【正文】 ....... 4 本文研究的主要內(nèi)容 ................................................ 5 2 基于加工工藝參數(shù)的刀具優(yōu)選 ............................................. 6 數(shù)控銑削刀具優(yōu)選 .................................................. 6 銑刀刀片的選擇 .............................................. 6 銑刀刀體的選擇 .............................................. 7 切削時冷卻和涂層的選擇 ...................................... 7 順銑和逆銑的選擇 ............................................ 8 數(shù)控車削刀具優(yōu)選 .................................................. 9 車刀 的選用步驟 .............................................. 9 刀片材料和切削線速度 ........................................ 9 內(nèi)孔車刀桿的選擇基本原則 ................................... 10 數(shù)控膛削刀具優(yōu)選 ................................................. 10 刀具轉(zhuǎn)動 ................................................... 10 刀具的顛振 ................................................. 11 刀具的裝夾 ................................................. 11 切屑的排出 ................................................. 12 數(shù)控鉆削刀具優(yōu)選 ................................................. 12 刀具幾何參數(shù)的合理選擇 ........................................... 12 刀具合理幾何參數(shù) ........................................... 12 刀具合理幾何參數(shù)選擇的一般原則 ............................. 13 3 數(shù)控切削加工工藝參數(shù)優(yōu)化走刀模型的建立 ................................ 14 引言 ............................................................. 14 數(shù)控切削加工刀具的切削運動 ....................................... 14 二維數(shù)控切削加工刀具切削運動軌跡 ........................... 14 三維型腔數(shù)控銑削加工 ....................................... 17 V 球頭銑刀加工平、曲面切削力建模 ................................... 21 球頭銑刀銑削參數(shù) ........................................... 21 球頭銑刀銑削 行距與殘留高度的相互關(guān)系 ....................... 21 球頭銑刀切削加工的微元法分析 ..................................... 23 球頭銑刀切削微元的切削層參數(shù) ..................................... 25 切削層厚度 ................................................. 25 切削層寬度 Db ............................................... 26 切削面積 .................................................... 26 銑削力的一般計算方法 ....................................... 27 4 數(shù)控切削加工工藝 參數(shù)優(yōu)化目標(biāo)的研究 .................................... 29 單目標(biāo)函數(shù)數(shù)學(xué)模型的建立 ......................................... 29 單件平均生產(chǎn)時間的計算 wt ................................... 29 單件平均加工成本 ((C)的計 算 ................................. 30 優(yōu)化目標(biāo)之間的關(guān)系及其合理選擇 ............................. 31 多目標(biāo)函數(shù)數(shù)學(xué)模型的建立 ......................................... 32 主要目標(biāo)法多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的建立 .......................... 32 基于線性加權(quán)法的多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型 ......................... 33 數(shù)控銑削、車削目標(biāo)函數(shù)的建立 ..................................... 33 5 數(shù)控切削加工工藝參數(shù)優(yōu)化約束的研究 .................................... 36 約束的來源 ....................................................... 36 制約條件函數(shù) ..................................................... 36 6 數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化設(shè)計實例 .......................................... 39 切削參數(shù)單目標(biāo)優(yōu)化 ............................................... 39 優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的建立 ..................................... 39 基于 MATLAB 優(yōu)化工具箱實現(xiàn)數(shù)學(xué)模型求解 ...................... 41 7 結(jié)論 .................................................................. 48 致 謝 ................................................................... 49 參考文獻 ................................................................ 50 數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化分析 1 1 緒論 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，制造業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變 化，各種先進制造技術(shù)正逐漸地應(yīng)用于制造系統(tǒng)中。數(shù)控加工切削參數(shù)規(guī)優(yōu)化是數(shù)控切削加工工藝過程優(yōu)化的基礎(chǔ)，它不僅決定著數(shù)控加工技術(shù)水平和效率，也決定著產(chǎn)品的制造質(zhì)量和使用效果。隨著各種新型加工材料的不斷涌現(xiàn)，以及數(shù)控加工機床、加工中心和柔性 制造系統(tǒng)的廣泛運用，僅依靠個人經(jīng)驗來確定切削參數(shù) 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 2 己遠(yuǎn)不能適應(yīng)時代的發(fā)展。由于目前生成刀具運動軌跡的方法是沿刀具運動軌跡采用不變速率，它不能滿足沿雕塑曲面所要求的速度， Chincling Lo提出了一種生成刀具運動軌跡的新方法。 D. C. H. Yang, Z. Han 結(jié)合干涉檢查和刀具優(yōu)選提出了適合于自由曲面三軸數(shù) 控加工的刀具運動軌跡生成方法 。第一個優(yōu)化自適應(yīng)系統(tǒng) ((ACD)是美國本迪克斯公司于 1964 年在美國空軍技術(shù)監(jiān)督下研制開發(fā)成功的。 1983 年北京航空航天大學(xué)研制出銑床的微機自適應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)實測的主軸電機電樞電流來確定主軸力矩。該系統(tǒng)己經(jīng)實現(xiàn)了市場化。只有這樣，數(shù)控仿真系統(tǒng)才會發(fā)揮更大的作用，才能成為完善的、真正意義上的仿真系統(tǒng)。迄今為止，國內(nèi)外絕大多數(shù)己開發(fā)研制出的數(shù)控仿真系統(tǒng)只能稱為一個幾何仿真系統(tǒng)。目前，變參數(shù)優(yōu)化研究內(nèi)容主要是以最短加工時間為目標(biāo)、以切削力為約束的進給量的優(yōu)化。 (c)建立正確的數(shù)學(xué)模型和恰當(dāng)?shù)募s束條件。 數(shù)控銑削刀具優(yōu)選 現(xiàn)代銑削是種非常普遍的加工方式。一般而言，平面類的零件廣泛采用立銑刀，也常用面銑刀銑較大的平面 。壓制刀片的尺寸精度及刃口鋒利程度比磨制刀片差，但是壓制刀片的刃口強度較好，粗加工時耐沖擊并能承受較大的切深和進給量。磨過的大前角刀片，可以用來銑削粘性的材料 (如不銹鋼 )。每個銑刀生產(chǎn)廠 家都有它自己的粗齒、密齒銑刀系列。由于精銑中金屬切除率總是有限，密齒銑刀容屑槽小些也無妨。如果刀片出現(xiàn)裂紋，并且在切削時從刀片座中落下，刀體還將會受到嚴(yán)重的損壞。有時，為避免刀瘤，加工不銹鋼的切削熱又是需要的。 順銑和逆 銑的選擇 在進行逆銑時，刀片從零切削厚度處開始切削，這會產(chǎn)生很高的切削力，從而推動銑刀和工件彼此遠(yuǎn)離。而進行順銑時，同樣的斷屑會一分為二，從而不會損壞切削刃。試調(diào)整徑向銑削寬度，確定銑刀直徑與徑向銑削寬度之比的工作，最好在高精度機床上進行，以便在調(diào)整比率的同時，觀察其工件表面粗糙度的變化。一般根據(jù)加工零件的加工精度、加工材料的軟硬程度、加工的間斷、連續(xù)、振動傾向等進行選擇，刀片的材料種類有硬質(zhì)合金、涂層刀片、陶瓷、氮化硼等，一般采用涂層硬質(zhì)合金刀片 (涂層可增加刀片的耐用度，因為一般數(shù)控加工的切削速度較高，而涂層在較高切削速度時能體現(xiàn)其優(yōu)越性，這也是普通車床使用硬質(zhì)合金刀片一般不涂層的原因。普通鋼刀桿作內(nèi)孔車削刀桿最大懸伸為4 倍桿徑，做內(nèi)螺紋車削刀桿為 3倍桿徑，做內(nèi)槽與仿形加工為 2倍桿徑，超出會有振動發(fā)生 。目前常用的精 鐘孔鐘刀有精鐘微調(diào)刀頭，這種鐘刀的徑向尺寸可以在一定的范圍內(nèi)進行微調(diào)，通用性好。 刀具轉(zhuǎn)動 和車床加工不同，加工中心加工時由于刀具轉(zhuǎn)動，便不可能在加工中及時掌握刀尖的情況來調(diào)節(jié)進刀量等。 (b)刀具系統(tǒng)的動平衡 :相對于刀具系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動軸心，刀具自身如有不平衡情況，在轉(zhuǎn)動時因不平衡的離心力的作用也會導(dǎo)致顛振的發(fā)生。如果刀具安裝低于中心高，將影響刀具的 加工性能。這樣可使刀具相對于工件的法向后角增大，切削條件陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 12 得到改善，如果加工時產(chǎn)生振動，刀尖會向下和向中心偏斜，從而接近理想的中心高。 數(shù)控鉆削刀具優(yōu)選 鉆頭的設(shè)計歷史經(jīng)歷了 1800 年單刃鉆頭 → 1820 年麻花鉆頭 → 1900 年高速鋼麻花鉆頭 → 1930 年硬質(zhì)合金鉆頭 → 1970 年可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金鑲片鉆頭 → 今天高性能硬質(zhì)合金鉆頭。鉆大孔時，可采用剛度較好的硬質(zhì)合金扁鉆。 (d)刀具的切削角度。 (c)處理好刀具鋒利性同強度和耐磨性的關(guān)系 :在保證刀具足夠強度和耐磨性的前提下，要力求刀具鋒利 。 為了對零件加工工藝參數(shù)的進行合理選擇，必須考慮刀具軌跡的影響 。曲線的直線段逼近是通過逼近誤差控制步長來實現(xiàn)的，而相鄰的兩條路徑的行間距由殘留高度來控制。即將刀具中心由工件輪廓線向待加工零件輪廓指定的一側(cè)偏移一個刀具半徑值。切輪廓通常分為粗加工和精加工兩步。環(huán)切法加工刀具既可以由內(nèi)向外環(huán)切也可以由外向內(nèi)環(huán)切。對于一具體型腔，采用各種不同的走刀方式，并以加工時間最短 (走刀軌跡長度最短 )作為評價目標(biāo)進行比較，原則上可獲得較優(yōu)的走刀方案，但更具智能化的型腔加工方案優(yōu)化方法 (如基于模糊式識別的方法 )仍有待進一步研究。是指刀具表面與曲面相切接觸的點。它是以被加工曲面的 參數(shù)線作為刀具接觸點路徑而生成刀具軌跡的一種方法，如圖 所示。如圖 (a)及圖 (b)所示。 球頭銑刀銑削參數(shù) 球頭銑刀主要用于復(fù)雜曲面的半精加工及精加工，銑削參數(shù)為 :刀具轉(zhuǎn)速 n 、銑削深度 pa 、銑削行距 ea 、銑刀每 齒進給量 zf 、進給速度 cv 、銑刀齒數(shù) Z,銑刀球面半徑 R。 圖 3. 13球頭銑刀切削時的微元法分析 0n — 刀具處于前一位置時的曲面法向矢量； 1n — 刀具處于后一位置時的曲面法向矢量 pa — 刀頭沿 Z方向的縱向切深； 0pa — 曲面上 CC點處的法向切深； h — 法向切深達到刀頭半徑邊緣時的法向切削深度； zd — 球頭銑刀刀頭進行微分處理后的微元厚度； r — 切削微元的半徑； zf — 球頭銑刀的每齒進給量。 因此，可根據(jù)以上設(shè)定進行如下推導(dǎo) :