基于改進(jìn)GEP的數(shù)控銑削過程物理建模及工藝參數(shù)優(yōu)化方法研究.pdf

1、隨著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，如何有效合理地對數(shù)控加工過程進(jìn)行建模和加工工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，已經(jīng)成為影響數(shù)控機(jī)床加工能力發(fā)揮的關(guān)鍵。在傳統(tǒng)數(shù)控加工中，缺少加工過程建模，對加工機(jī)理的認(rèn)識與分析不足；主要依賴經(jīng)驗(yàn)來獲取工藝參數(shù)，缺少合理的手段來對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而阻礙加工效率與質(zhì)量的提升。因此，本文圍繞數(shù)控銑削加工過程中的物理建模與工藝參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行了深入的研究。
　　加工過程物理建模是認(rèn)識與分析加工機(jī)理，并且選擇與優(yōu)化工藝參數(shù)的關(guān)鍵。數(shù)控

2、銑削加工的過程是高度非線性、時(shí)變、不確定性的，因而，準(zhǔn)確地建立加工過程顯式數(shù)學(xué)表達(dá)式非常困難。現(xiàn)有的方法中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)只能得到隱性的模型，經(jīng)驗(yàn)公式和響應(yīng)面方法等雖然可以得到顯式模型，但精度不高。為了建立準(zhǔn)確、顯式的數(shù)控銑削加工過程數(shù)學(xué)模型，本文提出了基于貪婪隨機(jī)自適應(yīng)搜索過程的基因表達(dá)式編程（GGEP）加工過程物理建模方法。為了克服基因表達(dá)式編程方法存在的進(jìn)化無導(dǎo)向且易陷入局部最優(yōu)的缺點(diǎn)，GGEP方法結(jié)合了貪婪隨機(jī)自適應(yīng)搜索過程的貪婪和迭

3、代重啟動(dòng)思想，設(shè)計(jì)了基因表達(dá)式編程的學(xué)習(xí)機(jī)制和迭代重啟動(dòng)機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，GGEP方法在收斂效率、計(jì)算成功率、以及克服早熟收斂等方面具有良好的性能。
　　切削力是影響數(shù)控銑削加工過程的關(guān)鍵因素之一，對刀具、機(jī)床和夾具的設(shè)計(jì)，切削用量的合理選擇，工件加工質(zhì)量的預(yù)測和控制，都具有非常重要的意義。本文深入研究了切削力建模技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于GGEP的數(shù)控銑削加工切削力的建模與預(yù)測方法，有效地挖掘高精度、顯式的切削力模型并將其應(yīng)用于切削力預(yù)

4、測，同時(shí)采用單因素分析法、方差分析（ANOVA）和田口（Taguchi）方法對切削力的影響因素進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文構(gòu)建的切削力模型的成熟度和預(yù)測吻合度均很高。影響因素分析結(jié)果表明，進(jìn)給速度對切削力貢獻(xiàn)度最大，且兩者呈正相關(guān)；最小化切削力的最佳參數(shù)組合是增大進(jìn)給力、減小傾角和切削速度。
　　表面粗糙度是衡量數(shù)控銑削加工過程性能和評定工件表面質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，對工件的耐磨性能、疲勞性能等性能具有重要影響。本文深入研究了表面

5、粗糙度的建模技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于GGEP的數(shù)控銑削加工表面粗糙度的建模與預(yù)測方法， 有效地挖掘高精度、顯式的表面粗糙度模型并將其用于預(yù)測，并采用單因素分析法、ANOVA和Taguchi方法進(jìn)行了表面粗糙度的影響因素分析。影響因素分析結(jié)果表明，進(jìn)給率對表面粗糙度貢獻(xiàn)度最大，且兩者呈正相關(guān)；最小化表面粗糙度的最佳參數(shù)組合是增大主軸轉(zhuǎn)速、減小進(jìn)給率、適當(dāng)選取切削深度。
　　隨著低碳制造的提出與興起，降低能耗已成為數(shù)控加工過程關(guān)注的

6、熱點(diǎn)之一。針對加工過程中的能耗問題，本文深入研究了能耗的建模技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于GGEP的數(shù)控銑削加工能耗的建模與預(yù)測方法，有效地挖掘高精度、顯式的能耗模型并將其用于預(yù)測，并采用單因素分析法、ANOVA和Taguchi方法對能耗的影響因素進(jìn)行了分析。影響因素分析結(jié)果表明，切削速度對能耗貢獻(xiàn)度最大，切削深度其次，每齒進(jìn)給量最小，且三者均與能耗呈正相關(guān)；最小化能耗的最佳參數(shù)組合是同時(shí)減小切削速度、切削深度和每齒進(jìn)給量。
　　加工工藝參數(shù)對

7、于產(chǎn)品的加工質(zhì)量有重要的影響，其選取不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床和加工中心發(fā)揮不出應(yīng)有的加工能力。本文在切削力、表面粗糙度和能耗建模的研究基礎(chǔ)之上，提出了數(shù)控銑削加工工藝參數(shù)優(yōu)化問題模型。結(jié)合混沌序列、約束處理機(jī)制等，設(shè)計(jì)了基于混沌帝國主義競爭算法(CICA)的工藝參數(shù)優(yōu)化方法，通過切削策略制定、單道參數(shù)優(yōu)化和多道參數(shù)優(yōu)化，對多道面銑工藝參數(shù)優(yōu)化問題進(jìn)行了求解。結(jié)果表明，提出的算法可以高效地求解工藝參數(shù)優(yōu)化問題。
　　本文根據(jù)某數(shù)控銑床的實(shí)