本文關(guān)鍵詞：零件多工步車削加工變形的參數(shù)優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 加工變形 熱力耦合 有限元仿真 多工步加工 遺傳算法

【摘要】：在機械零件中,越來越多的零部件設(shè)計結(jié)構(gòu)采用異于傳統(tǒng)的薄壁、細(xì)軸,這些零件被稱為弱剛度件。這些零件在加工中表現(xiàn)出易變形、對切削力、切削熱耐受度較低的特點,加工易產(chǎn)生變形誤差。在外圓切削加工中,往往加工余量過大,不能一次切削完成。本文針對弱剛度零件加工易變形的問題,在傳統(tǒng)的單工步切削基礎(chǔ)上研究多工步切削參數(shù)的優(yōu)化問題,建立了切削參數(shù)與切削力、切削熱關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,并進(jìn)行優(yōu)化以得到最優(yōu)的加工參數(shù)組合。具體內(nèi)容如下:1.首先分析了切削力變形的因素和材料在切削中作用力與變形的關(guān)系,得到切削力和切削熱與變形關(guān)系較為緊密的結(jié)論。從切削力模型與切削產(chǎn)熱原理的角度分析,調(diào)整切削參數(shù)是控制切削力和切削熱的有力途徑。針對切削參數(shù)的選取,討論了切削深度余量的分配原則和方法。針對參數(shù)優(yōu)化討論了外圓車削多目標(biāo)優(yōu)化方法及約束條件,設(shè)計了多工步參數(shù)優(yōu)化的流程并簡要介紹了遺傳算法。2.分析了切削顫振現(xiàn)象的機理和產(chǎn)生的條件。通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)方法求得單自由度系統(tǒng)切削顫振表達(dá)式。完成了齒圈車削刀具的系統(tǒng)模式實驗,得到了車刀系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)和穩(wěn)定域圖。3.使用有限元軟件Abaqus建立了第一工步的二維有限元仿真模型并設(shè)計針對切削熱和切削變形第一工步的正交試驗。通過有限元仿真完成正交試驗,運用實驗數(shù)據(jù)建立“切削參數(shù)-切削變形”和“切削參數(shù)-切削熱”數(shù)學(xué)模型。運用Matlab的遺傳算法工具箱,結(jié)合模型進(jìn)行切削變形-切削熱雙目標(biāo)優(yōu)化,得到了第一工步優(yōu)化參數(shù)。4.使用Abaqus軟件建立齒圈第一工步三維模型,在該模型上采用優(yōu)化后參數(shù)進(jìn)行仿真,獲取切削溫度和切削變形量數(shù)據(jù)。結(jié)合溫度和變形數(shù)據(jù),用Abaqus建立第二工步三維模型。設(shè)計了針對切削變形的正交試驗。在三維仿真模型上完成實驗,并提取變形數(shù)據(jù)建立“切削參數(shù)-切削變形”數(shù)學(xué)模型。運用Matlab基于該數(shù)學(xué)模型,進(jìn)行切削變形、材料去除率的雙目標(biāo)切削參數(shù)優(yōu)化。獲得了優(yōu)化的切削參數(shù)。5.進(jìn)行了齒圈外圓切削實驗,將實驗的第一工步溫度數(shù)據(jù)和第二工步切削變形數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,驗證了仿真的有效性,對仿真中存在的誤差原因進(jìn)行了簡要的分析。
【關(guān)鍵詞】：加工變形 熱力耦合 有限元仿真 多工步加工 遺傳算法
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG51
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-16
• 1.1 課題背景及研究意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 熱力耦合仿真分析研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 有限元分析14
• 1.2.4 多工步加工研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本文內(nèi)容15-16
• 第2章切削變形理論基礎(chǔ)及優(yōu)化算法16-31
• 2.1 切削變形原因16-22
• 2.1.1 研究對象介紹16
• 2.1.2 切削變形的影響因素16-17
• 2.1.3 切削變形力學(xué)基礎(chǔ)17-22
• 2.2 切削力和切削熱22-25
• 2.2.1 切削力變形22-24
• 2.2.2 切削熱24-25
• 2.3 多工步切削加工25-27
• 2.3.1 兩工步間的影響25-26
• 2.3.2 多工步判定依據(jù)26
• 2.3.3 加工余量分配原則26-27
• 2.4 多目標(biāo)優(yōu)化方法27
• 2.4.1 多目標(biāo)優(yōu)化模型27
• 2.5 有限元方法27-29
• 2.5.1 熱力耦合仿真方法28-29
• 2.6 多步加工變形優(yōu)化流程29-30
• 2.7 本章小結(jié)30-31
• 第3章 切削顫振及齒圈切削顫振實驗31-38
• 3.1 切削顫振介紹31-33
• 3.1.1 切削顫振原理31-32
• 3.1.2 切削顫振的成因32
• 3.1.3 振動情況下的切削力32-33
• 3.2 顫振穩(wěn)定域33-35
• 3.3 齒圈顫振穩(wěn)定域35-37
• 3.3.1 齒圈模態(tài)識別實驗35-36
• 3.3.2 齒圈車削顫振穩(wěn)定域圖36-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 第4章 齒圈切削仿真與參數(shù)優(yōu)化38-56
• 4.1 第一工步仿真優(yōu)化38-48
• 4.1.1 仿真前處理38-40
• 4.1.2 正交實驗40-42
• 4.1.3 第一工步有限元仿真42-46
• 4.1.4 第一刀仿真建模46-47
• 4.1.5 仿真優(yōu)化47-48
• 4.1.6 優(yōu)化參數(shù)三維仿真48
• 4.2 第二工步仿真48-55
• 4.2.1 第二工步前處理48-49
• 4.2.2 施加前道工序影響49
• 4.2.3 第二工步仿真實驗設(shè)計49-50
• 4.2.4 第二刀仿真及結(jié)果分析50-52
• 4.2.5 第二刀仿真建模52-53
• 4.2.6 參數(shù)優(yōu)化53-54
• 4.2.7 優(yōu)化參數(shù)驗證54
• 4.2.8 對比仿真實驗54-55
• 4.3 本章小結(jié)55-56
• 第5章 齒圈多工步切削實驗56-63
• 5.1 實驗條件與儀器56-60
• 5.1.1 實驗條件56-57
• 5.1.2 實驗數(shù)據(jù)測量方法及儀器57-60
• 5.2 實驗結(jié)果分析60-61
• 5.3 本章小結(jié)61-63
• 總結(jié)與展望63-64
• 附錄A64-67
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文與研究成果清單67-68
• 致謝68

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本文編號：851691