高锰钢辙叉铣削用量优化研究

论文摘要

辙叉是铁路道岔设备的关键部件,通常材料为ZGMn13高锰钢,属于典型的难加工材料。目前,高锰钢辙叉实际加工中切削用量的选择往往依靠经验进行,这种经验法选择造成的切削用量数值不合理,是导致刀具磨损、破损剧烈,使用寿命低,切削效率低下的重要原因。本论文针对高锰钢辙叉加工过程中切削用量优化问题进行了较为系统的研究,首先对高锰钢的切削加工性,切削刀具材料和刀具几何角度,加工高锰钢时的切削力,切削温度进行了分析和总结,为后面研究高锰钢的刀具寿命试验,铣削用量优化奠定了基础。在分析正交试验原理的基础上,采用多因素正交回归试验法,建立了硬质合金刀具铣削高锰钢的寿命经验公式,研究了主轴转速,进给速度,切削深度,切削宽度对刀具寿命的影响程度,给出了经验铣削高锰钢的切削参数范围,并对刀具寿命分布参数进行了点估计和区间估计。以切削速度和每齿进给量为优化变量,以最大生产率和最低生产成本为目标函数,综合考虑机床、刀具、工件等客观条件的约束,建立了符合生产实际的高锰钢铣削加工的多目标多约束优化数学模型。针对数学模型的非线性和非凸性,采用模拟自然进化的遗传算法进行求解,最终搜索到全局最优解。利用MATLAB进行编程,编制出界面友好的切削用量优化程序,能够对优化目标和输入参数进行多种选择,并将优化结果可视化。优化得到的铣削用量能够有效降低高锰钢的生产成本,提高生产效率,充分表明了所建立的优化数学模型和采用的遗传算法具有生产实用性,为高锰钢铣削用量优化提供了理论依据和应用指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 1 课题研究的背景
• 2 课题研究的意义
• 3 高锰钢切削加工的研究现状
• 4 切削用量优化的研究现状
• 5 本文研究的主要工作
• 第一章 高锰钢材料的切削加工性
• 1.1 高锰钢材料的加工性
• 1.1.1 高锰钢的物理化学性质
• 1.1.2 高锰钢材料的加工特点
• 1.2 切削高锰钢的刀具材料和刀具几何角度
• 1.2.1 切削高锰钢的刀具材料
• 1.2.2 切削高锰钢的刀具几何角度
• 1.3 切削高锰钢的切削力和切削温度
• 1.3.1 切削高锰钢的切削力
• 1.3.2 车削高锰钢的切削温度
• 本章小结
• 第二章 硬质合金刀具铣削高锰钢寿命试验
• 2.1 正交试验的特点
• 2.2 高锰钢铣削寿命试验设计
• 2.2.1 泰勒公式
• 2.2.2 寿命试验设备
• 2.2.3 刀具磨钝标准
• 2.3 铣削高锰钢寿命试验方案
• 2.3.1 刀具寿命经验公式
• 2.3.2 切削用量对寿命的影响程度
• 2.4 寿命分布的分布参数估计
• 2.4.1 正态分布参数的点估计
• 2.4.2 参数的区间估计
• 本章小结
• 第三章 高锰钢铣削用量优化模型的研究
• 3.1 概述
• 3.2 设计变量
• 3.3 高锰钢切削用量优化目标函数
• 3.3.1 切削用量优化单目标函数
• 3.3.2 切削用量优化多目标函数
• 3.4 高锰钢优化模型中约束条件的确定
• 本章小结
• 第四章 基于遗传算法的切削用量优化
• 4.1 优化方法的发展
• 4.2 遗传算法
• 4.2.1 遗传算法的原理和特点
• 4.2.2 遗传算法的基本步骤
• 4.3 遗传算法在切削用量优化中的步骤
• 4.3.1 切削用量优化步骤
• 4.3.2 参数设置
• 本章小结
• 第五章 高锰钢铣削用量优化研究与实现
• 5.1 MATLAB 的介绍
• 5.2 优化算法的实现
• 5.2.1 高锰钢切削用量优化的实现
• 5.2.2 优化结果分析
• 5.3 技术要点
• 5.3.1 遗传算法编程
• 5.3.2 绘图函数
• 5.3.3 最大生产率的回调函数
• 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢