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)代國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)，數(shù)控加工技術在制造業(yè)中占有重要地位。在實際數(shù)控生產(chǎn)加工中，切削速度、進給量、背吃刀量等加工參數(shù)通常由編程人員指定，為避免過大的切削力、切削振動等導致機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)，從而嚴重影響和限制了數(shù)控設備的使用效率和應用范圍。針對以上加工中存在的問題，本課題以提高數(shù)控機床加工效率、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)濟效益和社會效益。
　　虛擬加工技術是當前加工仿真技術發(fā)展的一個新階段，不僅能提供逼真的加工環(huán)境仿真，而且在仿真過程中考慮了機床系統(tǒng)的運動控制和動態(tài)特性。本文開展了基于虛擬加工車削參數(shù)優(yōu)化方法的研究，對基于虛擬加工車削參數(shù)優(yōu)化方法的原理進行了分析，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、實現(xiàn)準確的加工過程仿真，本文開展了利用實體仿真技術進行加工過程仿真的研究，研究了數(shù)控車削加工的幾何建模方法，實現(xiàn)了利用刀具掃描體與工件模型進行布爾減的加工仿真過程。通過將三維實體模型轉(zhuǎn)換為二維多邊形模型，有效地減少了計算時間，提高了仿真速度。在加工過程仿真同時利用“裁剪多邊形”獲取瞬時背吃刀量和切削工件半徑為切削加工性能預測和切削參數(shù)優(yōu)化奠定基礎。在仿真過程中，通過經(jīng)驗公式模型預測車削加工動態(tài)切削力，實驗結(jié)果表明預測值與測量值較好吻合，

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

5、率和變異概率對優(yōu)化結(jié)果的影響。通過重復性仿真計算的方法驗證了優(yōu)化方法的可靠性。
　　在分析多程切削加工特點的基礎上，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，建立優(yōu)化參數(shù)的數(shù)學模型，制訂相關約束條件。數(shù)學模型建模中考慮了瞬時工件加工半徑對優(yōu)化結(jié)果的影響，克服了以往優(yōu)化數(shù)學模型過度簡化的局限性。通過單程切削加工優(yōu)化模型建立優(yōu)化參數(shù)數(shù)據(jù)庫，利用整數(shù)非線性優(yōu)化算法優(yōu)化切削參數(shù)，以達到節(jié)省加工成本的目的。通過實例計算

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題。
　　以VC++6.0為工具，開發(fā)了具有實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為基礎，可實現(xiàn)單程切削加工和多程切削加工參數(shù)優(yōu)化，并自動生成能夠?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)化目標對粗加工數(shù)控車削程序進行了優(yōu)化，并應用優(yōu)化前后的數(shù)控程序進行了實際切削加工實驗。