【摘要】：鈦合金以其良好的耐熱性、耐腐蝕性,以及優(yōu)異的力學(xué)性能等,廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療、化工等領(lǐng)域,具有廣闊的科研空間和應(yīng)用前景。但是由于鈦合金的加工性較差,在加工過程中存在切削溫度高、刀具磨損嚴(yán)重,加工效率低下等問題。在鈦合金切削過程中,切削力是一個非常重要的物理量,它對刀具壽命、加工質(zhì)量等都有顯著影響,因此切削力的研究對提高刀具壽命,改善加工質(zhì)量,提高加工效率具有非常重要的意義。本文選取鈦合金Ti6Al4V作為研究對象,研究分析該型號鈦合金切削力的預(yù)測。本文主要內(nèi)容包括:首先,根據(jù)金屬切削原理,采用有限元分析方法結(jié)合ABAQUS建立了鈦合金切削仿真模型。通過將Kistler9257B三向車削測力儀測得的主切削力與通過仿真模型獲得的主切削力進(jìn)行對比,驗證了仿真模型的正確性。其次,基于python語言通過ABAQUS二次開發(fā)建立了鈦合金切削仿真參數(shù)化模型。該參數(shù)化模型不僅可以提高建模的準(zhǔn)確性,而且能夠省去大量的重復(fù)建模時間。然后設(shè)計了關(guān)于進(jìn)給量、切削速度、刀具前角的單因素仿真試驗,探究三者對主切削力的影響規(guī)律。再次,建立了主切削力的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型。首先設(shè)計三因素三水平的全因素試驗方案,利用切削仿真參數(shù)化模型獲取樣本數(shù)據(jù)。對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各參數(shù)進(jìn)行設(shè)計,進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型的訓(xùn)練與驗證。最后,基于響應(yīng)曲面法建立了主切削力的公式預(yù)測模型,并通過顯著性檢驗驗證了公式模型對樣本數(shù)據(jù)的擬合效果,數(shù)據(jù)表明本文所建公式模型具有良好的擬合效果,可用于主切削力的預(yù)測。輸入相同的切削參數(shù),利用公式預(yù)測模型可以獲得主切削力的預(yù)測結(jié)果,通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型也可以獲得相應(yīng)的主切削力預(yù)測結(jié)果。將兩組預(yù)測結(jié)果分別與通過切削仿真參數(shù)化模型獲得的主切削力進(jìn)行對比,可以得到兩種預(yù)測模型的預(yù)測誤差。結(jié)果表明:BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型的預(yù)測精度高于公式模型的預(yù)測精度,從而說明本文所建的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)切削力預(yù)測模型具有一定的優(yōu)越性,可以對生產(chǎn)實際提供指導(dǎo)。
[Abstract]:Titanium alloys are widely used in aerospace, medical, chemical and other fields for their good heat resistance, corrosion resistance and excellent mechanical properties. However, due to the poor machinability of titanium alloy, the cutting temperature is high, the tool wear is serious, and the machining efficiency is low. In the process of titanium alloy cutting, cutting force is a very important physical quantity, which has a remarkable influence on tool life and machining quality, so the study of cutting force can improve tool life and machining quality. It is very important to improve the processing efficiency. In this paper, titanium alloy Ti6Al4V is selected as the research object, and the prediction of cutting force of the titanium alloy is studied and analyzed. The main contents of this paper are as follows: firstly, according to the principle of metal cutting, the simulation model of titanium alloy cutting is established by using finite element analysis method and ABAQUS. The correctness of the simulation model is verified by comparing the main cutting force measured by the Kistler9257B three-way turning dynamometer with the main cutting force obtained by the simulation model. Secondly, the parameterized model of titanium alloy cutting simulation is established by ABAQUS secondary development based on python language. The parameterized model can not only improve the accuracy of modeling, but also save a lot of repeated modeling time. Then, a single factor simulation experiment on feed rate, cutting speed and cutting tool front angle is designed to explore the influence of the three factors on the main cutting force. Thirdly, the main cutting force prediction model based on BP neural network is established. First, a three-factor and three-level full-factor test scheme is designed, and the sample data are obtained by using the cutting simulation parameterized model. The parameters of neural network are designed, and the prediction model of neural network is trained and verified. Finally, based on the response surface method, the formula prediction model of the main cutting force is established, and the fitting effect of the formula model to the sample data is verified by the significance test. The data show that the formula model established in this paper has a good fitting effect. It can be used to predict the main cutting force. With the input of the same cutting parameters, the prediction results of the main cutting force can be obtained by using the formula prediction model, and the corresponding main cutting force prediction results can be obtained by the BP neural network model. By comparing the two sets of prediction results with the main cutting forces obtained by the parameterized cutting simulation model, the prediction errors of the two kinds of prediction models can be obtained. The results show that the prediction accuracy of the BP neural network model is higher than that of the formula model, which shows that the BP neural network cutting force prediction model built in this paper has some advantages and can provide guidance for the production practice.
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG501;TP183

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本文編號：2361752