工藝參數優(yōu)化在超精密飛刀銑削加工的分析

于雪梅 ，朱曉華 ，暢 瑩

（1.淮海工學院 機械工程學院，江蘇 連云港 222005；2.江蘇省海洋資源開發(fā)研究院（連云港），江蘇 連云港 222005）

電子元器件的超精細化生產與加工，越來越受到電子產品制造企業(yè)的重視。雖然現階段可以使用單點金剛石飛刀直接進行納米級別的元器件加工，但是從實際情況來看，元器件表面粗糙無法真正滿足生產的需要。實踐證明通過對加工參數的優(yōu)化能夠在很大程度上實現飛刀加工的精細化，提升銑削加工的效率，保證產品質量與生產需求。因此工藝參數的優(yōu)化對于實現飛刀銑削加工的超精密性有著十分重大的現實意義。

1 影響飛刀銑削加工超精細的主要因素

飛刀銑削加工就其本質而言是一種斷續(xù)加工，飛刀在一個周期中是對元件進行一次加工，從而使得加工元件沿著飛刀運行方向形成一定的高度殘留，如圖1、圖2所示。由于這種高度殘留與飛刀自身的運動特性有關，很難依靠其他技術進行削減與降低。高度殘留的存在，就使得元器件在飛刀銑削加工之中形成粗糙的表面。而對于殘留高度的研究，能夠有效提升元器件加工的超精細化，滿足工業(yè)生產的客觀要求。

圖1 不同主軸轉速下工作的表面粗糙度Rt

圖2 不同進給速度下工件的表面粗糙度Rt

（1）主軸轉速與飛刀運行速度的影響。從圖1、圖2可以看出主軸轉速與飛刀運行速度對飛刀銑削加工的精密性所產生的重大影響。在圖1中，在同一飛刀銑削加工的正常運作下，不同轉速對元器件表面的粗糙程度有著一定的線性關系，雖然從理論上來看，當飛刀銑削加工主軸的轉速越高時，元器件表面應該越光滑。但是從實際加工情況來看，二者并沒有存在必然的聯系。從圖2則可以看出，在不同的飛刀進給速度中，元器件表面的光滑程度呈現出有規(guī)律性的變化，理論上來說，當飛刀進給速度逐漸降低時，元器件表面的粗糙程度逐漸降低，趨于光滑。從加工實際來看，這種進給速度與元器件表面之間的光滑程度的關系基本上與理論相符合。

（2）切削縱深與飛刀回轉半徑的影響。不同的切削縱深對加工元器件的精密加工影響是巨大的。飛刀在進行銑削加工的過程中，其加工的精密程度并不與切削縱深之間保持正相關關系，不會呈現出出一種切削縱深越高，加工精密程度越好的比例關系，從實際的情況來看，不會隨著切削縱深的減少而降低，這是因為當飛刀的切削縱深達到一定程度之后，飛刀對于元器件的切削半徑相對得到增加，切削角度也由正變負，影響飛刀加工的精細化操作。

2 工藝參數優(yōu)化的嚴謹算法及遺傳算法

（1）采用科學嚴謹的算法。要提升飛刀銑削加工的精密操作，工藝參數的優(yōu)化須更新觀念、不斷創(chuàng)新方法。飛刀銑削加工的超精密操作不僅僅是一個技術性的生產與加工過程，還是一個生產觀念不斷更新、與時俱進的過程。從飛刀銑削加工的實際情況來看，現階段已經可以實現納米級別的電子元器件加工，但是由于加工參數調試方面的不足，使得飛刀銑削加工的生產效果難以滿足實際的需要。為此就需要我們立足于現有的加工技術，不斷進行自我觀念的更新，采用科學嚴謹的算法，從更為全面的角度上進行生產參數的確定與優(yōu)化，合理化處理各種數據之間的關系，實現飛刀銑削加工的超精密化。

（2）借助于遺傳算法。工藝參數優(yōu)化在超精密飛刀銑削加工的應用必須要遵循科學性的原則，只有從科學的角度對飛刀銑削加工超精密化的加工條件以及工藝參數自身特性進行細致而全面的考量，才能夠最大限度地保證工藝參數優(yōu)化，滿足電子元器件超精細化生產與加工的要求。為此我們使用遺傳算法進行工藝參數的優(yōu)化。所謂的遺傳算法是指根據自然界生物進化的運行模式，進行結果的優(yōu)選。借助于遺傳算法能夠使得工藝參數具有全局性以及結果選擇性等優(yōu)點。通過將遺傳算法融入到工藝參數優(yōu)化的過程中，能夠有效使主軸轉速與飛刀運行速度、切削縱深與飛刀回轉半徑之間的關系合理化，使飛刀在對電子元器件進行銑削加工的過程中，能夠最大限度降低殘留高度，保證電子元器件表面的光滑程度，實現銑削加工的超精密化。

3 工藝參數的優(yōu)化必須遵循易操作原則

為了保證工藝參數的優(yōu)化能夠真正滿足超精密飛刀銑削加工的需要，就需要利用信息技術以及計算機軟件系統(tǒng)對工藝參數的優(yōu)化加工進行不斷驗證與調整，只有這樣才能夠保證工藝參數能夠滿足實際加工的需要，滿足電子元器件表面超精細化處理的需求。工藝參數優(yōu)化在超精密飛刀銑削加工的應用必須要遵循易操作的原則。由于大多數工業(yè)生產場地的環(huán)境較為簡陋，難以實現飛刀銑削加工的細致處理與操作，為了適應這一現實狀況，工藝參數優(yōu)化在超精密飛刀銑削加工的應用的過程中，就要盡可能增加工藝參數自身的容錯率，減少外部環(huán)境對工藝參數優(yōu)化在超精密飛刀銑削加工生產活動的影響。同時，工藝參數優(yōu)化在超精密飛刀銑削加工的應用必須進行簡化處理，降低操作的難度，使操作人員在較短時間內能進行正常操作，保證加工項目的效率與效益，使得生產任務能夠按期完成。為了保證操作，一般按照隨機的方法進行100組數據的選取，并對工藝參數的變異概率進行統(tǒng)計與計算，并且進行迭代計算，最終得出優(yōu)化參數，實現對工藝參數的有效監(jiān)控以及規(guī)律性調整，使得工藝參數滿足超精密飛刀銑削加工的需要。