医用钛合金（TC4）高效数控车削机理与工艺研究

论文摘要

医用钛合金(TC4)是典型的难加工材料,而作为骨科植入物材料时,其加工表面质量要求非常高。研究医用钛合金高效数控车削机理与优化工艺方对提高其数控加工质量与效率及医用钛合金的推广应用具有重要的意义。本文以医用钛合金(TC4)皮质骨螺钉为对象,分析了医用钛合金TC4的材料特性及切削加工机理,针对医用钛合金切削用量、刀具角度等数控车削参数进行了分析研究；对切削速度、进给量、切削深度、车刀前角、车刀后角、刀尖圆弧半径等六个因素与加工质量、加工效率之间的关系进行了正交切削试验；利用多元非线性回归方法对实验数据进行分析并建立了切削参数优化数学模型；通过遗传算法对加工质量和生产效率两个目标值进行了综合寻优；最后进行了试验验证,得到了可应用于生产的优化工艺参数。本文研究成果对实现医用钛合金零件的高效精密车削数控加工具有重要的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACTS
• 1 绪论
• 1.1 论文选题背景和意义
• 1.2 医用钛合金加工技术的发展与现状
• 1.2.1 钛合金材料的性能特点
• 1.2.2 钛合金在生物医学领域的应用
• 1.3 TC4切削加工的研究现状
• 1.4 切削参数智能优化的研究概述
• 1.5 本课题产学研情况
• 1.6 本文研究内容
• 2 TC4的切削加工机理分析
• 2.1 概述
• 2.2 TC4的切削加工机理分析
• 2.2.1 刀具材料选择分析
• 2.2.2 切屑形态分析
• 2.2.3 切削用量对TC4的切削加工影响分析
• 2.2.4 刀具几何参数对TC4的切削加工影响的分析
• 2.2.5 TC4皮质骨螺钉切削加工机理与难点分析
• 2.3 本文试验参数范围的确定
• 2.3.1 工件材料
• 2.3.2 刀具材料的确定
• 2.3.3 切削用量的确定
• 2.3.4 刀具几何参数的确定
• 2.3.5 其它辅助条件
• 2.4 本章小结
• 3 TC4的切削试验
• 3.1 正交试验法概述
• 3.2 试验安排过程
• 3.3 实验条件
• 3.4 表面粗糙度的正交试验
• 3.5 数控加工工时试验结果
• 3.6 本章小结
• 4 医用TC4数控车削质量与效率模型
• 4.1 回归分析概述
• 4.2 表面粗糙度数学模型
• 4.2.1 模型建立的理论基础
• 4.2.2 试验方程的求解
• 4.2.3 试验方程的显著性分析的理论计算
• 4.3 切削工时数学模型的建立
• 4.4 本章小结
• 5 基于遗传算法的数控车削优化的研究
• 5.1 应用多目标规划获得遗传算法适用数学方程
• 5.2 遗传算法的原理及应用
• 5.3 使用遗传算法对切削参数优化的研究现状
• 5.4 使用MATLAB遗传算法工具箱进一步优化
• 5.5 本章小结
• 6 对研究结果的数控加工验证
• 6.1 优化加工工艺
• 6.2 切削试验效果对比
• 6.3 本章小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录