引言

在金属切削加工中，经常需确定一些参数(如：刀具几何参数，切削用量等)，一般地，这些参数可根据经验或查手册获得，但遇到一些疑难工件的加工时，就需要通过实验来确定，为减少实验次数，常用一定的优化方法，我校工厂就接到一批冷硬铸铁工件的加工任务，时间紧任务重，我们采用0.618优选法对其加工过程进行优化，取得了满意的效果。

1 0.618优选法简介

0.618法是一种单因素实验优化法。可用一种带有刻度的纸条来表示所需优化的参数范围，设优化的是车刀主偏角，范围为10°～80°，如图1(a)。

首先在纸条总长度的0.618处划上一条线，这条线所指的刻度(53.26°)，就是第一次所选出的刀具角度(如图1(a))。然后把纸条对折，在与53.26°对称的地方再划一条线(此处为36.74°)，这就是第二次所选的角度，如图1(b)。按两个角度分别进行实验，如果53.26°处比较好，则把36.74左边的纸条剪掉，如图(c)；反之，则把53.26°处右边的纸条剪掉。再把纸条对折，在53.26°对称的地方，又可划出一条线，此处是63.48°，这就是第三次所选出的角度，如图1(d)。在63.48°处实验后，和53.26°处比较，如果仍然是53.26°处比较好，则把63.48°右边的纸条剪掉如图1(e)；反之，则把53.26°处左边的纸条剪掉。

图1 0.618法优化过程

留下的部分按同样方法继续做下去，取已试点的对称点进行实验，比较和取舍，留下好点，去掉“坏点”以外的部分。注意每次留下纸条的长度等于上次长度的0.618倍。就这样，实验比较，再实验再比较，一次比一次更接近合适的角度。应用此法，每次可排除试验范围的38.2%，可大大减少试验次数，迅速找到最佳点。

各次试验点也可按下式计算：

第一试验点：A1=(大1-小1)*0.618+小1
第二试验点：A2=大2+小2-上次好点值
……
第i试验点：Ai=大i+小i-上次好点值

用以上公式计算的结果都是小数。为了方便，对角度可采取四舍五入的方法(在实际生产中，刀具的角度大都取整数)。

2冷硬铸铁辊加工的优化

使用设备C1660车床
加工零件φ730×4180mm冷硬铸铁辊(毛重14t，净重9t)，如图2。

图2 冷硬铸铁辊零件简图

刀片材料YG8硬质合金
刀杆材料45钢

优选前：

切削速度v=6.8m/min，进给量f=0.5～1.2mm/r，切削深度ap=1～1.5mm，刀具主偏角K=75°，前角γ=5°，刃倾角λ=0°，如图3(a)。

图3 优化前后车刀的几何参数

按上述参数加工时，由于冷硬铸铁辊毛坯表面有深度＞25mm的冷硬层，冷硬层的硬度很高，很难加工(仅辊身加工一刀就需4个班)，刀具磨损快(十几分钟就需磨一次刀)，生产效率低，并且精度差。其主要原因是刀具主偏角太大，刀尖薄弱；切削用量不合适，因此改用宽刃刀，刃宽为15mm，并且对车刀的主偏角K和切削用量进行优化。

1) 优选过程：

刀具主偏角优化。因刀具主偏角不宜过大，所以确定优化范围为0°～45°，经过实验比较，第④点好，主偏角K=23°。如图4。

图4主偏角优化过程

2) 主偏角优化后，刀具耐用度有所提高，但由于刀刃与工件接触宽度较大，加工时出现振动现象，为改变此状态，需对刃倾角进行优化，为了不至于过分削弱刀尖，刃倾角也不可能很大，优选范围定为0°～15°，如图5。

图5 刃倾角优化过程

经实验比较，第④点好，故刃倾角λ=8°。

3) 为了提高生产效率，固定刀具角度，优化切削用量：

·优选主轴转速n，考虑工件直径较大，优选范围定为：1～13r/min，如图6。

图6 主轴转速优化过程

经过实验比较，第④点较好，故n=6r/min。

·优选进给量f，考虑到采用宽刀加工(已采取防振措施)，背吃刀量相对较小，可采用较大的进给量，定优化范围为0～15mm，如图7。

图7 进给量优化过程

表1 优选前后参数对照表

&bnsp;	主轴转速 (r/min)	进给量 (mm/r)	主偏角 (°)	前角 (°)	刃倾角 (°)	刀片材料	粗糙度 Ra	耐用度 (min)
优选前	3	0.5～1.2	75	5	0	YG8	25	12
优选后	6	5	23	8	8	YG6X	12.5～6.3	120

结论

优选后，刀具(如图3(b))的主偏角减小并采用宽刃刀，相应地增大了刀尖强度和热容量；磨出8°刃倾角，避免了加工中的振动；同时增大车刀前角，可减少机床动力消耗，使切削轻快，这些均有利于提高切削用量。优选前辊身部分加工需要96小时，优选后只需4个多小时，提高工效19倍，刀具耐用度提高9倍。