基于CA的铣刀片不规则热源温度场研究

论文摘要

刀具质量的好坏是机械加工设备长期有效运行的决定性因素之一。传统的平前刀面铣刀片已越来越不能满足生产的需要,设计、开发一种铣削力小,铣削温度低的新型铣刀片势在必行。三维复杂槽型铣刀片具有逐步替代平前刀面铣刀片的趋势,但目前三维复杂槽型铣刀片的种类较少,并且其槽型也多由经验定型,研究方法有限。本论文以铣削试验为基础,结合元胞自动机理论、传热学理论、切削理论,建立了三维复杂槽型铣刀片前刀面不规则热源的元胞自动机算法;进行了铣刀片温度场的模拟仿真分析,得到了基于元胞自动机算法的铣刀片温度场。论文研究的内容如下:1.进行了铣削试验,采用红外热成像仪和压电式测力仪,实现对铣刀片的铣削力、铣削温度的同步测量;对不同的切削参数进行了正交试验,分析了各参数对铣削力、铣削温度的影响,为元胞自动机模型的建立提供试验数据。2.利用传热学理论、切削理论建立了铣刀片温度传递模型;依据傅立叶导热定律、差分理论,结合实验测量数据,推导了基于元胞自动机理论的铣刀片前刀面不规则热源的温度场模型。3.在VC++环境下,结合MATLAB混合编程,完成了基于元胞自动机理论的铣刀片前刀面不规则热源温度场模型的程序实现,建立了该模型的仿真系统。4.利用Origin软件对计算数据进行可视化显示,拟合出前刀面各时刻的温度分布图,对照试验采集到的温度值,结果能够达到期望的精度,验证了采用元胞自动机理论进行铣刀片温度场研究的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外切削刀具的发展现状
• 1.2 国内外铣刀片技术的现状和发展概况
• 1.2.1 铣刀片前角有增大趋势
• 1.2.2 曲线刃和带三维复杂槽型铣刀片的应用
• 1.2.3 面向汽车制造等行业开发高效刀具产品
• 1.2.4 添加稀土元素的硬质合金刀具
• 1.3 铣削刀具开发设计技术发展现状和趋势
• 1.4 最新的铣刀片简介
• 1.5 元胞自动机算法简介及其应用
• 1.6 红外测温
• 1.7 压电测力
• 1.8 论文的选题目的和意义
• 1.9 论文来源及主要研究内容
• 第2章 铣刀片铣削试验研究
• 2.1 红外测温原理
• 2.2 压电测力原理
• 2.3 红外测温和压电测力试验系统
• 2.3.1 试验测量系统的组成及工作原理
• 2.3.2 试验条件及方案
• 2.3.3 铣刀片的铣削温度及铣削力测量试验
• 2.3.4 铣削温度切削用量三要素的关系
• 2.4 本章小结
• 第3章 铣刀片受热密度函数研究
• 3.1 微元体导热公式推导
• 3.1.1 傅立叶导热定律
• 3.1.2 初始条件和边界条件
• 3.1.3 波形刃铣刀片的对流换热系数及边界条件
• 3.2 铣刀片不规则受热密度函数研究
• 3.2.1 热源发热量的计算
• 3.2.2 不规则热源的温度场
• 3.3 本章小结
• 第4章 铣刀片温度场元胞自动机模型的研究
• 4.1 元胞自动机理论及应用
• 4.1.1 元胞自动机的原理及分类
• 4.1.2 元胞自动机的构成
• 4.1.3 建立元胞自动机模型的步骤
• 4.2 基于元胞自动机理论的二维铣刀片温度场算法的建立
• 4.2.1 有限差分法的求解铣刀片温度场
• 4.2.2 规则热源的铣刀片元胞自动机算法
• 4.2.3 不规则热源的铣刀片元胞自动机算法
• 4.3 本章小结
• 第5章 元胞自动机算法的实现
• 5.1 元胞自动机的演化系统
• 5.1.1 VC++与MATLAB 混合编程
• 5.1.2 VC++与MATLAB 的环境设置
• 5.1.3 在VC++中调用MATLAB 函数
• 5.1.4 VC++编程
• 5.1.5 铣刀片温度场CA 算法系统
• 5.2 温度场的元胞自动机演化结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢