本文關(guān)鍵詞：難加工材料高速數(shù)控加工過程在線測溫實驗研究

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【摘要】：在高速切削的狀態(tài)下,會產(chǎn)生大量的切削熱,而刀具-切屑區(qū)域的熱分布是影響高速切削刀具壽命、工件加工表面質(zhì)量的重要因素,尤其是在廣泛采用難加工材料的今天,對刀具的要求就會更高,因此對高速切削過程刀具溫度測量方法的研究不僅有助于研究高速切削機理,同時對加工過程中的切削熱和切削溫度的研究,通過分析和優(yōu)化,可以提高刀具的使用壽命及工作可靠性。本文基于人工熱電偶的測溫原理,利用本實驗室自主研發(fā)設(shè)計的嵌入式測溫刀柄,通過對以Cr12MoV為難加工材料的工件進(jìn)行曲面加工,并根據(jù)測得的溫度數(shù)據(jù),分析數(shù)控加工刀路的溫升特性,為路徑優(yōu)化提供理論依據(jù)和實驗數(shù)據(jù)。主要研究內(nèi)容如下:首先,以Cr12MoV為工件材料,選擇旋鈕作為典型零件,通過Pro/E對旋鈕模型進(jìn)行三維造型,并轉(zhuǎn)換成MasterCam9.1可以識別的文件格式。在MasterCam9.1中進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置,選擇走刀路徑,經(jīng)過實體驗證確定符合加工要求后,生成相應(yīng)的NC數(shù)控文件,完成旋鈕模型的自動編程。其次,進(jìn)行了高速銑削刀具溫度測量的正交實驗,通過對測溫實驗數(shù)據(jù)的分析,分別分析了整體溫度和局部溫度溫升的特性。根據(jù)刀路圖可知,溫度曲線的波峰一般發(fā)生在曲率較大和刀具轉(zhuǎn)向的點。在局部,刀具溫度不是平穩(wěn)波動,而是呈鋸齒狀的震蕩式波動。同時分析了切削參數(shù)對刀具溫度的影響,根據(jù)結(jié)果可知,銑削速度比進(jìn)給量對溫度的影響較顯著。運用遺傳算法,以材料切除率和刀具的溫度作為優(yōu)化目標(biāo),以銑削參數(shù)作為約束變量進(jìn)行優(yōu)化。通過MATLAB內(nèi)置的遺傳算法工具箱對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,經(jīng)過51次收斂得到最優(yōu)解。通過實驗對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行驗證,優(yōu)化后的切削參數(shù)可降低刀具的溫度,并增加切除率。最后,通過對MasterCam9.1自帶的粗加工的幾種走刀方式的分析對比,并選擇往復(fù)行切、單向切削和等距環(huán)切三種刀路作為優(yōu)化目標(biāo)。通過刀路圖和仿真加工效果圖,對三種走刀方式進(jìn)行對比驗證,分析出三種走刀方式在溫度和效率上的優(yōu)劣,并且給出了在實際加工過程中對于刀路選擇的建議。經(jīng)過理論建模和實驗研究發(fā)現(xiàn)了數(shù)控加工過程中刀具溫升規(guī)律,以及溫升對刀具、工件的影響,為優(yōu)化數(shù)控加加工參數(shù)和刀具路徑提供依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)控加工 難加工材料 在線溫度測量 溫升特性 加工路徑優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：廣東海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG659
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1.緒論9-16
• 1.1 課題背景及研究意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 難加工材料高速切削研究10-11
• 1.2.2 高速切削刀具溫度測量研究11-12
• 1.2.3 切削參數(shù)優(yōu)化研究12
• 1.2.4 加工路徑優(yōu)化研究12-13
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容及體系結(jié)構(gòu)13-16
• 1.3.1 課題來源及主要研究內(nèi)容13
• 1.3.2 本文的體系結(jié)構(gòu)13-16
• 2 在線測溫實驗原理16-21
• 2.1 刀具溫度的主要測量方法16
• 2.2 基于人工熱電偶法的在線測溫16-20
• 2.2.1 熱電偶的標(biāo)定17-18
• 2.2.2 嵌入式測溫刀柄18-19
• 2.2.3 測溫電路板及數(shù)據(jù)采集卡19-20
• 2.2.4 采集軟件20
• 2.3 本章小結(jié)20-21
• 3 高速銑削溫度在線測溫21-36
• 3.1 旋鈕三維實體建模及自動編程21-26
• 3.1.1 旋鈕三維實體建模21
• 3.1.2 加工工藝21-22
• 3.1.3 旋鈕加工自動編程22-26
• 3.2 立銑刀切削溫度實驗方案的設(shè)計26-29
• 3.2.1 實驗條件26-28
• 3.2.2 實驗方案設(shè)計28-29
• 3.3 實驗結(jié)果與分析29-35
• 3.3.1 整體溫度分析29-31
• 3.3.2 局部溫度分析31-32
• 3.3.3 切削參數(shù)對溫度的影響32-34
• 3.3.4 銑削溫度回歸模型34-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 4 難加工材料高速銑削切削參數(shù)優(yōu)化36-41
• 4.1 銑削參數(shù)優(yōu)化的意義36
• 4.2 優(yōu)化算法36-37
• 4.3 優(yōu)化數(shù)學(xué)模型建立37-40
• 4.3.1 優(yōu)化目標(biāo)及多目標(biāo)函數(shù)37
• 4.3.2 設(shè)計約束37-38
• 4.3.3 優(yōu)化模型建立38
• 4.3.4 優(yōu)化求解38-39
• 4.3.5 優(yōu)化結(jié)果分析39-40
• 4.4 本章小結(jié)40-41
• 5 難加工材料高速銑削加工路徑的優(yōu)化41-45
• 5.1 刀具路徑優(yōu)劣的評價指標(biāo)41
• 5.2 刀具路徑優(yōu)化41-44
• 5.2.1 走刀方式的分類41-42
• 5.2.2 不同路徑的比較42-43
• 5.2.3 結(jié)果與分析43-44
• 5.3 本章小結(jié)44-45
• 6 結(jié)論與展望45-47
• 6.1 結(jié)論45-46
• 6.1.1 總結(jié)45-46
• 6.1.2 主要創(chuàng)新點46
• 6.2 存在的問題及展望46-47
• 參考文獻(xiàn)47-51
• 附錄51-55
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文55-56
• 致謝56-57
• 作者簡介57-58
• 導(dǎo)師簡介58

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本文編號：726043