摘要：随着社会的发展，人们对机械加工提出了更高的要求。面对提高加工精度和实现低碳高效生产的机械加工系统优化需求，相关人员不得不采取一些优化方案实现对机械加工工艺的优化。文章在分析机械加工工艺的优化需求的基础上，对机械加工工艺的几种优化方案展开了研究。
关键词：机械加工工艺；优化方案；零部件加工；加工精度；能源消耗
文献标识码：A 中图分类号：TP274 文章编号：1009-2374（2016）06-0039-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.020
作为零部件加工的基础工艺，机械加工工艺效果将对零部件加工精度和能源消耗产生较大的影响。所以优化机械加工工艺，除了能够更加精确地完成零件的加工，同时也能够提升机械加工的综合效益，继而使机械加工行业得到更好的发展。因此，对机械加工工艺的优化问题展开分析，可以为相关工作的开展提供一定的指导。
1机械加工工艺的优化需求分析
机械加工工艺流程由零件加工流程和零件加工步骤组成，而加工工艺就是这些流程中的具体加工标准和要求。机械加工企业在选择加工工艺时，会根据企业的员工素质、设备条件等实际生产情况进行工艺的选择，而加工工艺的选择将直接影响零件的加工精度。就目前来看，零件机械加工将会受到机械系统本身精度、操作不精细、定位不准确等多个因素的影响。同时，经过长期使用，机械加工系统的一些位置和形状也会出现轻微变形，从而使零件加工产生一定误差。而优化机械加工工艺能够提高零件的加工精度，从而使系统加工出来的零件符合生产标准要求。此外，在倡导低碳环保理念的社会大背景下，机械加工也成为了实施低碳制造的主体，而优化机械加工工艺可以使加工系统产生的能源消耗得到减少，从而使系统成为满足时代发展需求的绿色加工系统。
2机械加工工艺的优化方案研究
2.1基于表面光整加工技术的优化方案经过长期使用，机械加工工艺系统的一些部位将受到严重磨损，从而使系统加工零件的精度受到影响。所以在优化机械加工工艺时，可以采取基于表面光整加工技术的优化方案。具体来讲，就是利用模具完成对零件表面的挤压、碰撞和滚压，从而使零件表面的变质层增加。而采取该技术，不仅能够使零件加工达到规定尺寸要求，还能够得到理想的表面光泽度。同时，采取该技术加工零件，可以改善零件的纹理和表面度，并且提高零件的耐磨性。在加工的过程中，需要在一道工序中完成对零件整体各个表面的一次性加工，可以使零件表面的尖角、锐变和毛刺得到一次性去除。而通过对原本工艺的合并和消减调整，则能实现对机械加工工艺的优化调整。
2.2基于特种加工技术的优化方案
在机械加工的过程中，由于使用的刀具和夹具需要承受高强度的工作负荷，系统各部件又需要同时面临多方受力，所以系统总会出现受力变形的问题。此外，长时间的高强度加工也容易导致系统因受热发生形变，从而导致系统的加工精度受到影响。所以在优化机械加工工艺时，需要采取一定的方法改善机械加工的受力变形和热变形问题。就目前来看，可以使用特种加工技术进行具有特殊结构的工件的加工，从而使系统在加工高硬度和高强度材料时所要承担的工作负荷得到减小。从原理上来讲，该方法就是利用声能、电能和化学能等能量实现对金属或非金属材料的加工。而利用该技术可以减少加工零件与加工工具之间的接触面积，从而使机械加工过程中产生的变形减少，继而使零件加工的精度得到提高。
2.3基于加工误差补偿抵消的优化方案
控制机械加工的原始误差，可以使机械加工的精度得到提高，从而达成优化加工工艺的目的。就目前来看，想要控制机械加工的原始误差，还需要控制机床的几何精度，以便使其自身精度得到提高。而针对其他相关因素导致的变形误差，还需要采取一定的解决方案实现对各个原始误差的控制。具体来讲，就是可以使用误差补偿技术实现对零件加工误差的控制。应用该技术时，需要人为创造新的原始误差，从而使机械加工过程中产生的原始误差得到补偿或抵消，继而达到减少加工误差的目的。在日常加工的过程中，利用该技术可以实现对原始误差的有效分化，从而使零件表面精度得到有效提升。在应用该技术的过程中，需要实现对原始误差的有效均化。根据误差反映规律，需要根据工序的工件尺寸测量结果将其按照大小划分成n组，从而使每组工件的尺寸范围缩减为原来的1n。而根据各组误差范围，可以通过调整刀具相对工件的位置使工件尺寸有一致的分散范围中心，继而使工件尺寸的分散范围得到缩小。此外，在均化原始误差时，需要优化机械加工的各个环节，以便使零件加工的表面相关误差得到降低。根据均化原理，需要完成对加工工具检查方案及其差异环节的优化，以便使方案得到有效修正。而通过在方案的基准优化环节均化原始误差，则能实现对原始误差的有效转移，从而使误差从基准环节转移至加工的非敏感环节。反映到零件加工误差上，转移原始误差的优化方案的运用可以使机械加工精度得到明显提高。
2.4基于低碳高效制造技术的优化方案
为了实现机械加工工艺路线的高效低碳优化，可以在详细分析机械零部件特征的基础上，建立机械加工工艺路线的优化模型。具体来讲，就是先对机械零部件的特征信息进行详细分析，以便了解零部件的几何拓扑特征和局部几何结构。在选择工艺路线时，不仅需要考虑到部件的多特征加工问题，还要考虑到加工方法和加工资源等问题。为了制定有效的工艺路线优化决策，需要先确定工艺约束条件。在加工零部件的过程中，工艺特征之间存在着各种约束关系。而根据强制性程度，可以将这些约束关系划分成最优性约束和合理性约束。在选择工艺路线时，需要先找出满足合理性约束条件的工艺路线的集合，然后根据最优性约束标准进行各个工艺路线的评价，以便从中获取较好的工艺路线。在获得最优工艺路线集合后，还需要建立机械加工的优化目标函数，并通过计算选择实现高效低碳机械加工的工艺路线。而根据机械加工工艺的优化需求，可以建立两个目标函数，即低碳目标函数和高效目标函数。其中，低碳目标函数的建立需要以实现所有机械加工工艺产生的总碳排放量最小为目标，包含了冷加工工艺碳排放和热加工工艺碳排放这两类加工工艺。而高效目标函数的建立需要以实现机械加工工艺时间最短为目标，具体包含的时间有刀具更换时间、加工工艺时间、夹具更换时间和机床更换时间。在模型求解时，需要使用遗传算法，以便降低模型计算的复杂度。除了实现机械加工的工艺路线的多目标优化，优化机械加工工艺参数也显然能够降低加工能耗。在零件加工方面，利用与低碳制造相关的技术可以优化工艺的相关参数，从而使机械加工的能源消耗和物料消耗降到最低，此外，就当前的机械加工工艺来讲，实现机械加工的科学调度同样也能够实现低碳高效的机械加工。具体来讲，就是通过合理组合不同型号和规格的机床来完成工件的加工，从而在一定程度上实现机械加工工艺的优化。
2.5基于工艺方案优选的优化方案
在实际的机械加工生产中，需要面对机械加工工艺方案的选择问题。而从多个加工工艺方案中选取有效的加工工艺方案，不仅能够使制造资源得到优化和节约，同时也能缩短零件制造周期，并降低零件制造成本，继而在一定程度上实现机械加工工艺的优化。为了达成这一目的，可以在分析影响工艺方案优选因素的基础上，建立综合评价指标体系，并将其用于评价机械加工工艺方案。在建立该体系时，需要综合考虑零件加工时间、加工质量、加工成本和加工环境，并建立与之相对应的四个优化层指标。而在四个指标之间，彼此存在着一定隶属关系，可以通过两两比较的方法得出模糊比较判断矩阵。在此基础上，可以通过引入适度重要性标度值完成对各指标元素的权重度量，从而实现决策评价的定量化。但是，在各项评价指标中，同时包含多种单位和量纲，以至于给指标的定量描述带来了困难。所以，需要分别使用成本型计算方法和专家评价加权计算方法完成对定量指标和定性指标的计算，从而得到各个指标的隶属度。最后通过将各指标综合权重和隶属度值使用线性加权方法计算，能够到指标的综合评价值，根据评价结果就可以从多个机械加工工艺方案中选取最优的加工方案。
3结语
总而言之，想要满足机械加工的高精度和高效低碳生产的系统优化需求，还需要采取一些工艺优化方案实现对机械加工工艺的优化。而从本文的研究来看，可以利用表面光整加工技术和特种加工技术实现对系统加工方式的优化。同时，也可以使用基于加工误差补偿抵消的优化方案实现对系统加工误差的控制，从而提高系统的加工精度。此外，还可以利用基于低碳高效制造技术的优化方案促使系统保持高效低碳生产。
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作者：李奇 丁若愚 张雪婷 单位：北京理工大学
