面向生产应用的优化型切削数据库研究与开发.pdf

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1、学术论文RESEARCH面向生产应用的优化型切削数据库研究与开发幸ResearchandDevelopmentonOptimizedCuttingDatabaseforProductionApplication北京航空航天大学机械工程及自动化学院张福梅刘强【摘要】针对企业生产应用中缺乏合理的优化型切削参数的问题，提出了基于动力学仿真的切削参数优化方法，并开发切削数据库，实现对优化后的切削加工参数的有效管理，便于生产人员进行查阅作为参考依据，现已在多家企业应用。关键词：切削参数优化切削数据库动力学仿真生产应用fABSTRACTJAccordingtotheproblemthatisinprod

2、uctionapplication，themethodofcuttingparameterandoptimizationbasedondynamicsimulationisproposed，andthecuttingdatabaseisdevelopedtorealizeeffectivemanagementforoptimizedcuttingparameters，whichisconvenienttoconsultasareferenceforproductionpersonnel，andthismethodisusedinseveralenterprises．Keywords：Cutt

3、ingparameteroptimizationCut-ringdatabaseDynamicsimulationProductionappfi-cation随着数控技术和高速切削加1二技术的发展，国内越来越多的企业，尤其是航空制造企业花费巨资购买了先进的高速加T机床或加T中心来加工飞机的大梁、隔框、壁板等整体结构件，由于整体结构件存在体积大、壁薄、刚度差、易变形、切削加工余量大，加丁周期长，加工质量和精度很难控制这些问题⋯，使得加T效率逐步成为制约飞机研制和批量生产的关键因素。而目前由于缺乏实用的切削数据库，大多数情况下还是凭编程加工人员的实际加T经验或是工艺手册提供切削参数，这往往导致切

4、削参数选择不规范，加工效率低下，甚至出现零件报废的情况，这直接阻碍了相关先进技术在机械制造业领域的推广应用，以至先进的加T设备得不到最充分的利用，不能获得最大的经济和社会效益。由此可见，研究优化型切削数据库，为生产企业提供合理、优化的切削加工参数，改变企业中长期存在的“高投入、低产出”的状况，实现高精度、高效率和高可靠性的切削加工，就具有十分重要的意义。4国防基础科研项目(B2120080261o64航宅制造技术·2010年第ll期1切削参数优化原理目前，企业虽然有很多高速机床，但始终无法充分发挥高速机床的优良性能，机床的利用率不高，实际生产效率低下，已成为企业迫切需要解决的难题，针对这一难

5、题，本课题提出了一种基于铣削加工动力学仿真的切削参数优化的方法。该方法以瞬u,t冈lJ性力模型和再生颤振理论为基础【2J，用试验方法获得T件材料的切削力系数和加工系统的动力学特性参数，对颤振稳定域和铣削加工中的切削力、主轴利用率、扭矩等各物理量进行仿真，以最大材料去除率为目标函数，以切削力、主轴功率、扭矩、切削速度、刀具使用寿命、颤振稳定域等为约束条件来优化切削参数，得到能够使零件生产加工效率、机床利用率提高的符合实际需求的优化型切削参数，并建立切削数据库对优化后的切削数据进行管理。1．1目标函数对于铣削加工而言，优化目标函数通常包括最大生产率、最低成本、最大经济利润及可变综合目标函数等几方

6、面。文中以最大生产率作为目标函数，即生产单个零件的时间最短，可以将铣削深度看作多层铣削加丁的叠加，故只要每层铣削加工材料去除率最大，整个零件的生产时间就最短。对铝合金等易加丁．材料，由于刀具磨损小，可直接将材料去除率(MRR)作为优化的目标函数；而钛合金、高温合金等难加丁材料，由于存在严重刀具磨损现象，故必须兼顾刀具的使用寿命。可将MRR作为唯一的目标函数，而把刀具使用寿命作为1个约束条件处理，材料去除率的定义如下13l：MRR=a，‘ap。聍·Z‘N，(1)式中，a。为切宽；a。为切深；n为主轴转速；正为每齿进给量；N为齿数。因此，设计变量有吼、ap、甩和Z4个。1．2约束条件在确定了优化

7、目标函数和设计变量后，需要确定约束条件。加T过程的约束条件主要包括机床、刀具和工件的约束条件。机床约束条件是指机床主轴转速、功率、扭矩及进给速度的限制。刀具约束条件是指每齿进给量、切削线速度及刀具使用寿命。其他的还包括工件表面质量(精加工)、弱刚性零件的变形、颤振稳定域。一般情况下，机床的约束条件可以从机床的使用手册中查得；刀具的约束条件可以从刀具厂商提供的刀具使用手册中获得，也可以参考相关工艺手册141；工