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基于切削状态的热室圆盘锯床切削优化研究

基于切削状态的热室圆盘锯床切削优化研究

作者：邱欣重庆大学

学位级别：硕士

随着工件向尺寸微小化、结构复杂化、制造精密化、样式多样化的趋势发展,对切削工艺的要求也日益提高,而切削工艺参数的选择与切削加工效果和经济效益又息息相关。本文以某研究院的热室圆盘锯床及其控制系统为背景,针对切削过程中的优... 详细信息

随着工件向尺寸微小化、结构复杂化、制造精密化、样式多样化的趋势发展,对切削工艺的要求也日益提高,而切削工艺参数的选择与切削加工效果和经济效益又息息相关。本文以某研究院的热室圆盘锯床及其控制系统为背景,针对切削过程中的优化问题展开了研究。原控制系统主要采用人工手动控制,但由于切削过程复杂多变,实际生产中切削工艺参数一般是加工技术人员凭借经验和参考手册来选取,造成加工工艺因人而异,工件的加工效果一致性差,很难实现最优化加工,从而导致加工精度下降且增加了热室圆盘锯床后期的维护工作。这就要求控制系统能够根据不同的工况自动的给出切削参数,减少人工的同时提高切削效果和一致性。本文从热室圆盘锯床切削工艺和切削流程着手,分析了切削过程中的切割片磨损的机理及其造成的负面影响,明确了表征着热室圆盘锯床切削状态的参数以及之间的相互关系,并在此基础上设计了由生产运行层、数据处理层、运算控制层组成的切削优化总体方案。在切削优化方案的实现过程中,针对热室圆盘锯床的切削机理,采用机理分析法和有限元方法进行切削仿真,并对两者的分析结果进行了验证,为切削状态的识别和优化效果验证奠定了基础;针对由于热室圆盘锯床工作环境恶劣而缺少力传感器、温度传感器、声学传感器的问题,选取原热室圆盘锯床控制系统中伺服电机的转矩、切削时的切削深度和实时切削速度作为辅助变量,采用高斯过程分类方法对切削状态进行分类和识别;针对原热室圆盘锯床调整切削参数的经验和原则,采用专家控制方式,模拟加工人员的思维过程,并以正向推理策略,根据实时的切削状态推理出适合当前工况的切削参数,以达到改善切削过程的目的;最后,以前面建立的有限元仿真模型为基础,采用MATLAB对ABAQUS模型进行前后处理,对优化前后的切削参数的切削效果进行了仿真对比,仿真结果表明,经过优化后的切削参数能够改善工件变形、工件温度场分布和切削力等指标,能更好的适应切削状态的改变,缓解并改善状态改变给切削过程带来的负面影响,从而实现更优的切削效果。

关键词：切削状态 ABAQUS 高斯过程分类 MATLAB 切削优化

切削参数对车削20CrMnTi表面粗糙度的影响及优化研究

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机床与液压 2020年第22期48卷 50-53,90页

作者：付钰赵秀栩魏俊华陈鹏李娇武汉理工大学机电工程学院湖北武汉430000 韶能集团韶关宏大齿轮有限公司广东韶关512000

20CrMnTi是一种广泛应用于齿轮制造的材料。为提高20CrMnTi精加工的表面质量、加工效率,以车削20CrMnTi钢的表面粗糙度为研究对象,设计正交试验,在数控车床GENOS-L250E上进行硬质合金刀具车削试验,探究切削参数(切削速度、进给量、背吃... 详细信息

20CrMnTi是一种广泛应用于齿轮制造的材料。为提高20CrMnTi精加工的表面质量、加工效率,以车削20CrMnTi钢的表面粗糙度为研究对象,设计正交试验,在数控车床GENOS-L250E上进行硬质合金刀具车削试验,探究切削参数(切削速度、进给量、背吃刀量)对表面粗糙度的影响。并通过多元回归建立切削参数与表面粗糙度的关系模型,从而构建以加工效率、表面粗糙度为目标的多目标优化模型,通过粒子群算法对切削参数进行优化。试验结果表明:使用优化后的切削参数加工可以减小表面粗糙度、提高加工效率。

关键词：数控车削 20CrMnTi 表面粗糙度粒子群算法切削优化

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精车大螺距内螺纹表面完整性研究

精车大螺距内螺纹表面完整性研究

作者：丛玮琦哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

大螺距螺纹类零件作为大型龙门立式车床和多工位压力机的关键部件,起到紧固、连接、传递动力的作用,螺纹面的表面完整性影响着大型设备的工作性能,对工件的配合起到关键的作用。大螺距内螺纹件加工时具有刀具悬伸量大的特点,刀具和工件... 详细信息

大螺距螺纹类零件作为大型龙门立式车床和多工位压力机的关键部件,起到紧固、连接、传递动力的作用,螺纹面的表面完整性影响着大型设备的工作性能,对工件的配合起到关键的作用。大螺距内螺纹件加工时具有刀具悬伸量大的特点,刀具和工件受到的振动更加剧烈,无法保证大螺距内螺纹件的高品质加工,故此开展大螺距内螺纹表面完整性的研究,提高工件的表面完整性具有重要的意义。本文从表面粗糙度、残余应力、加工硬化入手,对大螺距内螺纹表面完整性开展相关研究,具体研究内容如下:首先,对内螺纹件表面粗糙度进行研究。将实验采集到的振动信号进行特征值的提取,利用特征选择算法确定出对表面粗糙度影响最明显的特征值;以信号特征值作为为输入变量,以表面粗糙度值为输出变量,采用支持向量机算法进行表面粗糙度预测,建立了表面粗糙度预测模型,其预测精度为93.7%。其次,对内螺纹件残余应力进行研究。探究了残余应力的产生机理;进行了不同切削用量下的大螺距内螺纹件残余应力仿真和实验研究,获取了单因素条件下表面残余应力的变化规律;并对仿真结果进行验证,其准确度为86.4%。再次,对内螺纹件加工硬化进行研究。探究了加工硬化的产生机理和影响因素;将弹塑性理论与有限元仿真技术结合,获取大螺距内螺纹件加工后的硬化层厚度与显微硬度的仿真值,建立显微硬度值的预测模型;将显微硬度的仿真值与实验值进行对比,得到仿真结果的准确度为89.1%,对不同参数条件下的加工硬化程度进行分析,获取了加工硬化程度的变化规律。最后,开展表面完整性优化研究。以最优工件表面完整性为目标,使用人工蜂群算法进行切削工艺参数优化,得到最优的切削参数组合;采用模糊综合评价体系对通过单因素切削实验、正交仿真实验以及优化后的参数组合得到的表面完整性各评价指标进行综合评价,验证经过优化后的参数组合可以提高工件的表面完整性。

关键词：大螺距内螺纹表面完整性切削振动切削优化有限元仿真

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高强耐磨铝青铜合金材料的切削性能研究

高强耐磨铝青铜合金材料的切削性能研究

作者：张良华南理工大学

学位级别：硕士

金属切削加工是工业生产中最基本、最广泛、最重要的加工工艺，它直接影响机械加工的产品质量、生产效率和制造成本。高强耐磨铝青铜(代号KK)是由华南理工大学金属新材料中心采用独特的合金成分配比和先进的熔铸技术自行研制的一款新型... 详细信息

金属切削加工是工业生产中最基本、最广泛、最重要的加工工艺，它直接影响机械加工的产品质量、生产效率和制造成本。高强耐磨铝青铜(代号KK)是由华南理工大学金属新材料中心采用独特的合金成分配比和先进的熔铸技术自行研制的一款新型高强度耐磨合金，它与国内外具有代表性的同类合金相比，其拉伸强度、屈服强度、硬度、减摩性和耐磨性都有较大程度的提高，具有广阔的应用价值和前景。但在加工这类新型材料时，刀具的磨损往往比较严重，而且零件的表面质量也难以保证。所以，研究高强耐磨铝青铜合金材料的切削性能问题，对于理论研究和实际生产都有重要意义，可为高强耐磨铝青铜合金材料在各领域的推广和应用奠定理论基础。本论文主要研究高强耐磨铝青铜合金材料的切削性能与切削用量最优化的问题。其中包括合适的刀具材料选择及刀具的磨损形式与微观机理研究，切削加工对表面粗糙度、表面显微硬度和表面残余应力等表层质量的影响研究，最优化切削用量的确定等。通过选择不同刀具材料和切削参数进行高强耐磨铝青铜合金的切削试验研究，在选择合理刀具材料的同时揭示该刀具的磨损形式与机理;并通过刀具的耐用度以及各切削用量对刀具磨损程度的影响研究，明确了YBC251涂层硬质合金刀具更适合高强耐磨铝青铜合金的切削加工，为刀具的再设计与加工质量的提高奠定了基础。采用正交试验法研究了不同切削用量对零件表面质量的影响，揭示了不同切削参数对表面粗糙度、表面显微硬度和表面残余应力的影响规律，明确了影响表面质量的主要因素及其影响程度是进给量>切削速度>切削深度，确定了半精加工和精加工中时的最优切削用量为v=5520m/min，a≤1mm，f=0.05.15mm/r，可获得表面粗糙度Ra0.70以下，显微硬度可达HV350以上的加工表面质量。通过一个高强耐磨铝青铜合金材料实际应用的例子，采用数学实验规划法，优化其切削加工过程。以最小的表面粗糙度和最大金属切除率为优化目标，采用分层多目标单纯形法进行优化分析，并且按两种不同的优先层次对切削用量进行优化。结果表明，通过切削用量的优化可以获得理想的加工表面质量，从而达到提前预测切削用量、减少试验重复次数以及提高生产效率的目的。

关键词：高强耐磨铝青铜刀具磨损表面质量切削优化

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多目标粗加工数控车削优化

机械强度 2014年第6期36卷 899-903页

作者：胡成龙武汉软件工程职业学院武汉430205

以工件挠度、工件表面粗糙度、切削温度、切削功率、主轴扭矩、进给机构强度、刀杆强度及刀片强度为约束条件,建立了金属切除率与刀具耐用度的粗车车削多目标优化模型。通过实例采用NSGA-II算法对目标优化模型进行仿真,得到金属切除率... 详细信息

以工件挠度、工件表面粗糙度、切削温度、切削功率、主轴扭矩、进给机构强度、刀杆强度及刀片强度为约束条件,建立了金属切除率与刀具耐用度的粗车车削多目标优化模型。通过实例采用NSGA-II算法对目标优化模型进行仿真,得到金属切除率与刀具耐用度Pareto最优解集以及背吃刀量、进给量、切削速度的优选取值,从而有助于粗加工的切削优化选择。

关键词：粗加工金属切除率刀具耐用度 NSGA-Ⅱ算法切削优化

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基于人工神经网络的铣削参数优化

机械设计与制造 2007年第7期 103-104页

作者：刘忠和钟建琳北京机械工业学院机械工程系北京100085

探讨了金属切削加工的优化问题。并以铣削为例,建立最高生产率为目标的数学模型,通过人工神经网络的方法进行优化。通过实例表明,用人工神经网络优化方法可降低加工成本和提高劳动生产率。

关键词：铣削加工切削优化 BP神经网络

干式硬态车削Cr12MoV表面残余应力的仿真研究

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干式硬态车削Cr12MoV表面残余应力的仿真研究

作者：吴春雨兰州理工大学

学位级别：硕士

干式硬态车削加工时,已加工表面受高温、高压以及高应变率的影响,发生塑性变形,会在工件表面产生残余应力,对工件机械性能和疲劳寿命影响很大。已加工表面残余应力的形成是一个受多因素影响的复杂过程,不同的切削参数、不同的材料硬度... 详细信息

干式硬态车削加工时,已加工表面受高温、高压以及高应变率的影响,发生塑性变形,会在工件表面产生残余应力,对工件机械性能和疲劳寿命影响很大。已加工表面残余应力的形成是一个受多因素影响的复杂过程,不同的切削参数、不同的材料硬度都会影响到残余应力的形成和分布,为揭示残余应力的产生及分布规律,需要结合理论和试验,对其不同影响因素进行深入分析和研究。由于干式硬态车削试验中,需要多次试验采集数据分析,对刀具、工件材料消耗很大,试验成本较高。随着有限元法在金属切削加工以及残余应力建模仿真中的广泛应用,利用ABAQUS等有限元软件进行模拟试验,不仅省时省力、节约成本,而且表现力强、可靠性高,具有实际的参考价值。残余应力作为已加工表面质量的重要影响指标,对其产生过程及分布规律进行深入研究和揭示,可为合理选择切削参数、提高工件表面质量提供重要的理论依据。本论文通过对干式硬态车削Cr12Mo V表面残余应力进行有限元仿真分析,揭示了不同因素对工件表面残余应力大小及分布的影响机理,并提出了最优切削方案。主要工作内容和研究成果如下:(1)进行了SHPB试验,根据试验数据和Johnson-Cook本构方程,计算出了Cr12Mo V材料不同淬硬状态对应的A、B、C、m、n模型参数值,并运用ABAQUS有限元分析软件,建立了PCBN刀具切削Cr12Mo V的干式硬态车削模型。(2)采用单因素正交试验设计法,进行了干式硬态车削Cr12Mo V的有限元仿真试验,对其加工表面残余应力进行分析,揭示了不同材料淬硬程度、不同切削参数对已加工表面残余应力大小及分布的影响规律。(3)通过多因素正交试验设计,对不同切削参数进行了优化分析,提出了最优切削方案,并通过干式硬态车削实验对优化结果进行了验证。研究结果表明:在一定工件层深范围内,干式硬态车削Cr12Mo V表面0.16mm处均出现了残余压应力,且随着表面层深的递增,残余压应力先是逐渐增大,后又逐渐减小,最后趋近于0;在选取的5种不同影响因子中,随着工件硬度、背吃刀量、刀具后角的增加,已加工表面残余压应力逐渐增大,随着切削速度、刀具前角的增加,已加工表面残余压应力逐渐减小;在选取的4种不同切削参数中,对残余应力影响大小程度依次为:刀具后角最大,背吃刀量次之,切削速度第三,刀具前角最小;4种不同切削参数优化后的最优组合为:切削速度v=400 m·min-1,背吃刀量pa=0.20 mm,刀具前角γ=-5°,刀具后角α=10°。

关键词：残余应力有限元仿真干式硬态车削影响机理切削优化

SiAlON陶瓷刀具车削高温合金仿真分析与实验研究

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SiAlON陶瓷刀具车削高温合金仿真分析与实验研究

作者：赵培翔武汉理工大学

学位级别：硕士

高温合金以其在高温高压环境下优异的服役性能常被用来制造航空发动机的核心零部件,如涡轮盘、涡轮机匣、燃烧室机匣等。这类材料具有较高的硬度和强度,较低的热传导率,这都增加了其加工难度,传统的切削刀具越来越难以满足日益增长的航... 详细信息

高温合金以其在高温高压环境下优异的服役性能常被用来制造航空发动机的核心零部件,如涡轮盘、涡轮机匣、燃烧室机匣等。这类材料具有较高的硬度和强度,较低的热传导率,这都增加了其加工难度,传统的切削刀具越来越难以满足日益增长的航空零部件高效加工需求。陶瓷刀具作为一种高效加工难加工材料的切削刀具,逐渐开始被投入到实际生产中。现阶段,如何优化其几何参数及加工参数来提升加工性能已经成为行业所关注的重点。本文对Si Al ON陶瓷刀具车削高温合金材料的切削表现进行了深入地分析,并对陶瓷车刀的刀具几何参数和加工工艺参数的优化进行了研究。主要研究内容包括:1.建立陶瓷刀具切削有限元仿真模型,获得了刀具几何、切削参数与陶瓷刀具车削高温合金材料过程中的温度、切削力和应力等物理量的关联规律,优选刀具几何和切削参数,为高加工质量和低刀具磨损的陶瓷刀具加工提供了理论支撑。2.搭建陶瓷刀具切削实验平台,进行了陶瓷刀具车削高温合金材料切削实验。根据实验结果分析了刀具几何和切削参数对加工表面质量和切削能耗的影响规律,为建立以表面质量、加工效率和比切削能为目标的工艺参数的优化模型提供了实验依据。3.根据切削实验数据,使用基于贝叶斯优化寻参的支持向量机算法分别建立了表面粗糙度和比切削能预测模型,并采用NSGA-II算法权衡了表面粗糙度、比切削能和材料去除率,获取了最优工艺参数组合。4.基于以上的研究成果,选取高温合金机匣类零件进行了陶瓷刀具车削加工实验,验证了优化模型对陶瓷刀具车削高温合金零件加工质量的优化结果。

关键词：陶瓷刀具高温合金切削优化多目标优化支持向量机

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数控加工参数规范化及数据库的研究

数控加工参数规范化及数据库的研究

作者：商美华西北工业大学

学位级别：硕士

随着先进数控机床的普遍应用及CAPP的智能化发展，在数控加工工艺设计和实施过程中如何选择适用的刀具参数和相应的切削参数已是众多企业急需解决的一个重要问题。作为CIMS的一个重要组... 详细信息

随着先进数控机床的普遍应用及CAPP的智能化发展，在数控加工工艺设计和实施过程中如何选择适用的刀具参数和相应的切削参数已是众多企业急需解决的一个重要问题。作为CIMS的一个重要组成部分，刀具参数和切削参数管理系统面临着新的契机与挑战。本文结合航空工厂飞机结构件数控加工切削参数和刀具参数的规范化课题，针对飞机结构件常用材料以及典型特征，在数控铣削条件下，分析、研究了刀具参数规范化涉及的有关问题，着重论述了刀具信息在数据库中的组织形式、刀具的编码、刀具的智能化选择以及切削参数的推荐选择和优化等关键技术。在此基础上，建立了刀具数据库，探讨了专家系统在刀具选择中的应用，进而以数控机床用立铣刀的切削用量优化和推荐选择为实例做了深入的研究。刀具数据库管理系统后端采用 Oacle 7．3建立了数据库，前端采用 Delphi 5进行系统的程序设计，对刀具信息进行了规范化管理。最后，介绍了网络与数据库的集成技术，并利用ASP技术实现了刀具信息的网上共享。

关键词：数控加工刀具分类刀具管理切削参数切削优化