數(shù)控加工表面粗糙度預(yù)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)研究

季明紅

摘要：機(jī)械加工技術(shù)可以決定一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的高低，是科學(xué)技術(shù)的集中體現(xiàn)。改革開(kāi)放后，我國(guó)迅速引進(jìn)了國(guó)外的一些現(xiàn)代化技術(shù)和設(shè)備，并使其得到了廣泛的應(yīng)用，數(shù)控加工技術(shù)就是一個(gè)典型的例子。而衡量數(shù)控加工表面質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)就是表面粗糙是否達(dá)標(biāo)，現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)中，往往在加工還沒(méi)開(kāi)始之前，就需要對(duì)產(chǎn)品的加工質(zhì)量與切削參數(shù)有一個(gè)科學(xué)的預(yù)測(cè)，這就是數(shù)控加工表面粗糙度的預(yù)測(cè)模型。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；表面粗糙度；預(yù)測(cè)；關(guān)鍵技術(shù)

1表面粗糙度的概念

無(wú)論我們對(duì)零件表面進(jìn)行怎樣的加工，零件表面不可能是完全平的，既使肉眼無(wú)法發(fā)現(xiàn)精加工后零件表面的凹凸，但將其放到顯微鏡下還是會(huì)發(fā)現(xiàn)其表面是不平的。我們將零件表面的凹凸程度用表面粗糙度來(lái)衡量。表面粗糙度的定義式為：

其中，Ra是離中線m的算術(shù)平均偏差，y是輪廓曲線的縱坐標(biāo)，l是取樣長(zhǎng)度。

2數(shù)控加工表面粗糙度的影響因素

2.1進(jìn)給量對(duì)表面粗糙度的影響

進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指多余材料不斷被投入切削，從而加工出完整表面的所需的運(yùn)動(dòng)。例如，車削時(shí)車刀的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，銑削時(shí)工件相對(duì)銑刀的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。而進(jìn)給量就是單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的行程。進(jìn)給量作為切削過(guò)程中的一個(gè)重要參數(shù)，與零件表面粗糙度的大小有著密切的關(guān)系，如果選擇的進(jìn)給量不合適，將導(dǎo)致零件的表面粗糙度增加，并縮短刀具的使用壽命。通過(guò)計(jì)算研究，我們發(fā)現(xiàn)在切削速度和走到行距相同的情況下，進(jìn)給量是影響表面粗糙度的一個(gè)主要因素，這時(shí)如果加大進(jìn)給量將直接導(dǎo)致表面粗糙度變大。所以，我們可以通過(guò)控制進(jìn)給量來(lái)確保表面粗糙度在一個(gè)合理的區(qū)間，但減小進(jìn)給量必然會(huì)影響生產(chǎn)效率和效益，因此需要我們綜合這兩個(gè)因素，選取科學(xué)合理的進(jìn)給量。

2.2殘留面積對(duì)表面粗糙度的影響

在數(shù)控加工中，殘留面積的高度是影響零件表面粗糙度的一個(gè)重要因素。機(jī)械加工時(shí)刀具與工件表面產(chǎn)生的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生殘留面積高度的原因。殘留面積的高度可以根據(jù)刀具的相關(guān)參數(shù)計(jì)算出來(lái)。在加工復(fù)雜表面時(shí)，走刀行距方向殘留面積高度和進(jìn)給方向殘留面積高度也對(duì)零件的表面粗糙度產(chǎn)生不可忽視的影響。這時(shí)，人們通常會(huì)運(yùn)用等殘留高度法來(lái)控制殘留面積的高度，降低其對(duì)零件表面粗糙度造成的不利影響。

這種方法的原理是通過(guò)控制相鄰兩軌道的距離來(lái)保持軌道間的殘留面積不變，從而使人們可以提前計(jì)算出下一個(gè)刀具的軌道。進(jìn)給方向殘留面積高度和走刀方向殘留面積高度的形成原因是幾何形狀的差異。殘留面積高度的大小于零件表面粗糙度的大小有著密切的聯(lián)系。

2.3加工傾角對(duì)表面粗糙度的影響

在機(jī)械加工時(shí)，如果選用球頭刀具對(duì)毛坯進(jìn)行高速加工時(shí)，刀具傾角將對(duì)產(chǎn)品的表面粗糙度產(chǎn)生不可忽視的影響。所以我們有必要選取一個(gè)科學(xué)合理的刀具傾角以保證加工出來(lái)產(chǎn)品的表面粗糙度處在合理區(qū)間。在加工復(fù)雜曲面時(shí)人們通常會(huì)把刀具在進(jìn)給方向上傾斜一定的角度，這樣可以避免球頭刀具的刀尖出現(xiàn)零切削速度。

3數(shù)控加工表面粗糙度預(yù)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)控加工零部件的表面粗糙度，取決于數(shù)控加工的方式、刀具選擇類別、切削的剛度和相關(guān)的其他特性等多種因素，是數(shù)控加工質(zhì)量的重要指標(biāo)。為了保證粗糙度滿足加工零部件的技術(shù)指標(biāo)，必須科學(xué)合理地選定加工參數(shù)，最重要的是切削速度、給進(jìn)率、切削的深度和刀具的幾何參數(shù)的設(shè)定。以往的數(shù)控加工中一般依賴于數(shù)控工程師的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)定參數(shù)及預(yù)測(cè)表面粗糙度，這種方式已經(jīng)越來(lái)越不能滿足技術(shù)日益復(fù)雜、精度要求越來(lái)越高的零部件技術(shù)要求。目前主要的粗糙度預(yù)測(cè)模型主要有響應(yīng)曲線法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、自適應(yīng)神經(jīng)模糊算法。

本文主要應(yīng)用自適應(yīng)神經(jīng)模糊算法，該算法是基于知識(shí)或基于規(guī)則的智能算法，該算法核心就是IF-THEN規(guī)則組合的強(qiáng)大的知識(shí)庫(kù)，是將模糊推理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的綜合算法。該算法的優(yōu)點(diǎn)是能以任意精度逼近非線性函數(shù)，有更強(qiáng)大的推廣能力和較快的收斂速度。

該算法的流程為：首先把訓(xùn)練數(shù)據(jù)導(dǎo)入到算法系統(tǒng)中，然后設(shè)置輸入?yún)?shù)和成員函數(shù)，把訓(xùn)練數(shù)據(jù)導(dǎo)入到自適應(yīng)神經(jīng)模糊算法系統(tǒng)中進(jìn)行訓(xùn)練，然后得到訓(xùn)練后的結(jié)果看是否滿足要求，如果不滿足要求要返回到自適應(yīng)神經(jīng)模糊算法系統(tǒng)重新進(jìn)行訓(xùn)練，如果滿足訓(xùn)練要求，則給該算法系統(tǒng)輸入測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行表面粗糙度預(yù)測(cè)，然后輸出預(yù)測(cè)結(jié)果查看是否滿足要求，如果不滿足要求重新進(jìn)行測(cè)試，如果滿足要求則本輪預(yù)測(cè)結(jié)束。

用本文設(shè)計(jì)的算法進(jìn)行驗(yàn)證，經(jīng)過(guò)算法預(yù)測(cè)出來(lái)的表面粗糙度預(yù)測(cè)值與零部件經(jīng)過(guò)數(shù)控加工后實(shí)際測(cè)試出來(lái)的表面粗糙度實(shí)測(cè)值吻合的較好，證明該算法具有較好的表面粗糙度預(yù)測(cè)能力。

4結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對(duì)高精度零件與設(shè)備的需求越來(lái)越多，而表面粗糙度是衡量一個(gè)零件精密程度的重要指標(biāo)。為了降低零件的表面粗糙度，人們投入了大量精力力求得到更加完美的零件，而建立粗糙度預(yù)測(cè)模型就是一種有效的控制零件表面粗糙的途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾誼暉， 龔金科，李紅梅，楊賢平.數(shù)控切削加工表面粗糙度RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型[J].煤礦機(jī)械，2011，03：117-119.