基于虛擬加工車削參數(shù)優(yōu)化方法的研究.pdf

1、制造業(yè)是現(xiàn)代國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，數(shù)控加工技術(shù)在制造業(yè)中占有重要地位。在實(shí)際數(shù)控生產(chǎn)加工中，切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量等加工參數(shù)通常由編程人員指定，為避免過(guò)大的切削力、切削振動(dòng)等導(dǎo)致機(jī)床損壞和零件加工精度降低現(xiàn)象的發(fā)生，編程人員往往犧牲加工效率而選擇非常保守的切削參數(shù)，從而嚴(yán)重影響和限制了數(shù)控設(shè)備的使用效率和應(yīng)用范圍。針對(duì)以上加工中存在的問(wèn)題，本課題以提高數(shù)控機(jī)床加工效率、降低加工成本和獲得高質(zhì)量產(chǎn)品為目的而進(jìn)行了數(shù)控車削加工參數(shù)優(yōu)化

2、方法的研究，研究成果具有廣泛的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
　　虛擬加工技術(shù)是當(dāng)前加工仿真技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新階段，不僅能提供逼真的加工環(huán)境仿真，而且在仿真過(guò)程中考慮了機(jī)床系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制和動(dòng)態(tài)特性。本文開(kāi)展了基于虛擬加工車削參數(shù)優(yōu)化方法的研究，對(duì)基于虛擬加工車削參數(shù)優(yōu)化方法的原理進(jìn)行了分析，建立了基于虛擬加工車削參數(shù)優(yōu)化方法的體系結(jié)構(gòu)，包括功能體系結(jié)構(gòu)和組織體系結(jié)構(gòu)，并確定了具體的優(yōu)化工作流程。
　　基于虛擬加工車削參數(shù)優(yōu)化方法的前提是

3、實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的加工過(guò)程仿真，本文開(kāi)展了利用實(shí)體仿真技術(shù)進(jìn)行加工過(guò)程仿真的研究，研究了數(shù)控車削加工的幾何建模方法，實(shí)現(xiàn)了利用刀具掃描體與工件模型進(jìn)行布爾減的加工仿真過(guò)程。通過(guò)將三維實(shí)體模型轉(zhuǎn)換為二維多邊形模型，有效地減少了計(jì)算時(shí)間，提高了仿真速度。在加工過(guò)程仿真同時(shí)利用“裁剪多邊形”獲取瞬時(shí)背吃刀量和切削工件半徑為切削加工性能預(yù)測(cè)和切削參數(shù)優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。在仿真過(guò)程中，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式模型預(yù)測(cè)車削加工動(dòng)態(tài)切削力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明預(yù)測(cè)值與測(cè)量值較好吻合，

4、證明仿真系統(tǒng)具有較好的加工性能預(yù)測(cè)能力，同時(shí)也間接驗(yàn)證了切削參數(shù)獲取方法的正確性。
　　在總結(jié)了單程切削加工特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，確定了以離散加工路徑分段進(jìn)行切削參數(shù)優(yōu)化的策略。優(yōu)化變量選定主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量。建立了恒主切削力與效率相結(jié)合的多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，制訂了單程切削加工中的約束規(guī)則。對(duì)應(yīng)用遺傳算法求解切削參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的可行性進(jìn)行了分析。采用遺傳算法對(duì)切削參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型進(jìn)行尋優(yōu)求解。通過(guò)仿真計(jì)算，分析了遺傳算法中最大迭代次數(shù)、交叉概

5、率和變異概率對(duì)優(yōu)化結(jié)果的影響。通過(guò)重復(fù)性仿真計(jì)算的方法驗(yàn)證了優(yōu)化方法的可靠性。
　　在分析多程切削加工特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，研究了多程切削加工的參數(shù)優(yōu)化方法。以單件產(chǎn)品最低加工成本為目標(biāo)，建立優(yōu)化參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，制訂相關(guān)約束條件。數(shù)學(xué)模型建模中考慮了瞬時(shí)工件加工半徑對(duì)優(yōu)化結(jié)果的影響，克服了以往優(yōu)化數(shù)學(xué)模型過(guò)度簡(jiǎn)化的局限性。通過(guò)單程切削加工優(yōu)化模型建立優(yōu)化參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，利用整數(shù)非線性優(yōu)化算法優(yōu)化切削參數(shù)，以達(dá)到節(jié)省加工成本的目的。通過(guò)實(shí)例計(jì)算

6、，結(jié)果表明：所用算法較好地解決了多程切削加工中循環(huán)次數(shù)的確定和總加工余量分配的問(wèn)題。
　　以VC++6.0為工具，開(kāi)發(fā)了具有實(shí)體仿真功能的基于虛擬加工的切削參數(shù)優(yōu)化軟件系統(tǒng)。系統(tǒng)以車削加工幾何建模技術(shù)為基礎(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)單程切削加工和多程切削加工參數(shù)優(yōu)化，并自動(dòng)生成能夠?qū)嶋H生產(chǎn)的數(shù)控程序代碼，使數(shù)控編程更加智能化。利用該系統(tǒng)根據(jù)恒主切削力和效率的組合優(yōu)化目標(biāo)對(duì)粗加工數(shù)控車削程序進(jìn)行了優(yōu)化，并應(yīng)用優(yōu)化前后的數(shù)控程序進(jìn)行了實(shí)際切削加工實(shí)驗(yàn)。