量，优化数控程序的进给速度，并不改变程序的轨迹，加工形状没有发生任何改变。从而达到优化目的：第一，避免切削余量大，损坏刀具和损伤机床;第二，保证零件质量;第三，提高加工效率。

本文所研究的切削参数优化方法是在给定的机床数控加工代码的前提下，对切削进给速度进行优化，使得切削余量均匀，最后得到优化后的数控加工代码。

2 优化过程及实现

闭式叶轮加工是采用“钻—粗铣—半精铣—精铣”的工艺方法，钻孔后，流道内各处余量是不均匀的，在粗加工时就必须采用不同的进给速度，加工后如图1所示。

为了实现自动优化，利用VERCICUT仿真软件，并根据具体的情况进行如下操作：

（1）根据PAMA机床结构形式，制作了仿真用机床模型。

（2）对宏程序进行修改，实现了对IJK形式G代码的支持。

（3）根据实际加工情况，对优化参数进行调整。通过在H1279、H1241等产品叶轮上试用，优化后的程序取得了较明显的效果。实际加工与仿真对比如图2所示。

3 结论

整体铣制加工技术实现了叶轮加工工艺跨越性的飞跃。本文针对整体铣制数控程序进行更加深入的分析和优化，使程序的运行更加平稳，有效降低了加工过程中因切削量大对刀具的冲击，减少了刀具损坏，提高刀具使用寿命，对于部分程序还能提高加工效率。虽然经过多个叶轮的检验，但是目前优化库尚不全，对于部分叶轮材料的优化参数还没有实践验证过，还需不断地积累经验，使闭式叶轮铣制程序的优化更加完善。

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