【正文】 為切削參數(shù)的優(yōu)化提供一個快捷、簡便的平臺。 Matlab的GUI簡介Matlab的GUI(Graphical User Interface，又稱圖形用戶界面)是實現(xiàn)人機交互的媒介，利用它可以通過設(shè)置不同的控件將功能各異的程序模塊集成到一個簡潔、美觀的用戶界面上，從而使用戶脫離于繁瑣的程序編制，方便、快捷達(dá)到自己的優(yōu)化目的。本章內(nèi)容便是基于Matlab的GUI平臺，開發(fā)了基于形貌預(yù)測的切削參數(shù)的優(yōu)化系統(tǒng)，為切削參數(shù)的優(yōu)化提供了更便捷的途徑。 切削參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的功能切削參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)是在端面車削表面微觀形貌仿真的基礎(chǔ)上，根據(jù)實際生產(chǎn)過程中所追求的性能指標(biāo)確定相應(yīng)的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，以表面微觀形貌仿真結(jié)果作為其中的約束條件，運用遺傳算法得到最佳的切削參數(shù)組合。該系統(tǒng)可以針對不同優(yōu)化目標(biāo)及約束條件進(jìn)行切削參數(shù)的優(yōu)化，具有一定的生產(chǎn)適用性。 切削參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)切削參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖51所示：圖51切削優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 The structure of cutting parameters optimization system1. 優(yōu)化目標(biāo)的選擇。根據(jù)實際生產(chǎn)中的要求，用戶可以選擇是進(jìn)行單目標(biāo)優(yōu)化還是多目標(biāo)優(yōu)化。這是在前一章研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步夸大了優(yōu)化范圍。系統(tǒng)中可用于選擇最大生產(chǎn)率Q的單目標(biāo)優(yōu)化、最小表面粗糙度Ra的單目標(biāo)優(yōu)化及它們的綜合優(yōu)化。2. 約束條件的設(shè)定。根據(jù)實際生產(chǎn)情況，輸入機床、零件加工性能要求等相關(guān)信息，如機床最大轉(zhuǎn)速、表面粗糙度范圍等約束項，對切削參數(shù)的選擇進(jìn)行一定的限制。系統(tǒng)中相關(guān)參數(shù)是通過可編輯文本進(jìn)行輸入的。3. 遺傳算法模塊。遺傳算法模塊是系統(tǒng)的核心部分，在用戶輸入的相關(guān)參數(shù)傳遞進(jìn)入遺傳算法模塊后，系統(tǒng)根據(jù)已編制的*.m文件進(jìn)行遺傳算法操作，最終搜索出最優(yōu)的切削參數(shù)。4. 優(yōu)化結(jié)果的顯示 系統(tǒng)最終會在界面上顯示出一組最優(yōu)的切削參數(shù)，同時用戶還可以仿真出該最優(yōu)切削參數(shù)下零件的表面形貌，以便更直觀的表達(dá)出零件加工表面的有關(guān)信息。 優(yōu)化系統(tǒng)的主界面打開切削參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)，彈出如下圖52所示主界面：圖52切削參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)界面 The system interface of cutting parameters optimization進(jìn)入系統(tǒng)之后，用戶得設(shè)置相關(guān)信息方能對切削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。首先，用戶得根據(jù)實際生產(chǎn)情況輸入相應(yīng)的基本信息，如工件及刀具材料、工件半徑大小、刀尖圓弧半徑等；其次，要根據(jù)加工的性能指標(biāo)，選擇以何種方式進(jìn)行優(yōu)化，系統(tǒng)有單目標(biāo)及多目標(biāo)兩種優(yōu)化方式可供用戶進(jìn)行選擇。若用戶選擇多目標(biāo)優(yōu)化，系統(tǒng)界面上設(shè)有slider滑塊可供用戶拖動以調(diào)整加權(quán)因子的大小；再次，用戶得根據(jù)客觀限制，在約束條件一欄中輸入相應(yīng)的信息；為了能夠給用戶一直觀對比，用戶還可以輸入原切削參數(shù)的大小。在這些操作都完成后，用戶只需點擊切削參數(shù)優(yōu)化按鈕便可實現(xiàn)切削參數(shù)的優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果在界面中也可以直觀的看出。 切削參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的應(yīng)用 不同于第四章的優(yōu)化實例，本節(jié)優(yōu)化目標(biāo)為多目標(biāo)優(yōu)化，研究對象還是車削加工中心PUMA230MS，相關(guān)參數(shù)輸入及優(yōu)化結(jié)果顯示如下圖53所示： 圖53切削參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)界面 The display interface of cutting parameters optimization results 54經(jīng)過50次迭代后種群目標(biāo)函數(shù)均值的變化和最優(yōu)解得變化 The mean value and the optimal solution change of population objective function after 50 iterations優(yōu)化的最終結(jié)果v=、f=、ap=。 本章小結(jié)本章結(jié)合前文的研究成果，以Matlab中的GUI為開發(fā)環(huán)境，開發(fā)了基于形貌預(yù)測的切削參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)中在原有優(yōu)化的基礎(chǔ)上增加了多目標(biāo)優(yōu)化的功能，為切削參數(shù)的優(yōu)化提供一個快捷、簡便的平臺。結(jié)論在高速切削加工中，由于存在太多的不確定因素，使得在同樣的切削參數(shù)下不同的人在不同的地點所獲得的試驗結(jié)果會不盡相同。采用何種方法去獲得所研究對象內(nèi)在影響因素對指導(dǎo)實際加工將有很大作用。本文針對鈦合金膜盤實際加工中表面粗糙度難以達(dá)標(biāo)問題而進(jìn)行相關(guān)研究，在表面形貌仿真的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了切削參數(shù)的優(yōu)化。論文的主要研究工作總結(jié)如下：1．通過車削鈦合金TC4的正交試驗，分析了切削參數(shù)對已加工表面粗糙度的影響規(guī)律，得出在高速車削鈦合金TC4時，進(jìn)給量對表面粗糙度的影響最為顯著，其次為切削速度和切深。2．建立了端面車削表面微觀形貌的幾何模型及振動影響下表面微觀形貌的模型，并運用Matlab進(jìn)行已加工表面微觀形貌的仿真。通過實驗的驗證，得出仿真在三維形貌、截面輪廓及表面粗糙度預(yù)測方面都有很好的可信度，所建立的表面微觀形貌仿真是有效的，可以為表面粗糙度的預(yù)測及切削參數(shù)的優(yōu)化提供依據(jù)。3．在表面微觀形貌仿真的基礎(chǔ)上，運用Matlab編制了遺傳算法優(yōu)化程序，以端面車削鈦合金膜盤為例進(jìn)行了切削參數(shù)的優(yōu)化。采用優(yōu)化后的切削參數(shù)進(jìn)行端面車削鈦合金膜盤，無論是表面粗糙度還是切削效率都有了大幅度改善，證實了本文所采用的基于形貌預(yù)測的切削參數(shù)優(yōu)化的方法有可行的，具有一定的現(xiàn)實意義。4．以Matlab中的GUI為開發(fā)環(huán)境，開發(fā)了基于形貌預(yù)測的切削參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)，為切削參數(shù)的優(yōu)化提供一個快捷、簡便的平臺。由于時間的短促及研究側(cè)重點的不同，本文所研究的基于形貌仿真預(yù)測的切削參數(shù)優(yōu)化在高針對性的同時也不必可避免的存在著局限性。根據(jù)本文已有的研究成果，作者認(rèn)為以后的研究可以從以下幾點展開：1．本文的表面微觀形貌仿真是在高速精加工范疇內(nèi)進(jìn)行的，此時刀具刃口半徑對形貌的影響還須進(jìn)行相關(guān)研究。另外，塑性流動、刀具磨損等因素對形貌的影響也是以后的研究方向。 2．表面微觀形貌仿真模型中雖然考慮了切削力的影響，但并沒能夠真正在表面形貌模型內(nèi)實現(xiàn)切削力動態(tài)的疊加，后續(xù)工作還得在切削力預(yù)測方面進(jìn)行深入研究。3. 在切削參數(shù)優(yōu)化一塊，由于嵌入了表面形貌仿真使得整個優(yōu)化速度有所減慢，如何解決這一問題也是以后研究的重點。另外，如何將形貌信息全面、合理的運用到切削參數(shù)優(yōu)化當(dāng)中也是一個重要研究方向。本文只是在高速精加工范疇內(nèi)，針對特定的零件在實際加工中所出現(xiàn)的問題而進(jìn)行了一些相關(guān)研究，由于認(rèn)知水平的有限，研究過程中肯定會存在一些疏漏與誤區(qū)，懇請各位專家批評、斧正。參考文獻(xiàn)[1] 蔡建明,李臻熙,馬濟(jì)民等. 航空發(fā)動機用600℃高溫鈦合金的研究與發(fā)展[J].材料導(dǎo)報:2005,19(1):5053.[2] 付艷艷,宋月清,惠松驍?shù)? 航空用鈦合金的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J]. 稀有金屬:2006,30(6):850855. 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