优化大型弱刚性零件加工工艺及数控加工监测探讨

优化大型弱刚性零件加工工艺及数控加工监测探讨

李喆, 夏天,徐嘉辰,王爱玲, 魏茹

航空工业沈阳飞机工业（集团）有限公司

【摘要】

基于探讨优化大型弱刚性零件加工工艺及数控加工监测，首先通过加工工艺参数优化和加工路径优化设置这两个方面分析出大型弱刚性零件加工工艺；其次通过内外部信号采集和监测来分析出大型弱刚性零件数控加工监测，以此来使得加工效率和质量提高。

【关键词】优化；大型弱刚性零件；加工工艺；数控加工监测

引言

就大型弱刚性零件而言，其具备良好的强度、疲劳强度、耐腐蚀性以及比刚度，所以在轻量化航空航天设备中得到了广泛的运用。而航空航天零件所具备的特点就是壁薄和大型，所以在加工的过程中很容易会发生变形不可控或者是变形等情况。大型回转体薄壁零件而言，在加工的过程中有着性质和高质量方面的要求，因为这类零件存在尺寸较大、壁薄以及刚度低等问题，所以在加工的时候很难确保加工的质量和精度。所以在以往加工的过程中，就会采取切削用量减少的方式来进行，但是这样的方式就会使得加工效率降低。基于此，本文就优化大型弱刚性零件加工工艺及数控加工监测展开分析，以此来使得加工效率和质量提高，这样才可以顺利正常的开展加工。

一、大型弱刚性零件加工工艺优化

在大型弱刚性零件加工的过程中，优化加工工艺的基础就应该要要对加工过程中会对加工变形造成影响的因素进行明确[1]。除了要对影响加工质量的因素进行明确以外，还应该要分析加工工艺系统的刚度。因为当结构和材料受力的过程中就会有弹性变形的存在，而抵御这一变形的能力就是刚度。具体来说，在大型弱刚性零件加工的过程中，毛坯、机床还有刀具等都会对其加工质量造成影响。而对于加工变形而言，工艺参数会其对造成直接影响，同时工件的定位夹紧方案以及走刀路径也会对加工变形造成影响。对于大型弱刚性零件而言，因为其刚性比较弱，所以加工路径对于弱刚性零件加工变形所造成的影响是比较明显的。在大型弱刚性零件实际加工的过程中，若是工艺系统中，加工以及加床等组成部分的刚度都与相应的条件相符合，那么在零件加工的过程中主要对加工变形造成影响的因素就是自身刚度。对于零件来说，因为其结构不能改变，所以为了可以使得加工条件得以改善，那么就应该要对加工路径和工艺参数组合等方面进行分析，以此来使得加工变形减小，进而使得加工质量提高。基于此，在对大型弱刚性零件加工工艺进行优化的过程中，就应该要从加工路径以及加工工艺参数对于加工变形所造成的影响方面来进行充分考虑。

  （一）加工工艺参数优化

  在弱刚性零件加工的过程中，因为数控机床加工具备一定要的不确定性和随机性，所以若是想要优化加工工艺参数，那么就需要深入挖掘加工过程中隐藏的信息，并且要结合加工的实际问题来从多目标进行优化[2]。具体来说，在优化的过程中可以采取Pareto解集模型来实现。步骤如下：首先对优化问题的目标函数进行确定，也就是要对质量属性进行控制，然后结合目标函数还可以约束条件和限制变量进行确定，以此来建立决策变量和目标函数之间的数学模型或者是函数关系。其次对工艺参数优化进行计算，这样才可以得到工艺参数最佳的Pareto解集，然后按照工件的质量效率要求和优选工艺参数的原则来将Pareto解集中最佳的工艺参数组合选择出来，以此来将加工工艺参数优化实现。

  （二）加工路径优化设置

  在加工路径设置的过程中，所采取的方式就是在刀具轴线上设置一个参考点，实现刀具和该参考点的藕合。为了可以将刀具的转动和进给模拟实现，那么就应该要将转动速度和直线速度施加到这一刀具控制点。对于加工路径来说，因为比较复杂，所以在实现刀具交替切削的过程中就需要设置几十个分析步。在加工轨迹控制的过程中，若是采取手动设置速度的方式来进行，不但费力费时，而且也很复杂。基于此，为了可以将不同加工方法的刀具轨迹实现，那么就可以采取控制刀具位移法，并将刀具轨迹点当作刀具运动过程中的控制点，通过不同的加工方法来将加工模拟实现。

二、大型弱刚性零件数控加工监测

（一）内部信号采集和监测

  1、通信模块

  为了可以对数控机床的内部信号进行读取的过程中，就应该要将监测软件和数控系统的通信功能实现。接着通过网线来将编写上位机的个人电脑和数控系统相连接，并借助调用库来将PC和数控系统的通信实现。

  2、加工信息监测

  在内部数据采集的时候，只需要二次开发数控系统，通过主轴内部传感器的扭矩、功率和电流信号来进行采集，并不需要改造机床，进而便捷快速的得出监测数控系统的内部信息。

  3、模块存储和信号采集

  为了方便信号之后的分析和处理，那么就需要将采集到的数据存储并导出，这个过程中还应该要对不同的采样时间和采样间隔进行设置[3]。对于加工状态监测模块来说，主要分为三个功能模块，分别是获取加工信息、监测主轴状态和监测进给轴状态。

  （二）外部信号采集和监测

  在大型弱刚性零件加工的过程中，造成加工变形的一个主要因素就是切削力。因此子啊加工过程信号收集分析和监测的过程中就可以通过三向力传感器来实现，并且还可以构建加工实验和信号采集的平台，进而采集加工中的切削力。

【结束语】

综上所述，就大型弱刚性零件而言，这是轻量化航空航天设备中非常重要的部分，在加工的过程中造成零件加工变形的主要因素就是切削力，基于此就应该要深入分析加工工艺参数和加工方法优化，做好相应的实验验证，并且还应该要科学分析加工信号采集，落实数控加工监测，以此来使得加工效率和质量提高，这样才可以使得大型弱刚性零件的正常顺利加工实现。

【参考文献】

[1] 夏磊, 何薇, 王志坚. 弱刚性零件高效加工工艺研究与实践[J]. 航空制造技术, 2015(S1):3.

[2] 孙杰, 李剑峰, 葛茂杰,等. 石蜡填充弱刚性零件的加工工艺及装置:, CN102152434A[P]. 2011.

[3]孙启梦. 大型弱刚性零件加工工艺优化及数控加工过程监测方法研究[D].东华大学,2021.DOI:10.27012/d.cnki.gdhuu.2021.000719.