【摘要】：工藝參數(shù)是銑削加工工況中的基本時變因素,選擇合適的工藝參數(shù)對控制加工過程、提高加工效率與加工質(zhì)量具有重要意義。目前的工藝參數(shù)是工藝人員根據(jù)自身的經(jīng)驗來確定的,并且在整個加工過程中采用同一組固定的切削參數(shù)。這些參數(shù)只能適用于特定的應用場合,一旦加工工況發(fā)生改變隨即失效。采用科學的方法,面向真實的加工工況進行工藝參數(shù)的優(yōu)化與調(diào)控,是航空航天復雜零件高效高質(zhì)加工中亟待解決的問題。本文針對數(shù)控銑削加工過程,深入研究磨損刀具的銑削力建模方法、真實加工過程中的工況建模理論、時變工況的在線識別方法、以及面向?qū)嶋H工況的工藝參數(shù)優(yōu)化與調(diào)控方法。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新性成果如下:1.在磨損刀具的銑削力建模方面,針對平底立銑刀,沿刀具軸向進行了微元劃分,刀齒微元上的切削力分為前刀面上的剪切作用力和后刀面上的摩擦效應力。將剪切作用力表示為切削載荷與剪切力系數(shù)的乘積。將摩擦效應力表示為后刀面磨損帶上的正應力與切應力積分的形式。后刀面磨損帶被分為塑性流動區(qū)和彈性接觸區(qū),通過研究各個區(qū)域上的應力分布規(guī)律可以得到摩擦效應力。根據(jù)模型的需求,在刀具沒有磨損的情況下,通過其銑削力來校準剪切作用力系數(shù)。在刀具存在磨損的情況下,通過其銑削力來校準單位長度上的摩擦力和擠壓力,進而得到后刀面上的應力分布。最后通過實驗驗證了該銑削力模型。為銑削工況建模及工藝參數(shù)優(yōu)化提供基礎(chǔ)模型。2.在工況建模方面,針對復雜曲面零件的銑削加工過程,全面分析了影響加工過程的因素,根據(jù)加工所需求的條件、被加工零件自身的特性以及銑削過程信息,依時變性由弱到強的順序,將銑削加工過程的影響因素劃分為加工系統(tǒng)、工件信息、刀具狀態(tài)及動態(tài)參數(shù)四個子工況。根據(jù)各個子工況的實際需求,分別建立了工況子向量。然后,在銑削力模型的基礎(chǔ)上,建立了時變工況因素對銑削力的影響關(guān)系。在刀具壽命曲線參數(shù)化的基礎(chǔ)上,建立了時變工況因素對刀具磨損速率的影響關(guān)系。最后,在工況模型的基礎(chǔ)上,給出了工藝知識庫模型。將工況因素對加工過程的影響作為知識存儲于工藝知識庫中,并提出了基于工況匹配的工藝知識獲取方法,為工況識別和參數(shù)優(yōu)化提供可靠的工藝知識。3.在時變工況的在線識別方面,針對真實的零件加工過程,提出了偵測加工理論及方法。在現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,設計了主軸轉(zhuǎn)速和進給速度在線獲取方案,并通過自主研發(fā)實現(xiàn)了方案中各個子模塊的功能。在時變工況因素對銑削力及刀具磨損速率影響關(guān)系的基礎(chǔ)上,提出了基于偵測加工的實際銑削載荷在線識別方法和刀具磨損狀態(tài)在線識別方法。最后,通過實驗分別驗證了銑削加工過程中銑削載荷及刀具磨損的識別方法。加工過程中的瞬時工況識別為面向?qū)嶋H工況的工藝參數(shù)優(yōu)化與調(diào)控提供基礎(chǔ)支撐。4.在工藝參數(shù)優(yōu)化與調(diào)控方面,針對數(shù)控銑削工藝參數(shù)優(yōu)化問題具有工況時變、多目標、多約束的特點,研究了基于學習循環(huán)的多準則銑削加工工藝參數(shù)優(yōu)化方法。首先,結(jié)合在線優(yōu)化與離線優(yōu)化的特點,提出了基于在線求解與離線學習相結(jié)合的銑削工藝參數(shù)迭代優(yōu)化策略。詳細分析了銑削加工工藝參數(shù)優(yōu)化問題的優(yōu)化目標及約束準則,建立了多準則的銑削工藝參數(shù)優(yōu)化數(shù)學模型。然后,針對在線求解過程,研究了基于偵測加工的優(yōu)化模型在線求解方法,并提出了加工過程中銑削進給速度的反饋調(diào)控方案。最后,針對離線學習過程,研究了基于在線求解結(jié)果的工藝參數(shù)離線修正方法。在批量生產(chǎn)中,以在線求解過程和離線學習過程共同組成的學習循環(huán)為基礎(chǔ),通過不斷地迭代學習循環(huán)過程,實現(xiàn)工藝參數(shù)的積累和優(yōu)化,為后續(xù)零件的加工提供更完善的數(shù)控程序。5.在驗證實驗平臺搭建方面,在以上研究的基礎(chǔ)上,設計了驗證實驗平臺的總體方案,并對方案中的各個軟硬件模塊進行了分析,提出了各個模塊的實現(xiàn)方法及所選用的硬件設備。在此基礎(chǔ)上,開發(fā)了銑削加工工藝知識庫系統(tǒng)以及驗證實驗平臺中的軟件系統(tǒng),并對系統(tǒng)進行了集成調(diào)試。最后,在開發(fā)完成的驗證實驗平臺上進行銑削實驗,對本文中所提出的理論、方法進行系統(tǒng)性的驗證。最終,驗證了銑削加工過程監(jiān)測識別、工藝參數(shù)優(yōu)化、進給速度反饋調(diào)控等功能的可行性和有效性。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG54

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本文編號：2427060