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铣削加工表面微观几何形貌仿真及其应用研究

作　者: 徐光月
导　师: 张广鹏
学　校: 西安理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 表面形貌仿真铣削参数优化遗传算法表面花纹加工表面粗糙度
分类号: TG54
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 75次
引　用: 1次
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内容摘要

铣削加工是机械制造业中最常用的加工方法之一，其加工范围广泛、加工效率高，可以获得复杂轮廓表面。表面粗糙度是评定零件表面质量的主要指标之一，被加工表面的微观几何形貌是表面粗糙度的直接表现，因此研究被加工表面的微观几何形貌的创成机理，可以为控制表面粗糙度和确定合理的切削用量提供科学依据，具有重要的理论和应用价值。本论文建立了球头铣刀、圆柱铣刀、面铣刀的数学模型，研究了表面形貌仿真算法，并对仿真算法中划分角度、刀刃离散点数、时间步长进行了优化，然后利用了VC、Fortran、Matlab混合编程，开发了铣削加工表面微观几何形貌仿真软件系统，可以方便快速地进行表面微观几何形貌仿真和表面粗糙度的预测。通过实验验证了所开发的仿真系统的有效性。然后，基于铣削加工表面微观几何形貌仿真系统，以球头铣刀为主要研究对象，研究了进给速度、进给行距、刀具倾斜角度、刀具相位差、主轴偏心、刀具倾斜方式、进给方式等因素对加工表面微观几何形貌及粗糙度的影响规律；基于改进遗传算法及铣削加工表面微观几何形貌仿真软件系统，通过建立球头铣刀铣削参数优化的数学模型，开发了铣削参数优化设计软件，给出了优化算例；基于铣削加工表面微观几何形貌仿真软件系统，建立了零件表面花纹图库，为零件功能表面花纹加工提供了一条新途径。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1. 绪论  8-14
  1.1 研究课题的提出及其意义  8
  1.2 加工表面质量的影响因素分析分析  8-9
  1.3 计算机仿真技术在现代制造技术中的应用概况  9-10
  1.4 国内外在切削加工仿真及切削参数优化领域的研究现状  10-12
    1.4.1 车削加工表面微观几何形貌仿真方法研究  10-11
    1.4.2 铣削加工表面微观几何形貌仿真方法研究  11
    1.4.3 铣削参数优化的研究  11-12
  1.5 本论文的主要研究内容  12-13
  1.6 本章小结  13-14
2. 铣削表面微观几何形貌仿真系统建模  14-26
  2.1 铣削加工表面形成理论  14
  2.2 铣削要素概述  14-15
  2.3 球头铣刀的数学建模  15-20
    2.3.1 刀具坐标系下刀刃的数学建模  15-17
    2.3.2 工件坐标系下刀刃的数学建模  17-20
  2.4 可转位面铣刀(端铣刀)的数学建模  20-23
    2.4.1 刀具坐标系下刀刃的数学建模  21-22
    2.4.2 工件坐标系下刀刃的数学建模  22-23
  2.5 圆柱铣刀的数学建模  23-25
    2.5.1 刀具坐标系下刀刃的数学建模  23-24
    2.5.2 工件坐标系下刀刃的数学建模  24-25
  2.6 本章小结  25-26
3. 铣削表面微观几何形貌仿真软件系统开发  26-36
  3.1 球头铣刀仿真算法  26-29
    3.1.1 铣削表面微观几何形貌仿真方法  26-27
    3.1.2 优化算子  27-29
  3.2 面铣刀仿真算法  29-30
    3.2.1 面铣刀铣削表面微观几何形貌仿真方法  29
    3.2.2 优化算子  29-30
  3.3 圆柱铣刀仿真算法  30
    3.3.1 圆柱铣刀铣削表面微观几何形貌仿真方法  30
    3.3.2 优化算子  30
  3.4 铣削加工表面粗糙度的影响因素分析及预测  30-31
    3.4.1 影响加工表面粗糙度的因素分析  30-31
    3.4.2 铣削加工表面粗糙度预测  31
  3.5 仿真系统程序的实现  31-34
    3.5.1 编程语言的选择  31-34
    3.5.2 仿真程序流程图  34
  3.6 本章小结  34-36
4. 铣削表面徽观几何形貌仿真系统的实验验证  36-41
  4.1 实验设备及方法  36-37
    4.1.1 切削设备、刀具、工件  36-37
    4.1.2 实验方法  37
  4.2 实验与仿真结果对比分析  37-40
    4.2.1 加工表面微观几何形貌验证  38-39
    4.2.2 粗糙度验证  39-40
  4.3 本章小结  40-41
5. 铣削表面微观几何形貌仿真分析  41-56
  5.1 铣削表面微观几何形貌仿真  41-42
  5.2 进给速度对表面粗糙度的影响  42-46
    5.2.1 进给速度对球头铣刀加工表面粗糙度的影响  42-44
    5.2.2 进给速度对面铣刀加工表面粗糙度的影响  44-45
    5.2.3 进给速度对圆柱铣刀加工表面粗糙度的影响  45-46
  5.3 球头铣刀进给行距对加工表面粗糙度的影响  46
  5.4 球头铣刀倾斜角度对加工表面粗糙度的影响  46-47
  5.5 球头铣刀刀刃相位差对表面粗糙度的影响  47-49
  5.6 主轴运动误差对球头铣刀加工表面粗糙度的影响  49-53
    5.6.1 主轴回转偏心对球头铣刀加工表面粗糙度的影响  49-51
    5.6.2 主轴轴向窜动对球头铣刀加工表面粗糙度的影响  51-53
  5.7 球头铣刀铣削方式对加工表面微观几何形貌的影响  53-54
  5.8 球头铣刀进给方式对加工表面微观几何形貌的影响  54-55
  5.9 本章小结  55-56
6. 基于加工表面粗糙度预侧的铣削参数优化  56-74
  6.1 遗传算法简介  56-58
    6.1.1 遗传算法的起源和发展  56
    6.1.2 遗传算法的特点  56-57
    6.1.3 遗传算法的操作流程  57-58
    6.1.4 遗传算法的改进  58
  6.2 铣削参数优化模型的建立  58-64
    6.2.1 优化变量的确定  58-59
    6.2.2 优化目标函数的确定  59-60
    6.2.3 约束条件的确定  60
    6.2.4 球头铣刀耐用度公式推导  60-64
  6.3 基于改进遗传算法优化铣削用量参数  64-72
    6.3.1 编码方式的选取  64
    6.3.2 约束条件的处理方法  64-65
    6.3.3 种群初始化  65-67
    6.3.4 选择操作  67
    6.3.5 交叉操作  67-68
    6.3.6 变异操作  68-69
    6.3.7 最优个体保留策略  69-70
    6.3.8 本文中的遗传算法程序  70-72
  6.4 优化算例  72-73
  6.5 本章小结  73-74
7. 铣削加工表面花纹研究  74-80
  7.1 产品表面花纹的用途  74-75
  7.2 制件表面花纹的常规加工方法  75-76
  7.3 球头刀铣削加工表面花纹及其花纹库的建立  76
  7.4 本章小结  76-80
8. 全文工作总结及展望  80-82
致谢  82-83
参考文献  83-86
附录  86

铣削加工表面微观几何形貌仿真及其应用研究

内容摘要

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