数控铣削物理仿真及优化系统研究

论文摘要

虚拟制造技术是传统制造与信息技术结合的产物,在近年来迅速发展成为制造业的热点和前沿学科,有相当的理论价值和现实意义。数控加工仿真技术是虚拟制造技术的核心内容,进行物理仿真技术及切削参数优化的研究,对提高数控加工质量和效率具有一定的现实意义。本文对数控铣削物理仿真及优化进行了研究,在数控铣削物理仿真基础上,以铣削加工参数为设计变量,以加工时间、加工成本和利润率为优化目标函数,以加工信息为约束条件,建立了基于仿真数据库的切削参数多目标优化模型。考虑到所建立的多目标优化模型具有决策变量和约束条件多,目标函数复杂,故在遗传算法的改进原则指导下,对多目标优化遗传算法适应度函数,选择、交叉和变异等算子操作过程进行了改进,并用典型的遗传算法测试函数验证了改进优化算法的有效性与可行性。通过切削试验,验证了本文所述的优化模型与优化算法的正确性。最后,提出了集成参数优化功能的数控铣削物理仿真及优化系统的总体构架。同时,以VC++为开发平台,借助于ACESS数据库以及其它工具,开发了数控铣削物理仿真及优化系统。通过切削实验,验证系统模型的合理性,这种利用仿真的方法科学选取切削参数对实际加工有一定的指导作用,达到了保证质量,提高效率,降低成本的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 数控加工仿真研究现状
• 1.2.2 切削参数优化研究现状
• 1.2.3 目前研究中存在的问题与不足
• 1.3 课题来源和研究内容
• 第2章 铣削参数优化的研究
• 2.1 切削参数优化分析
• 2.2 铣削参数优化模型的建立
• 2.2.1 确定决策变量
• 2.2.2 目标函数数学模型
• 2.2.3 约束条件数学模型
• 2.2.4 综合切削参数多目标优化模型
• 2.3 铣削参数优化模型求解分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 多目标优化遗传算法改进及模型求解
• 3.1 多目标优化遗传算法研究
• 3.1.1 遗传算法简介
• 3.1.2 多目标优化的概念
• 3.1.3 多目标优化遗传算法的研究
• 3.2 优化算法改进
• 3.2.1 编码方案
• 3.2.2 适应度函数确定
• 3.2.3 遗传操作
• 3.2.4 收敛性分析
• 3.3 改进遗传算法的性能测试
• 3.4 基于改进算法的铣削参数优化模型求解
• 3.4.1 优化流程
• 3.4.2 遗传算法主要参数的确定
• 3.4.3 优化实例
• 3.5 本章小结
• 第4章 系统总体设计及功能单元介绍
• 4.1 系统的总体设计
• 4.1.1 系统的基本要求和组成
• 4.1.2 总体系统构建
• 4.1.3 系统数据结构设计与分析
• 4.2 系统功能单元介绍
• 4.2.1 工艺系统建模与仿真
• 4.2.2 铣削力仿真
• 4.2.3 加工误差分析
• 4.2.4 加工质量建模与仿真
• 4.2.5 铣削温度预测
• 4.2.6 切削参数优化
• 4.3 本章小结
• 第5章 系统实现与实验验证
• 5.1 系统实现
• 5.1.1 系统开发环境及工具
• 5.1.2 物理仿真及优化系统开发
• 5.2 实验验证
• 5.2.1 实验系统组成及实验条件
• 5.2.2 系统仿真
• 5.2.3 仿真与实验数据对比分析
• 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